bettersize
Главная > Узнать > Центр знаний > Контроль качества современных керамических изделий с помощью Bettersizer S3 Plus

Контроль качества современных керамических изделий с помощью Bettersizer S3 Plus

2022-12-13Application Note

Глобальный спрос на передовую керамику, обладающую уникальными термическими, износо- и коррозионностойкими свойствами, в биомедицине, аэрокосмической промышленности, точных инструментах, электронике и экологии постоянно растет. Оптимизация и контроль гранулометрического состава порошка для улучшения микроструктуры керамических изделий имеют решающее значение для конечных характеристик. Автосамплер Bettersizer S3 Plus и BT-A60 могут обеспечить производителей керамического порошка и керамических изделий высокоавтоматизированным и экономящим время методом измерения большого количества образцов. Высокая производительность и сочетание динамического анализа изображений позволяют Bettersizer S3 Plus быть надежным и мощным инструментом для контроля качества в любом процессе производства керамики.

 

                        
ПродуктBettersizer S3 Plus
ПромышленностьКерамика
ОбразецПорошок глинозема
Тип измеренияРазмер частиц, форма частиц
Технология измеренияЛазерная дифракция, динамический анализ изображений
 

 

Перейти к разделу:

  

 
 

Введение

 

Глобальный спрос на керамические материалы с широким спектром применения в биомедицине, аэрокосмической промышленности, точных инструментах, электронике и экологии постоянно растет. Усовершенствованная керамика расширяет уникальные термические, износо- и коррозионностойкие возможности традиционной керамики за счет повышения прочности. Одним из основных методов улучшения механических свойств является использование высокочистого и сверхтонкого неорганического неметаллического порошка в качестве сырья для оптимизации микроструктуры керамических изделий. [1] Гранулометрический состав (PSD) керамического порошка играет важную роль в плотности зеленого цвета, прочности зеленого цвета, усадке и в дальнейшем влияет на характеристики конечных продуктов. Таким образом, как для производителей керамического порошка, так и для производителей керамических изделий, точный контроль PSD является обязательным условием для контроля качества.

 

 

Трудности и требования к контролю качества керамического порошка:

 
     
  • В процессе производства керамического порошка необходимо регулярно отбирать пробы и определять качество продукта на линиях для обеспечения стабильности качества и сохранения данных измерений для отслеживания. Однако из-за огромного количества проб измерение размера частиц является трудоемкой и повторяющейся работой, увеличивающей стоимость контроля качества.
  •  
 

 
     
  • Регулировка PSD путем смешивания более мелкого и более крупного порошка в определенной пропорции является распространенным методом повышения плотности зеленой массы. Однородность смешанного порошка будет определять успех спекания. Для контроля однородности необходим эффективный метод.
  •  
 

 
     
  • Размер частиц сверхтонкого керамического порошка обычно субмикронный. Традиционный метод измерения PSD, такой как просеивание, не подходит для измерения такого тонкого порошка. Для технологии лазерной дифракции (LD) также существуют проблемы, связанные с производительностью анализаторов.
  •  
 

 
     
  • Во время прокаливания и высушивания керамического порошка мелкие керамические частицы склонны к агломерации. Небольшое количество негабаритных частиц всегда становится дефектом продукции и снижает ее квалификацию. Их обнаружение перед использованием очень важно для контроля качества. Но метод LD не позволяет показать изображения негабаритных частиц, что ставит под сомнение их реальное наличие или отсутствие.
  •  
 

 

Bettersizer S3 Plus сочетает лазерную дифракцию и динамический анализ изображений в одном приборе. Лазерная дифракционная система обеспечивает высокую точность, чувствительность и разрешение для измерения частиц даже субмикронного размера. Система динамической визуализации позволяет визуализировать процесс диспергирования, получать изображения частиц больших размеров и информацию о форме, что помогает пользователям анализировать, что происходит с их порошковыми продуктами.

 

 

Figure-1-The-Bettersizer-S3-Plus,-and-BT-A60-autosampler

 

Рисунок 1. Bettersizer S3 Plus и автосамплер BT-A60

 

 

Пример 1: автоматическое измерение PSD образцов глиноземного порошка

 

В данном примере 60 образцов порошка глинозема (5 порошков глинозема с различными PSD, глинозем A~E, каждый порошок глинозема был разделен на 12 образцов) были автоматически измерены за один прогон с помощью Bettersizer S3 Plus и автосамплера BT-A60. BT-A60 - это высокопроизводительный автодозатор. Совместимый с Bettersizer S3 Plus, он может обеспечить полностью автоматизированный анализ образцов.

 

 

Перед измерениями 60 порошковых образцов были ультразвуком диспергированы в водных растворах с метафосфатом натрия в 60 пробирках для образцов. На каждую пробирку наносился штрих-код, соответствующий заранее отредактированному и сохраненному в программном обеспечении SOP. Когда начинается измерение, рабочий процесс выглядит следующим образом:

 

 
     
  • BT-A60 сканирует штрих-код, идентифицирует образец и выбирает SOP;
  •  
  • Пробоотборная игла BT-A60 отбирает суспензию в пробирке и вводит ее в дисперсионный бассейн, а затем выполняет измерение;
  •  
  • Пробоотборная игла очищается ультразвуком и переходит к следующему измерению.
  •  
 

 

 

Рисунок 2. D10, D50 и D90 60 образцов (единицы измерения: мкм)

 

 

На рисунке 2 показаны D10, D50 и D90 60 образцов порошка глинозема. Перед извлечением суспензии из пробирок для сохранения однородности суспензии несколько раз автоматически производилось всасывание и впрыскивание с помощью пробоотборной иглы. 12 образцов каждого порошка глинозема показали хорошую воспроизводимость. Результат PSD каждого измерения был автоматически сохранен в программном обеспечении.

