レーザー回折に基づくセラミック粉末の粒度分布解析
2021-09-10Application Note
(μm)セラミック粉末の加工中、粉末、スラリー、顆粒の粒度分布はそれぞれ異なるため、モニタリングが必要です。このノートでは、ベターサイザーSTを用いて、粉体、スラリー、顆粒の3種類の酸化アルミニウムを測定しました。また、顆粒試料の測定により、優れた再現性を実証しました。
| 製品 | ベターサイザーST |
| 産業分野 | セラミック |
| サンプル | 酸化アルミニウム |
| 測定タイプ | 粒子径 |
| 測定技術 | レーザー回折 |
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概要
セラミック粉末は様々な応用分野で広く利用されており、その粒度分布は製品の性能に大きく影響します。本アプリケーションノートでは、セラミック産業における粒度分布の重要性について紹介します。セラミック粉末の粒度測定を実施し、粒度分析計の高分解能と優れた再現性を実証しました。
セラミック産業における粒度分布の意義
古代（紀元前26,400年）から、チェコ共和国のブルノで最初の陶器像が粘土から作られた。陶器の最初の例は、その数万年後（紀元前16,400年）、東アジアの中国の仙仁洞に出現した。陶器製造における最初のブレークスルーは、紀元前1900年にメソポタミアのシュメール人が発明したろくろである。近年では、自動車のボディに現代的なセラミック・コーティングが施され、セラミック加工はナノテクノロジーによって新たな活力を得て、透明セラミック、延性セラミック、超弾性骨、微細キャパシタなど、従来とは異なる特性を持つ素材や製品をメーカーが導入できるようになっている。これらすべての発明は社会で重要な役割を果たし、2018年のセラミックス世界市場シェア1,332億米ドルの成長に貢献しており、2026年には2,431億2,000万米ドルに達すると予測されている。セラミック製品の性能は、焼結温度や時間、分散度、セラミック粉末の粒度分布など、多くの要因に大きく影響される。
セラミック粉末の粒度分布の制御は、多くの用途において極めて重要です。例えば、電子材料分野では、電気特性を向上させるために、粒子径の縮小と分散度の制御が必要です。[1]粒度分布に関する知識は、セラミック部品の製造における主要な要件であり、構造的なマイクロボイドを防止するために不可欠です。一般に、セラミック産業にとって、粉末の粒子径の制御は絶対的に重要である。
品質管理にとって価値あるパートナー
ベターサイザーSTは、世界中の品質管理ラボで使用されている代表的な粒度分布測定装置です。効率的な湿式分散システムを内蔵し、堅牢でコンパクトな設計を実現しています。
また、製造工程を妨げない迅速なQC測定が可能という利点もあります。SOP機能により、正確で再現性のある測定結果を迅速かつ簡単に得ることができます。また、経済的でメンテナンスが簡単なため、ランニングコストが非常に低く、費用対効果の高い粒度分布測定機です。
粒度分布測定
技術の発展に伴い、粒子径の測定にさまざまな技術を適用できるようになりました。その中でも、ベターサイザーSTで使用されているレーザー回折法は、セラミック材料の粒度分布測定だけでなく、主に微細な分布にある粗粒／粗粒粒子の検出にも最適です。酸化アルミニウムはセラミック材料の好例で、粉末、ペレット、タ ブレット、スパッタリングターゲット、ナノ粒子などの形態があります。このノートでは、市販の酸化アルミニウム粉末、スラリー、顆粒の粒度分布をBettersizer STで測定した。酸化アルミニウムスラリーは、原料の湿式粉砕によって製造される。スプレードライヤーの存在下で、スラリーから顆粒を製造することができ、それらは粉末の凝集体とみなすことができる。粉末、スラリー、顆粒の測定結果を図1に示す。
予想されるように、顆粒の粒度分布は、粉体およびスラリーの粒度分布よりも大きい。粉体とスラリーの粒度分布は非常によく似ていますが、図1に示す比較グラフではこの2つのサンプルを区別することができ、粉体の方がわずかに粗く、ベターサイザーSTの分解能の高さを示しています。ベターサイザーSTを使用すれば、製造中のさまざまなプロセスサンプルの迅速で正確な測定が簡単に行えるため、製品の品質を確保できます。
Bettersizer STが提供する再現性のある結果
製造工程では、粒状粉末に特定の用途に特化した粒度分布が求められます。酸化アルミニウム顆粒からサンプルを採取し、ベターサイザーSTで5回測定した結果、その粒度分布、D10、D50、D90の値をそれぞれ図2および表1に示します。
5つの粒度分布曲線がほぼ完全に重なり、優れた再現性が計算されていることから、ベターサイザーSTは信頼できる再現性のある結果を提供できることがわかります。
図1: ベターサイザーSTで測定したアルミナの粉末、スラリー、顆粒の粒度分布
図2: 5回測定した顆粒の粒度分布
| サンプル | D10 (μm) | D50 (μm) | D90 (μm) |
| 顆粒 1-1 | 75.18 | 146.6 | 270.7 |
| 顆粒1-2 | 75.99 | 148.4 | 273.6 |
| 顆粒1-3 | 76.12 | 148.9 | 274.2 |
| 顆粒1-4 | 75.48 | 148.1 | 273.2 |
| 顆粒1-5 | 76.38 | 149.1 | 274.2 |
| 再現性 | 0.65% | 0.67% | 0.53% |
表1：顆粒の5つの測定値のD10、D50、D90と対応する再現性の比較
結論
ベターサイザーSTを用いて、粉末、スラリー、顆粒の3種類の酸化アルミニウムを測定しました。これらの試料の中で最も難しい顆粒試料の測定で、卓越した再現性が実証されました。その結果、ベターサイザーSTは、精度と再現性の両方の観点から、製品の品質管理にとって価値あるパートナーになり得ます。
参考文献
[1] デブ・シェクター（2015年9月8日）.セラミック産業における粒度分布測定。 リンク
著者について
 | Wenjian Zhou アプリケーションエンジニア @ Bettersize Instruments |
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