Измерение размера частиц и обнаружение агломератов керамических материалов в процессе производства

Точное измерение керамических порошков имеет решающее значение в керамическом производстве. Bettersizer S3 Plus доказал свою способность точно измерять размер и распределение частиц по размерам, а также эффективно контролировать агломерацию, существующую в керамических порошковых материалах. Таким образом, Bettersizer S3 Plus является ценным инструментом для отображения результатов измерения размера и формы частиц. С помощью Bettersizer S3 Plus производители могут выпускать керамические изделия с высокими эксплуатационными характеристиками.

 

                        

Продукт	Bettersizer S3 Plus
Промышленность	Керамика
Образец	Оксид алюминия
Тип измерения	Размер частиц, форма частиц
Технология измерения	Лазерная дифракция, динамический анализ изображений

 

 

Перейти к разделу:

 

 
• Введение
 
• Результат 
   
  • Мелкие частицы
   
  • Распределение частиц по размерам
   
  • Агломерация
   
   
 
• Заключение
 
• Ссылка
 

 

 

---

 

Введение

 

Прочность современных керамических изделий обычно определяется характеристиками порошка на четырех этапах: предварительная обработка порошка, диспергирование и смешивание, формование и спекание. Для достижения оптимальной прочности конечных изделий размер частиц является основным фактором, который необходимо учитывать на этапе предварительной обработки порошка. Это связано с тем, что мелкие частицы с большой поверхностью и молекулярной тяжестью с большей вероятностью будут агрегироваться, чем крупные. Кроме того, агломерация резко снижает эффективность спекания и повышает вероятность разрушения керамических компонентов. Поэтому для повышения прочности керамических изделий важно отслеживать и контролировать агломерацию в тонкодисперсных порошковых материалах на протяжении всего производственного процесса.

 

 

В Bettersizer S3 Plus используется запатентованная технология DLOI System (Dual Lenses and Oblique Incidence System) для обеспечения измерений тонкодисперсных керамических порошков. Встроенная CCD-камера высокого разрешения позволяет производителям наблюдать за агломерацией в режиме реального времени во время измерения размера частиц. В этом приложении будут проанализированы размер частиц, распределение по размерам и агрегаты порошка оксида алюминия, чтобы помочь производителям достичь лучшей прочности керамических изделий.

 

 

Рисунок 1. Оптическая система Bettersizer S3 Plus

 

 

Результат

 

 

Мелкие частицы

 

Точное измерение мелких частиц в керамическом производстве необходимо. Сертифицированный образец размером 0,4 мкм был получен от химического поставщика Aladdin. Согласно результатам, приведенным в таблице 1 и на рисунке 2, среднее значение D50 составляет 0,396 мкм, что близко к результатам СЭМ образца на рисунке 3. Повторяемость D50 составляет 0,39%, что обеспечивает надежность анализа и полностью соответствует стандарту ISO 13320^[1].

 

                                              

Образец	D10 (мкм)	D50 (мкм)	D90 (мкм)
0,4 мкмглинозем-1	0.241	0.395	0.962
0,4 мкмглинозем-2	0.24	0.396	0.962
0,4 мкмглинозема-3	0.243	0.398	0.967
0,4 мкмглинозем-4	0.243	0.396	0.966
0,4 мкмглинозем-5	0.24	0.392	0.957
Повторяемость	0.63%	0.55%	0.45%

 

Таблица 1. Типичные значения размеров образца глинозема

 

 

Рисунок 2. Распределение частиц по размерам и повторяемость образца глинозема размером 0,4 мкм

 

 

 

Рисунок 3. Результат СЭМ образца оксида алюминия

 

 

Распределение частиц по размерам

 

Спекание заключается в уплотнении порошков в плотный продукт (также известный как зеленое тело). На этом этапе порошки нагреваются чуть ниже температуры плавления исходного материала. В зеленом теле происходит усадка, и между частицами образуются связи. В результате пространство уменьшается, а прочность зеленого тела увеличивается. Рисунок 4 объясняет механизм процесса спекания.

 

 

Рисунок 4. Механизм спекания

 

 

Размер частиц и распределение по размерам оказывают большое влияние на скорость спекания. С увеличением размера частиц уменьшается прижимная сила при спекании, поэтому крупные порошки не могут эффективно скрепляться ^{[2, 3]}. Другими словами, размер пор не может эффективно уменьшаться. Одним из решений для уменьшения влияния крупных пор является смешивание мелких керамических порошков с крупными частицами, в результате чего мелкие частицы могут заполнить поры во время спекания ^[4].

 

 

Рисунок 5. Гранулометрический состав образца оксида алюминия

 

                

Образец	D10 (мкм)	D50 (мкм)	D90 (мкм)
Образец оксида алюминия	5.333	11.49	20.50

 

Таблица 2. Типичные значения частиц образца оксида алюминия

 

 

 

Рисунок 6. Изображение частиц порошка оксида алюминия

 

 

Образец порошка глинозема из компании по производству керамики. Медианный размер составляет 11,49 мкм, но частицы распределены от 3,633 мкм до 23,41 мкм, как показано на рисунке 5 и в таблице 2. Образец содержит несколько мелких частиц, которые можно увидеть на рисунке 6. Следовательно, мелкие частицы в образце могут заполнять поры, и вероятность образования крупных пор во время спекания меньше.

 

Агломерация

 

В керамической промышленности не только размер и распределение частиц по размерам влияют на конечную прочность, но и агломераты или чрезмерно крупные частицы оказывают на нее сильное влияние. Окно анализа в реальном времени может отображать агломерированные частицы, как показано на рисунке 7.

 

 

 

Рисунок 7. Наблюдаемые агломераты в окне отображения в реальном времени

 

 

Агломерация приводит к снижению прочности конечных продуктов, так как агломерация значительно снижает плотность зеленого тела ^[4].

 

 

Заключение

 

Точное измерение керамических порошков имеет решающее значение в производстве керамики. Bettersizer S3 Plus позволяет точно измерять размер и распределение частиц по размерам, а также эффективно контролировать агломерацию, существующую в керамических порошковых материалах. Таким образом, Bettersizer S3 Plus является ценным инструментом для отображения результатов измерения размера и формы частиц. С помощью Bettersizer S3 Plus производители могут выпускать керамические изделия с высокими эксплуатационными характеристиками.

 

 

Ссылка

 

[1] ISO 13320 (2009) Анализ размера частиц - Методы лазерной дифракции.
[2] Peelen, J. G. J. (1977). Глинозем: спекание и оптические свойства. Technische Hogeschool Eindhoven.
[3] W.D. Kingery et al (1976). Введение в керамику, 2-е издание. John Wiley & Sons.
[4] Kumar, A. (2013). Практические занятия 'Керамика и коллоиды': TP 3 Sintering 1 TP 3-Ceramics: Спекание и микроструктура Ответственный

 

 

 

Об авторе

        

Сюронг Цю   Инженер по применению @ Bettersize Instruments

 

 

        

Хотите получить высокопроизводительные керамические материалы? Ознакомьтесь с нашей коллекцией из ПЯТИ заметок по применению керамики, подготовленных исследовательской лабораторией Bettersize.   Скачать бесплатно