bettersize
0
الصفحة الرئيسية > تعلّم > مركز المعرفة > مراقبة جودة منتجات السيراميك المتطورة بواسطة Bettersizer S3 Plus

مراقبة جودة منتجات السيراميك المتطورة بواسطة Bettersizer S3 Plus

2022-12-13Application Note

يتزايد الطلب العالمي على السيراميك المتطور الذي يتمتع بقدرات فريدة من نوعها في مجالات الطب الحيوي وصناعة الطيران والأدوات الدقيقة والإلكترونيات والمجالات البيئية. يُعد تحسين توزيع حجم جسيمات المسحوق والتحكم في توزيع حجم الجسيمات لتحسين البنية المجهرية لمنتجات السيراميك أمرًا بالغ الأهمية للأداء النهائي. يمكن لجهازي Bettersizer S3 Plus وBT-A60 autosampler أن يوفرا لمنتجي مساحيق السيراميك ومصنعي منتجات السيراميك طريقة تلقائية للغاية وموفرة للوقت لقياس أعداد كبيرة من العينات. إن الأداء العالي والجمع بين تحليل الصور الديناميكي يمكّن Bettersizer S3 Plus من أن يكون أداة موثوقة وقوية لمراقبة الجودة أثناء أي عملية لإنتاج السيراميك.

 

                        
المنتجBettersizer S3 Plus
الصناعةسيراميك
العينةمسحوق الألومينا
نوع القياسحجم الجسيمات، شكل الجسيمات
تقنية القياستحليل الصور الديناميكيبالليزر، تحليل الصور الديناميكي
 

 

الانتقال إلى قسم

  

 
 

مقدمة

 

يتزايد الطلب العالمي على المواد الخزفية ذات التطبيقات الواسعة النطاق في مجالات الطب الحيوي وصناعة الطيران والأدوات الدقيقة والإلكترونيات والمجالات البيئية. يتوسع السيراميك المتطور في القدرات الفريدة للسيراميك التقليدي في مقاومة الحرارة والتآكل والتآكل من خلال زيادة المتانة. وتتمثل إحدى الطرق الرئيسية لتحسين الخواص الميكانيكية في استخدام مسحوق غير عضوي غير معدني عالي النقاء وفائق النقاء كمواد خام لتحسين البنية المجهرية لمنتجات السيراميك. [1] يلعب توزيع حجم الجسيمات (PSD) لمسحوق السيراميك دورًا حيويًا في الكثافة الخضراء والقوة الخضراء والانكماش ويؤثر كذلك على أداء المنتجات النهائية. وبالتالي، سواء لمنتجي مساحيق السيراميك أو مصنعي منتجات السيراميك، فإن التحكم الدقيق في توزيع حجم الجسيمات (PSD) أمر لا غنى عنه لمراقبة الجودة.

 

 

صعوبات ومتطلبات مراقبة جودة مسحوق السيراميك:

 
     
  • أثناء إنتاج مسحوق السيراميك، يجب أخذ عينات من المنتج والكشف عنها من الخطوط بانتظام لضمان استقرار الجودة وحفظ بيانات القياس لإمكانية التتبع. ومع ذلك، وبسبب الأعداد الهائلة من العينات، فإن قياس حجم الجسيمات هو عمل متكرر ويستغرق وقتًا طويلاً ويزيد من تكلفة مراقبة الجودة.
    •  
 

 
     
  • ويُعد تعديل مقياس حجم الجسيمات عن طريق خلط المسحوق الأدق والخشن بنسبة معينة طريقة شائعة لزيادة الكثافة الخضراء. سيحدد انتظام المسحوق المختلط نجاح التلبيد. يلزم وجود طريقة مجدية لمراقبة التوحيد.
    •  
 

 
     
  • عادةً ما يكون حجم جسيمات مسحوق السيراميك فائق النعومة على نطاق دون الميكرون. لا يمكن استخدام الطريقة التقليدية لقياس حجم الجسيمات مثل النخل لقياس مثل هذا المسحوق الدقيق. بالنسبة لتقنية حيود الليزر (LD)، هناك أيضًا تحديات من حيث أداء أجهزة التحليل.
    •  
 

