Medición del tamaño de las partículas y detección de aglomerados de materiales cerámicos durante el proceso de producción
2022-04-18Application Note
La medición precisa de los polvos cerámicos es crucial en la fabricación de cerámica. Se ha demostrado que el Bettersizer S3 Plus mide con precisión el tamaño de las partículas y su distribución, y controla eficazmente la aglomeración existente en los materiales cerámicos en polvo. Por lo tanto, el Bettersizer S3 Plus es una herramienta valiosa para mostrar los resultados tanto del tamaño como de la forma de las partículas. Con la ayuda del Bettersizer S3 Plus, los fabricantes pueden producir productos cerámicos de alto rendimiento.
| Producto | Bettersizer S3 Plus |
| Industria | Cerámica |
| Muestra | Óxido de aluminio |
| Tipo de medición | Tamaño de partícula, Forma de partícula |
| Tecnología de medición | Difracción láser, análisis dinámico de imágenes |
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- Introducción
- Resultado
- Partículas finas
- Distribución del tamaño de las partículas
- Aglomeración
- Conclusión
- Referencia
Introducción
La resistencia de los productos cerámicos modernos suele venir determinada por las características del polvo en cuatro fases: pretratamiento del polvo, dispersión y mezcla, moldeo y sinterización. Para alcanzar la resistencia óptima de los productos finales, el tamaño de las partículas es el principal factor a tener en cuenta desde la fase de pretratamiento del polvo. Esto se debe a que las partículas finas con gran superficie y gravedad molecular tienen más probabilidades de aglomerarse que las partículas gruesas. Además, la aglomeración reduce drásticamente la eficacia de la sinterización y aumenta la probabilidad de fallo de los componentes cerámicos. Por lo tanto, es importante vigilar y controlar la agregación en los materiales de polvo fino a lo largo de todo el proceso de producción para mejorar la resistencia de los productos cerámicos.
El Bettersizer S3 Plus utiliza la tecnología patentada DLOI System (Dual Lenses and Oblique Incidence System) para garantizar las mediciones de polvos finos cerámicos. Mientras tanto, la cámara CCD de alta resolución integrada permite a los fabricantes observar la aglomeración en tiempo real durante las mediciones del tamaño de las partículas. En esta nota de aplicación, se analizará el tamaño de las partículas, la distribución del tamaño y los agregados del polvo de óxido de aluminio para ayudar a los fabricantes a conseguir una mayor resistencia de los productos cerámicos.
Figura 1. El sistema óptico Bettersizer S3 Plus
Resultado
Partículas finas
La medición precisa de partículas finas en la fabricación de cerámica es necesaria. La muestra certificada de 0,4 μm se purgó del proveedor Aladdin Chemical. Según los resultados enumerados en la Tabla 1 y la Figura 2, la media de D50 es de 0,396 μm, que se aproxima a los resultados de SEM de la muestra de la Figura 3. La repetibilidad de D50 es del 0,39%, lo que garantiza la fiabilidad del análisis y cumple plenamente la norma ISO 13320[1].
| Muestra | D10 (μm) | D50 (μm) | D90 (μm) |
| 0,4μmalúmina-1 | 0.241 | 0.395 | 0.962 |
| 0,4μmalúmina-2 | 0.24 | 0.396 | 0.962 |
| 0,4μmalúmina-3 | 0.243 | 0.398 | 0.967 |
| 0,4μmalúmina-4 | 0.243 | 0.396 | 0.966 |
| 0,4μmalúmina-5 | 0.24 | 0.392 | 0.957 |
| Repetibilidad | 0.63% | 0.55% | 0.45% |
Tabla 1. Valores de tamaño típicos de la muestra de alúmina
Figura 2. Distribución granulométrica y repetibilidad de la muestra de alúmina de 0,4 μm
Figura 3. Resultado SEM de la muestra de óxido de aluminio
Distribución del tamaño de las partículas
La sinterización consiste en compactar los polvos en un producto denso (también conocido como cuerpo verde). Durante esta etapa, los polvos se calientan justo por debajo del punto de fusión de la materia prima. La contracción se produce en el cuerpo verde y se forman enlaces entre las partículas. Como resultado, disminuye el espacio y aumenta la resistencia del cuerpo verde. La figura 4 explica el mecanismo durante el proceso de sinterización.
Figura 4. Mecanismo de sinterización Mecanismo de sinterización
El tamaño de las partículas y su distribución tienen un gran efecto en la velocidad de sinterización. La fuerza impulsora de la sinterización disminuye con el aumento del tamaño de partícula, por lo que los polvos grandes no son capaces de unirse de manera eficiente [2, 3]. En otras palabras, el tamaño de los poros no puede disminuir eficientemente. Una solución para reducir los impactos de los poros grandes es mezclar polvos cerámicos finos con partículas grandes, y así las partículas pequeñas pueden rellenar los poros durante la sinterización [4].
Figura 5. Distribución granulométrica de la muestra de óxido de aluminio
| Muestra | D10 (μm) | D50 (μm) | D90 (μm) |
| Muestra de óxido de aluminio | 5.333 | 11.49 | 20.50 |
Tabla 2. Valores típicos de las partículas de la muestra de óxido de aluminio
Figura 6. Imagen de partículas de polvo de óxido de aluminio
La muestra de polvo de alúmina de una empresa de fabricación de cerámica. El tamaño medio es de 11,49 μm, pero las partículas se distribuyen de 3,633 μm a 23,41 μm, como se muestra en la Figura 5 y en la Tabla 2. La muestra contiene algunas partículas diminutas que pueden observarse en la Figura 6. En consecuencia, las partículas finas de la muestra podrían rellenar los poros, y tiene menos probabilidad de formar poros grandes durante la sinterización.
Aglomeración
En la industria cerámica, no sólo el tamaño de partícula y la distribución de tamaño dominan la resistencia final, los aglomerados o partículas sobredimensionadas tienen un fuerte impacto en ella. La ventana de análisis en tiempo real podría mostrar las partículas aglomeradas, como se muestra en la Figura 7.
Figura 7. Agregados observados en la ventana de visualización en tiempo real
La aglomeración causará una disminución de la resistencia de los productos finales, ya que la aglomeración disminuye significativamente la densidad del cuerpo verde [4].
Conclusión
La medición precisa de los polvos cerámicos es crucial en la fabricación de cerámica. Se ha demostrado que el Bettersizer S3 Plus mide con precisión el tamaño de las partículas y la distribución de tamaños, y controla eficazmente la aglomeración existente en los materiales cerámicos en polvo. Por lo tanto, el Bettersizer S3 Plus es una herramienta valiosa para mostrar los resultados tanto del tamaño como de la forma de las partículas. Con la ayuda del Bettersizer S3 Plus, los fabricantes pueden producir productos cerámicos de alto rendimiento.
Referencia
[1] ISO 13320 (2009) Particle size analysis - Laser diffraction methods.
[2] Peelen, J. G. J. (1977). Alumina: sintering and optical properties. Technische Hogeschool Eindhoven.
[3] W.D. Kingery et al (1976). Introduction to Ceramics, 2ª edición. John Wiley & Sons.
[4] Kumar, A. (2013). Clases prácticas ' Cerámica y Coloides ': TP 3 Sinterización 1 TP 3-Cerámicas: Sinterización y Microestructura Responsable
Sobre el Autor
 | Xiurong Qiu Ingeniero de aplicaciones @ Bettersize Instruments |
| ¿Quiere conseguir materiales cerámicos de alto rendimiento? |  |
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