Mesure de la taille des particules et détection des agglomérats de matériaux céramiques au cours du processus de production
2022-04-18Application Note
La mesure précise des poudres céramiques est cruciale dans la fabrication des céramiques. Il a été prouvé que le Bettersizer S3 Plus mesure avec précision la taille des particules et la distribution des tailles, et contrôle efficacement l'agglomération existant dans les matériaux en poudre céramique. Le Bettersizer S3 Plus est donc un outil précieux pour afficher les résultats relatifs à la taille et à la forme des particules. Avec l'aide du Bettersizer S3 Plus, les fabricants sont en mesure de produire des produits céramiques de haute performance.
| Produit | Bettersizer S3 Plus |
| Industrie | Céramique |
| Échantillon | Oxyde d'aluminium |
| Type de mesure | Taille des particules, Forme des particules |
| Technologie de mesure | Diffraction laser, analyse dynamique de l'image |
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- Introduction
- Résultat
- Particules fines
- Distribution de la taille des particules
- Agglomération
- Conclusion
- Référence de l'article
Introduction
La résistance des produits céramiques modernes est généralement déterminée par les caractéristiques de la poudre au cours de quatre phases : prétraitement de la poudre, dispersion et mélange, moulage et frittage. Pour atteindre la résistance optimale des produits finaux, la taille des particules est le principal facteur à prendre en compte dès l'étape de prétraitement de la poudre. En effet, les particules fines ayant une grande surface et une grande gravité moléculaire sont plus susceptibles de s'agréger que les particules grossières. En outre, l'agglomération réduit considérablement l'efficacité du frittage et augmente la probabilité de défaillance des composants céramiques. Il est donc important de surveiller et de contrôler l'agrégation des matériaux en poudre fine tout au long du processus de production afin d'améliorer la résistance des produits céramiques.
Le Bettersizer S3 Plus utilise la technologie brevetée du système DLOI (Dual Lenses and Oblique Incidence System) pour garantir les mesures des poudres fines de céramique. Par ailleurs, la caméra CCD haute résolution intégrée permet aux fabricants d'observer l'agglomération en temps réel pendant les mesures de la taille des particules. Dans cette note d'application, la taille des particules, la distribution des tailles et les agrégats de la poudre d'oxyde d'aluminium seront analysés pour aider les fabricants à obtenir une meilleure résistance des produits céramiques.
Figure 1. Le système optique du Bettersizer S3 Plus
Résultat
Particules fines
Il est nécessaire de mesurer avec précision les particules fines dans la fabrication des céramiques. L'échantillon certifié de 0,4 μm a été acheté auprès du fournisseur de produits chimiques Aladdin. Selon les résultats énumérés dans le tableau 1 et la figure 2, la moyenne de D50 est de 0,396 μm, ce qui est proche des résultats SEM de l'échantillon de la figure 3. La répétabilité de D50 est de 0,39 %, ce qui garantit la fiabilité de l'analyse et est entièrement conforme à la norme ISO 13320[1].
| Échantillon | D10 (μm) | D50 (μm) | D90 (μm) |
| 0,4μmalumine-1 | 0.241 | 0.395 | 0.962 |
| 0,4μmalumine-2 | 0.24 | 0.396 | 0.962 |
| 0,4μmalumine-3 | 0.243 | 0.398 | 0.967 |
| 0,4μmalumine-4 | 0.243 | 0.396 | 0.966 |
| 0,4μmalumine-5 | 0.24 | 0.392 | 0.957 |
| Répétabilité | 0.63% | 0.55% | 0.45% |
Tableau 1. Valeurs typiques de la taille de l'échantillon d'alumine
Figure 2. Distribution de la taille des particules et répétabilité de l'échantillon d'alumine de 0,4 μm.
Figure 3. Résultat SEM de l'échantillon d'oxyde d'aluminium
Distribution de la taille des particules
Le frittage consiste à compacter les poudres en un produit dense (également connu sous le nom de corps vert). Au cours de cette étape, les poudres sont chauffées juste en dessous du point de fusion de la matière première. Le corps vert se rétracte et des liaisons se forment entre les particules. En conséquence, l'espace diminue et la résistance du corps vert augmente. La figure 4 explique le mécanisme du processus de frittage.
Figure 4. Mécanisme de frittage
La taille et la distribution des particules ont des effets importants sur les taux de frittage. La force d'entraînement du frittage diminue avec l'augmentation de la taille des particules, de sorte que les poudres de grande taille ne peuvent pas se lier efficacement [2, 3] [2, 3]. En d'autres termes, la taille des pores ne peut pas diminuer efficacement. Une solution pour réduire l'impact des pores de grande taille consiste à mélanger des poudres céramiques fines avec des particules de grande taille, ce qui permet aux petites particules de remplir les pores pendant le frittage [4]. [4].
Figure 5. Distribution de la taille des particules de l'échantillon d'oxyde d'aluminium
| Échantillon | D10 (μm) | D50 (μm) | D90 (μm) |
| Échantillon d'oxyde d'aluminium | 5.333 | 11.49 | 20.50 |
Tableau 2. Valeurs typiques des particules de l'échantillon d'oxyde d'aluminium
Figure 6. Image de particules de poudre d'oxyde d'aluminium
L'échantillon de poudre d'alumine provient d'une entreprise de fabrication de céramique. La taille médiane est de 11,49 μm, mais les particules sont réparties entre 3,633 μm et 23,41 μm, comme le montrent la figure 5 et le tableau 2. L'échantillon contient quelques particules minuscules qui peuvent être observées dans la figure 6. Par conséquent, les particules fines de l'échantillon peuvent remplir les pores et ont moins de chances de former de grands pores pendant le frittage.
Agglomération
Dans l'industrie de la céramique, la taille et la distribution des particules ne sont pas les seules à influencer la résistance finale, les agglomérats ou les particules surdimensionnées ont également un impact important sur celle-ci. La fenêtre d'analyse en temps réel peut afficher les particules agrégées, comme le montre la figure 7.
Figure 7. Agrégats observés dans la fenêtre d'affichage en temps réel
L'agglomération entraînera une diminution de la résistance des produits finaux, car l'agglomération diminue considérablement la densité du corps vert [4].
Conclusion
La mesure précise des poudres céramiques est cruciale dans la fabrication des céramiques. Le Bettersizer S3 Plus s'est avéré capable de mesurer avec précision la taille des particules et leur distribution, et de contrôler efficacement l'agglomération existant dans les matériaux en poudre céramique. Le Bettersizer S3 Plus est donc un outil précieux pour afficher les résultats relatifs à la taille et à la forme des particules. Avec l'aide du Bettersizer S3 Plus, les fabricants sont en mesure de produire des produits céramiques de haute performance.
Références
[1] ISO 13320 (2009) Analyse granulométrique - Méthodes de diffraction laser.
[2] Peelen, J. G. J. (1977). Alumina : sintering and optical properties (Alumine : frittage et propriétés optiques). Technische Hogeschool Eindhoven.
[3] W.D. Kingery et al (1976). Introduction to Ceramics, 2e édition. John Wiley & Sons.
[4] Kumar, A. (2013). Cours pratiques ' Céramiques & Colloïdes ' : TP 3 Frittage 1 TP 3-Céramiques : Frittage et Microstructure Responsable
A propos de l'auteur
 | Xiurong Qiu Ingénieur d'application @ Bettersize Instruments |
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