 
     
  • أثناء تكليس مسحوق السيراميك وتجفيفه، تكون جزيئات السيراميك الدقيقة عرضة للتكتل. ودائمًا ما تصبح الكميات الصغيرة من الجسيمات كبيرة الحجم عيوبًا في المنتجات وتقلل من معدل تأهيل المنتج. ويعد اكتشافها قبل الاستخدام أمرًا بالغ الأهمية لمراقبة الجودة. لكن طريقة LD لا تسمح بإظهار صور الجسيمات كبيرة الحجم، ومن المشكوك فيه ما إذا كانت موجودة بالفعل أم لا.
    •  
 

 

يجمع جهاز Bettersizer S3 Plus بين حيود الليزر والتحليل الديناميكي للصور في جهاز واحد. ويوفر نظام حيود الليزر دقة وحساسية ودقة عالية حتى لقياسات الجسيمات ذات المقياس دون الميكروني. يمكن لنظام التصوير الديناميكي تصور عملية التشتت والتقاط صور للجسيمات كبيرة الحجم وإعطاء معلومات عن الشكل لمساعدة المستخدمين على تحليل ما يحدث لمنتجاتهم من المساحيق.

 

 

Figure-1-The-Bettersizer-S3-Plus,-and-BT-A60-autosampler

 

الشكل 1. جهاز Bettersizer S3 Plus، وجهاز أخذ العينات التلقائي BT-A60

 

 

دراسة حالة 1: قياس معدل انتشار جسيمات مسحوق الألومينا آليًا

 

في دراسة الحالة هذه، تم قياس 60 عينة من مسحوق الألومينا (5 مساحيق ألومينا ذات أبعاد جانبية ملاحظة، الألومينا A ~ E، تم تقسيم كل مسحوق ألومينا إلى 12 عينة) تلقائيًا في عملية واحدة بواسطة جهاز القياس التلقائي Bettersizer S3 Plus وجهاز القياس التلقائي BT-A60. BT-A60 هو جهاز أخذ العينات التلقائي عالي الإنتاجية. متوافق مع Bettersizer S3 Plus، ويمكنه توفير تحليل آلي كامل للعينات.

 

 

قبل إجراء القياسات، تم تشتيت 60 عينة من المسحوق بالموجات فوق الصوتية في محاليل مائية مع ميتافوسفات الصوديوم في 60 أنبوب عينة. تم لصق كل أنبوب برمز شريطي مطابق لإجراءات التشغيل الموحدة التي تم تحريرها مسبقًا وحفظها في البرنامج. عند بدء القياس، كانت عملية القياس:

 

 
     
  • تقوم BT-A60 بمسح الرمز الشريطي وتحديد العينة واختيار الملوثات العضوية الثابتة;
    •  
  • تستخرج إبرة أخذ العينات الخاصة بجهاز BT-A60 المعلق في أنبوب العينة وتحقنه في حوض التشتت، ثم تقوم بإجراء القياس;
    •  
  • تُنظف إبرة أخذ العينات بالموجات فوق الصوتية وتنتقل إلى القياس التالي.
    •  
 

 

 

الشكل 2. D10 وD50 وD90 لعينات 60 عينة (الوحدة: أم)

 

 

يوضح الشكل 2 الشكل D10 وD50 وD90 لـ 60 عينة من مساحيق الألومينا. قبل استخراج المعلق من أنابيب العينات، للحفاظ على المعلق بشكل موحد، تم إجراء الشفط والحقن تلقائيًا عدة مرات باستخدام إبرة أخذ العينات. أظهرت العينات الـ 12 من كل مسحوق ألومينا قابلية جيدة للتكرار. تم حفظ نتيجة PSD لكل قياس في البرنامج تلقائيًا.

