레이저 회절에 기반한 세라믹 분말의 입자 크기 분포 분석
2021-09-10Application Note
(μm)세라믹 분말 가공 시 분말, 슬러리 및 과립의 입자 크기 분포가 다르기 때문에 모니터링이 필요합니다. 이 노트에서는 분말, 슬러리, 과립의 세 가지 형태의 산화알루미늄을 베터사이저 ST로 측정했습니다. 그리고 과립 시료의 측정을 통해 뛰어난 반복성을 입증했습니다.
| 제품 | 베터사이저 ST |
| 산업 분야 | 세라믹 |
| 샘플 | 알루미늄 산화물 |
| 측정 유형 | 입자 크기 |
| 측정 기술 | 레이저 회절 |
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Abstract
세라믹 분말은 다양한 응용 분야에서 널리 활용되며, 입자 크기 분포는 제품 성능에 큰 영향을 미칩니다. 이 애플리케이션 노트에서는 세라믹 산업에서 입자 크기 분포의 중요성을 소개합니다. 세라믹 분말의 입자 크기 측정을 수행하여 입도 분석기의 높은 분해능과 우수한 반복성을 입증했습니다.
세라믹 산업에서 입자 크기 분포의 중요성
고대(기원전 26,400년)부터 체코 브르노에서 점토로 만든 최초의 도자기 조각상이 만들어졌습니다. 동아시아에서 최초의 도자기는 1만 년 후(기원전 16,400년) 중국의 시안렌동 동굴에서 처음 등장했습니다. 도자기 제작의 첫 번째 혁신 중 하나는 기원전 1,900년 메소포타미아의 수메르인들이 물레를 발명한 것입니다. 최근에는 차체에 현대적인 세라믹 코팅이 적용되고, 세라믹 가공은 나노 기술을 통해 새로운 활력을 얻었으며, 제조업체는 투명 세라믹, 연성 세라믹, 초탄성 뼈, 미세 커패시터와 같은 색다른 특성을 가진 재료와 제품을 출시할 수 있게 되었습니다. 이러한 모든 발명은 사회에서 중요한 역할을 하며 2018년 세라믹 세계 시장 점유율이 1,332억 2,000만 달러로 성장하는 데 기여했으며 2026년에는 2,431억 2,000만 달러에 달할 것으로 예상됩니다. 세라믹 제품의 성능은 소결 온도와 시간, 세라믹 분말의 분산 정도 또는 입자 크기 분포와 같은 여러 요인에 의해 크게 영향을 받습니다.
세라믹 분말의 입자 크기 분포 제어는 많은 응용 분야에서 매우 중요한데, 예를 들어 전자 재료 분야에서는 전기적 특성 향상을 위해 입자 크기 감소 및 분산 제어가 필요합니다.[1] 입자 크기 분포 지식은 세라믹 부품 제조의 주요 요건이며 구조적 마이크로보이드 방지를 위해 필수적입니다. 일반적으로 분말 입자 크기 제어는 세라믹 산업에서 절대적으로 중요합니다.
품질 관리를 위한 가치 있는 파트너
베터사이저 ST는 전 세계 품질 관리 실험실의 선도적인 입자 크기 분석기입니다. 효율적인 습식 분산 시스템이 내장되어 있으며, 견고하고 컴팩트한 디자인이 특징입니다.
또한 제조 공정을 지원하고 방해하지 않는 빠른 QC 측정을 수행할 수 있다는 추가적인 이점이 있습니다. SOP 기능을 통해 정확하고 반복 가능한 결과를 빠르고 쉽게 측정할 수 있습니다. 마지막으로, 경제적이고 간단한 유지보수로 운영 비용이 매우 낮은 비용 효율적인 입도 분석기를 사용자에게 제공합니다.
입자 크기 분포 측정
기술의 발달로 입자 크기 측정에 다양한 기술이 적용될 수 있으며, 그 중 Bettersizer ST에서 사용하는 레이저 회절 기술은 세라믹 재료의 입자 크기 분포 측정뿐만 아니라 주로 미세한 분포의 거친 입자/입자 검출에도 가장 적합한 기술입니다. 알루미늄 산화물은 세라믹 재료의 좋은 예이며 분말, 펠릿, 타블렛, 스퍼터링 타겟 및 나노 입자 등의 형태로 제공됩니다. 이 노트에서는 시중에서 구매한 산화알루미늄 분말, 슬러리 및 과립의 입자 크기 분포를 Bettersizer ST로 측정했습니다. 산화알루미늄 슬러리는 원료를 습식 분쇄하여 제조합니다. 스프레이 건조기가 있으면 슬러리에서 과립을 생산할 수 있으며, 과립은 분말의 응집체로 간주할 수 있습니다. 분말, 슬러리 및 과립의 측정 결과는 아래 그림 1에 나와 있습니다.
예상할 수 있듯이 과립의 입자 크기 분포가 분말과 슬러리의 입자 크기 분포보다 큽니다. 분말과 슬러리의 입자 크기 분포는 매우 유사하지만 그림 1의 비교 그래프에서 두 샘플을 구분할 수 있으며, 분말이 약간 더 거칠어 Bettersizer ST의 높은 분해능을 보여줍니다. 제조 과정에서 다양한 공정 샘플을 빠르고 정확하게 측정할 수 있는 Bettersizer ST를 사용하면 제품의 품질을 보장할 수 있습니다.
Bettersizer ST가 제공하는 반복 가능한 결과
제조 과정에서 입상 분말의 특정 응용 분야별 입자 크기 분포가 필요합니다. 산화알루미늄 과립에서 샘플을 채취하여 Bettersizer ST로 5회 측정한 입자 크기 분포, D10, D50 및 D90 값은 각각 아래 그림 2와 표 1에 나와 있습니다.
5개의 입자 크기 분포 곡선이 거의 완벽하게 겹치고 계산된 반복성이 우수하다는 것은 Bettersizer ST가 신뢰할 수 있는 반복 가능한 결과를 제공할 수 있음을 나타냅니다.
그림 1: Bettersizer ST로 측정한 알루미나 분말, 슬러리 및 과립의 입자 크기 분포
그림 2: 5가지 과립 측정의 입자 크기 분포
| 샘플 | D10 (μm) | D50 (μm) | D90 (μm) |
| 과립 1-1 | 75.18 | 146.6 | 270.7 |
| 과립 1-2 | 75.99 | 148.4 | 273.6 |
| 과립 1-3 | 76.12 | 148.9 | 274.2 |
| 과립 1-4 | 75.48 | 148.1 | 273.2 |
| Granule 1-5 | 76.38 | 149.1 | 274.2 |
| 반복성 | 0.65% | 0.67% | 0.53% |
표 1: 5가지 과립 측정의 D10, D50, D90 및 해당 반복성 비교
결론
분말, 슬러리 및 과립의 세 가지 형태의 알루미늄 산화물을 Bettersizer ST로 측정했습니다. 이 중 가장 어려운 시료인 과립 시료의 측정에서 뛰어난 반복성이 입증되었습니다. 따라서 Bettersizer ST는 정확도와 반복성 측면에서 제품 품질 관리를 위한 귀중한 파트너가 될 수 있습니다.
참고 자료
[1] 뎁 셰터(2015.09.8). 세라믹 산업에서의 입자 크기 감소 및 분포. Link
저자 소개
 | Wenjian Zhou 애플리케이션 엔지니어 @ Bettersize Instruments |
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