Medição de tamanho de partícula e detecção de aglomerados de materiais cerâmicos durante o processo de produção
2022-04-18Application Note
A medição precisa de pós cerâmicos é crucial na fabricação de cerâmica. Foi comprovado que o Bettersizer S3 Plus mede com precisão o tamanho da partícula e a distribuição do tamanho, além de monitorar com eficácia a aglomeração existente em materiais de pó cerâmico. Portanto, o Bettersizer S3 Plus é uma ferramenta valiosa para exibir os resultados de tamanho e forma das partículas. Com a ajuda do Bettersizer S3 Plus, os fabricantes podem produzir produtos cerâmicos de alto desempenho.
| Produtos | Bettersizer S3 Plus |
| Indústria | Cerâmica |
| Amostra | Óxido de alumínio |
| Tipo de medição | Tamanho da partícula, Forma da partícula |
| Tecnologia de medição | Difração a laser, análise de imagem dinâmica |
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- Introdução
- Resultados
- Partículas finas
- Distribuição do tamanho das partículas
- Aglomeração
- Conclusão
- Referência
Introdução
A resistência dos produtos cerâmicos modernos geralmente é determinada pelas características do pó em quatro fases: pré-tratamento do pó, dispersão e mistura, moldagem e sinterização. Para atingir a resistência ideal dos produtos finais, o tamanho da partícula é o principal fator a ser considerado na fase de pré-tratamento do pó. Isso ocorre porque as partículas finas com grande superfície e gravidade molecular têm maior probabilidade de se agregar do que as partículas grossas. Além disso, a aglomeração reduz drasticamente a eficiência da sinterização e aumenta a probabilidade de falha do componente cerâmico. Portanto, é importante monitorar e controlar a agregação nos materiais em pó fino durante todo o processo de produção para melhorar a resistência dos produtos cerâmicos.
O Bettersizer S3 Plus usa a tecnologia patenteada DLOI System (Dual Lenses and Oblique Incidence System) para garantir as medições de pós finos de cerâmica. Enquanto isso, a câmera CCD de alta resolução integrada permite que os fabricantes observem a aglomeração em tempo real durante as medições de tamanho de partículas. Nesta nota de aplicação, o tamanho da partícula, a distribuição do tamanho e os agregados do pó de óxido de alumínio serão analisados para ajudar os fabricantes a obter uma melhor resistência dos produtos cerâmicos.
Figura 1. O sistema óptico do Bettersizer S3 Plus
Resultados
Partículas finas
É necessária a medição precisa de partículas finas na fabricação de cerâmica. A amostra certificada de 0,4 μm foi adquirida da Aladdin Chemical Supplier. De acordo com os resultados listados na Tabela 1 e na Figura 2, a média de D50 é de 0,396 μm, que está próxima dos resultados de SEM da amostra na Figura 3. A repetibilidade do D50 é de 0,39%, o que garante a confiabilidade da análise e está em total conformidade com a norma ISO 13320[1].
| Amostra | D10 (μm) | D50 (μm) | D90 (μm) |
| 0,4 μmalumina-1 | 0.241 | 0.395 | 0.962 |
| 0,4 μm dealumina-2 | 0.24 | 0.396 | 0.962 |
| 0,4 μm dealumina-3 | 0.243 | 0.398 | 0.967 |
| 0,4 μm dealumina-4 | 0.243 | 0.396 | 0.966 |
| 0,4 μm dealumina-5 | 0.24 | 0.392 | 0.957 |
| Repetibilidade | 0.63% | 0.55% | 0.45% |
Tabela 1. Valores típicos de tamanho da amostra de alumina
Figura 2. Distribuição de tamanho de partícula e repetibilidade da amostra de alumina de 0,4 μm
Figura 3. Resultado de SEM da amostra de óxido de alumínio
Distribuição do tamanho das partículas
A sinterização consiste em compactar os pós em um produto denso (também conhecido como corpo verde). Durante esse estágio, os pós são aquecidos logo abaixo do ponto de fusão da matéria-prima. O encolhimento ocorre no corpo verde, e formam-se ligações entre as partículas. Como resultado, o espaço diminui e a resistência do corpo verde aumenta. A Figura 4 explica o mecanismo durante o processo de sinterização.
Figura 4. Mecanismo de sinterização
O tamanho da partícula e a distribuição do tamanho têm grande efeito sobre as taxas de sinterização. A força de sinterização diminui com o aumento do tamanho da partícula, de modo que os pós grandes não conseguem se unir com eficiência [2, 3]. Em outras palavras, o tamanho do poro não pode diminuir de forma eficiente. Uma solução para reduzir os impactos dos poros grandes é misturar pós cerâmicos finos com partículas grandes e, assim, as partículas pequenas podem preencher os poros durante a sinterização [4].
Figura 5. Distribuição do tamanho das partículas da amostra de óxido de alumínio
| Amostra | D10 (μm) | D50 (μm) | D90 (μm) |
| Amostra de óxido de alumínio | 5.333 | 11.49 | 20.50 |
Tabela 2. Valores típicos de partículas da amostra de óxido de alumínio
Figura 6. Imagem da partícula do pó de óxido de alumínio
A amostra de pó de alumina de uma empresa de fabricação de cerâmica. O tamanho médio é de 11,49 μm, mas as partículas estão distribuídas de 3,633 μm a 23,41 μm, conforme mostrado na Figura 5 e na Tabela 2. A amostra contém algumas partículas minúsculas que podem ser observadas na Figura 6. Consequentemente, as partículas finas na amostra podem preencher os poros e têm menos probabilidade de formar poros grandes durante a sinterização.
Aglomeração
No setor de cerâmica, não só o tamanho e a distribuição de tamanho das partículas dominam a resistência final, como também os aglomerados ou partículas superdimensionadas têm forte impacto sobre ela. A janela de análise em tempo real pode exibir as partículas agregadas, conforme mostrado na Figura 7.
Figura 7. Agregados observados na janela de exibição em tempo real
A aglomeração causará um declínio na resistência dos produtos finais, pois a aglomeração diminui significativamente a densidade do corpo verde [4].
Conclusão
A medição precisa de pós cerâmicos é crucial na fabricação de cerâmica. Foi comprovado que o Bettersizer S3 Plus mede com precisão o tamanho e a distribuição do tamanho das partículas e monitora com eficácia a aglomeração existente em materiais de pó cerâmico. Portanto, o Bettersizer S3 Plus é uma ferramenta valiosa para exibir os resultados de tamanho e forma das partículas. Com a ajuda do Bettersizer S3 Plus, os fabricantes podem produzir produtos cerâmicos de alto desempenho.
Referências
[1] ISO 13320 (2009) Particle size analysis - Laser diffraction methods (Análise do tamanho de partículas - métodos de difração a laser).
[2] Peelen, J. G. J. (1977). Alumina: sintering and optical properties (Alumina: sinterização e propriedades ópticas). Technische Hogeschool Eindhoven.
[3] W.D. Kingery et al (1976). Introduction to Ceramics, 2ª edição. John Wiley & Sons.
[4] Kumar, A. (2013). Aulas práticas ' Ceramics & Colloids ': TP 3 Sintering 1 TP 3-Ceramics: Sinterização e microestrutura Responsável
Sobre o autor
 | Xiurong Qiu Engenheiro de aplicativos da Bettersize Instruments |
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