 

 

Figure 3. The PSD and cumulative curves of sample A, B, C, D and E

 

الشكل 3. منحنيات PSD والمنحنيات التراكمية للعينة A وB وC وD وE

 

 

يوضح الشكل 3 منحنيات PSD والمنحنيات التراكمية ل 5 مساحيق ألومينا. تتميز الألومينا A وB وC بتوزيع أحادي أضيق نسبيًا، بينما تتميز الألومينا D بتوزيع ثنائي النمط أوسع. وتشير الأشكال المختلفة لمنحنيات التوزيع التراكمي للألومينا إلى اختلاف طرق تحضيرها ومعالجتها.

 

Table 1. The PSD of sample E

 

الجدول 1. التوزيع الجانبي الملحوظ للعينة E

 

 

يعد محتوى الجسيمات الخشنة في المسحوق الناعم مؤشرًا مهمًا نظرًا للعيوب التي تتكون دائمًا من الجسيمات الخشنة. وباتباع طرق المعالجة المناسبة مثل الطحن والنخل، يمكن إزالة معظم الجسيمات الخشنة. الألومينا E هي المادة الخام التي لم يتم طحنها ونخلها. ووفقًا للمحتوى التراكمي الموضح في الجدول 1، تبلغ النسبة المئوية لحجم الجسيمات التي يزيد حجمها عن 45 ميكرومتر في العينة E حوالي 9 %.

 

 

يوفر استخدام جهاز Bettersizer S3 Plus وجهاز أخذ العينات التلقائي BT-A60 طريقة تلقائية ومريحة للغاية لقياسات حجم الجسيمات لأعداد كبيرة من العينات.

 

 

دراسة حالة 2: تحديد تجانس مسحوق الألومينا

 

سيؤدي ضعف تجانس مسحوق السيراميك إلى بنية مجهرية غير منتظمة للمنتجات وقوة ميكانيكية منخفضة. وقد تم تطوير العديد من التقنيات والخلاطات للحصول على التوحيد المثالي للخلط. وفي الوقت نفسه، يعد إيجاد طريقة سهلة لمراقبة تأثير الخلط أمرًا ضروريًا أيضًا لمراقبة الجودة.

 


في دراسة الحالة هذه، قمنا بقياس 2 من مساحيق السيراميك المختلطة. تم إنتاجها جميعًا عن طريق خلط مسحوق ألومينا أدق (D50 حوالي 0.5 ميكرومتر) ومسحوق ألومينا أكثر خشونة (D50 حوالي 3.0 ميكرومتر). وكان الفرق أن أحدهما تم خلطه بالطريقة الجافة (بدون ماء) والآخر بالطريقة الرطبة (بالماء). قبل القياس، تم أخذ عينات من كل مسحوق مخلوط 5 مرات في بقع مختلفة. استُخدم جهاز Bettersizer S3 Plus ووحدة التشتت الرطب BT-803 لقياس توزيع حجم الجسيمات للعينات العشر.

 

Figure 4. The D50 (um) of the mixed alumina powders

 

يظهر D50 لكل عينة من المساحيق المختلطة في الشكل 4. يُظهر D50 من العينة المختلطة بالطريقة الجافة تذبذبًا شديدًا، مما يشير إلى أن نسب الجسيمات الدقيقة والخشنة مختلفة تمامًا. أما D50s للعينة المختلطة الرطبة فهي أكثر اتساقًا، مما يشير إلى أن لها تجانسًا جيدًا.

 

 

Figure 5. The PDS curves of the dry mixed alumina powder and wet mixed alumina powder

 

الشكل 5. منحنيات PDS لمسحوق الألومينا الجاف المختلط
ومسحوق الألومينا المختلط الرطب

 

 

من منحنيات PDD في الشكل 5، يمكن ملاحظة أن قابلية استنساخ المسحوق المخلوط الجاف ضعيف للغاية. تحتوي العينة المختلطة الجافة 3 على معظم محتوى الجسيمات الكبيرة مقارنة بالعينات الأخرى، في حين أن العينة 4 تحتوي على جزيئات صغيرة فقط تقريبًا. تُظهر منحنيات PSD للمسحوق المخلوط الرطب اتساقًا جيدًا. تشير قابلية الاستنساخ الممتازة إلى أن الطريقة الرطبة قد تكون أكثر ملاءمة لخلط هذه المساحيق الخزفية الدقيقة.

 

 

دراسة الحالة 3: الكشف عن تكتلات الألومينا

 

دائمًا ما تشير الجسيمات كبيرة الحجم غير المتوقعة في مسحوق السيراميك الناعم إلى تدهور الجودة وتباين ظروف التصنيع والمعالجة. عندما تظهر الجسيمات كبيرة الحجم على منحنى PSD بشكل غير متوقع، فإن التأكد من وجودها أمر مهم. استُخدم نظام التصوير الديناميكي لجهاز Bettersizer S3 Plus هنا للكشف عن التكتلات في مسحوق الألومينا فائق النعومة وتوفير الصور ومعلومات الشكل للتحليل.

 

 

الشكل 6. منحنيات PSD لمسحوق الألومينا.

 

 

يوضح الشكل 6 منحنيات PSD لدفعتين من مسحوق الألومينا بنفس النموذج. بالمقارنة مع الدفعة المرجعية، هناك بعض الجسيمات كبيرة الحجم في نطاق 6 ميكرومتر إلى 20 ميكرومتر في الدفعة غير الطبيعية. قد يكون سبب ذلك هو تكتل جسيمات الألومينا فائقة النعومة أثناء عملية الإنتاج. للتأكد من وجود التكتلات، تم تعيين معلمة القياس لالتقاط الجسيمات من 6 ميكرومتر إلى 20 ميكرومتر.

 

 

الشكل 7. صور الجسيمات متضخمة الحجم.

 

 

تم التقاط صور الجسيمات كبيرة الحجم (الموضحة في الشكل 7) بواسطة كاميرات CCD عالية السرعة. من خلال تحليل الصور، تم إعطاء أقطار الجسيمات (الأرقام الموجودة أعلى الصور). من خلال الصور الملتقطة، تم تأكيد وجود الجسيمات كبيرة الحجم.

 

Figure 8. The scatter plot of particles in the range of 6~20 um.

 

الشكل 8. مخطط مبعثر للجسيمات في نطاق 6 ~ 20 ميكرومتر.

 

 

تم حساب الجسيمات في نطاق 6 ~ 20 ميكرومتر في مخطط التبعثر، الموضح في الشكل 8. من خلال الجمع بين الصور ومخطط التبعثر لنسبة العرض إلى الارتفاع، يمكننا تحديد أن منحنى PSD غير الطبيعي ناتج عن كميات من تكتلات الألومينا غير المنتظمة. قد يُظهر ظهور التكتلات أيضًا أن هناك بعض العوامل غير المستقرة في عملية التصنيع، والتي تحتاج إلى فحصها وتحسينها.

 

 

الخلاصة

 

يمكن لجهازي Bettersizer S3 Plus وBT-A60 الأوتوماتيكيين تزويد منتجي مساحيق السيراميك ومصنعي منتجات السيراميك بطريقة تلقائية للغاية وموفرة للوقت لقياس أعداد كبيرة من العينات. إن الأداء العالي والجمع بين تحليل الصور الديناميكي يمكّن Bettersizer S3 Plus من أن يكون أداة موثوقة وقوية لمراقبة الجودة أثناء أي عملية لإنتاج السيراميك.

 

 

المرجع

 

[1] T. A. Otitoju, P. U. Okoye, G. Chen, Y. Li, M. O. Okoye, S. Li, مكونات السيراميك المتقدمة: المواد والتصنيع والتطبيقات، مجلة الكيمياء الصناعية والهندسية، 2020، المجلد 85، 34-65

 

 

 

نبذة عن المؤلف

        
Bettersize-engineer-Echo-Caoجينغ تساو

مهندس تطبيقات في بيترسايز إنسترومنتس
 

 

        
 

هل تريد الحصول على مواد سيراميك عالية الأداء؟
استكشف مجموعتنا من ملاحظات تطبيق السيراميك الخمسة التي صممها مختبر أبحاث Bettersize.

 


تنزيل مجاني

 		Bettersize-five-ceramics-application-notes

Rate this article

تنزيل
English