 

 

Figure 3. The PSD and cumulative curves of sample A, B, C, D and E

 

Рисунок 3. PSD и кумулятивные кривые образцов A, B, C, D и E

 

 

На рисунке 3 показаны PSD и кумулятивные кривые 5 порошков глинозема. Глинозем A, B и C имеет относительно более узкое монораспределение, а глинозем D - более широкое бимодальное распределение. Различные формы кривых PSD указывают на различия в методах их приготовления и обработки.

 

Table 1. The PSD of sample E

 

Таблица 1. PSD образца E

 

 

Содержание крупных частиц в тонком порошке является важным показателем, поскольку крупные частицы всегда образуют дефекты. При использовании надлежащих методов обработки, таких как измельчение и просеивание, большинство крупных частиц может быть удалено. Глинозем Е - это сырье, которое не подвергалось измельчению и просеиванию. Согласно суммарному содержанию, приведенному в таблице 1, объемная доля частиц размером более 45 мкм в образце E составляет около 9 %.

 

 

Использование Bettersizer S3 Plus и автодозатора BT-A60 обеспечивает высокоавтоматизированный и удобный метод измерения размера частиц для большого количества образцов.

 

 

Пример 2: Определение однородности глиноземного порошка

 

Плохая однородность керамического порошка приводит к неоднородной микроструктуре изделий и низкой механической прочности. Для достижения идеальной однородности смешивания было разработано множество методик и смесителей. В то же время поиск простого метода мониторинга эффекта смешивания также важен для контроля качества.

 


В данном исследовании мы измерили 2 смешанных керамических порошка. Все они были получены путем смешивания более тонкого глиноземного порошка (D50 составляет около 0,5 мкм) и более грубого глиноземного порошка (D50 составляет около 3,0 мкм). Разница заключалась в том, что один из них смешивался сухим методом (без воды), а другой - мокрым (с водой). Перед измерением каждый смешанный порошок был отобран 5 раз в разных точках. Для измерения гранулометрического состава 10 образцов использовались приборы Bettersizer S3 Plus и BT-803 для мокрого диспергирования.

 

Figure 4. The D50 (um) of the mixed alumina powders

 

D50 каждого образца смешанных порошков показан на рисунке 4. D50 образца, смешанного сухим способом, сильно колеблется, что свидетельствует о том, что пропорции более мелких и более крупных частиц сильно отличаются. D50 образца, смешанного мокрым способом, более стабилен, что указывает на его хорошую однородность.

 

 

Figure 5. The PDS curves of the dry mixed alumina powder  and wet mixed alumina powder

 

Рисунок 5. Кривые PDS сухого смешанного глинопорошка
и мокрого смешанного глинопорошка

 

 

Из кривых PSD на рисунке 5 видно, что воспроизводимость сухого смешанного порошка очень плохая. Образец сухого смешивания 3 имеет наибольшее содержание крупных частиц по сравнению с другими образцами, в то время как образец 4 содержит практически только мелкие частицы. Кривые PSD порошка, смешанного во влажном состоянии, демонстрируют хорошую согласованность. Отличная воспроизводимость указывает на то, что мокрый метод может быть более подходящим для смешивания таких тонких керамических порошков.

 

 

Пример 3: Обнаружение агломератов глинозема

 

Неожиданные негабаритные частицы в тонком керамическом порошке всегда свидетельствуют об ухудшении качества и изменении условий производства и обработки. Когда негабаритные частицы появляются на PSD-кривой непредсказуемо, подтверждение их существования имеет большое значение. Система динамической визуализации Bettersizer S3 Plus была использована для обнаружения агломератов в сверхтонком глиноземном порошке и предоставления изображений и информации о форме для анализа.

 

 

Рисунок 6. Кривые PSD порошка глинозема.

 

 

На рисунке 6 показаны PSD-кривые двух партий глиноземного порошка с одной и той же моделью. По сравнению с контрольной партией, в аномальной партии присутствуют частицы больших размеров в диапазоне от 6 до 20 мкм. Это может быть вызвано агломерацией сверхтонких частиц глинозема в процессе производства. Чтобы убедиться, что агломераты действительно существуют, параметр измерения был настроен на захват частиц размером от 6 до 20 мкм.

 

 

Рисунок 7. Изображения негабаритных частиц.

 

 

Изображения негабаритных частиц (показаны на рисунке 7) были получены с помощью высокоскоростных CCD-камер. В результате анализа изображений были определены диаметры частиц (цифры над изображениями). Полученные изображения подтверждают существование негабаритных частиц.

 

Figure 8. The scatter plot of particles in the range of 6~20 um.

 

Рисунок 8. Диаграмма рассеяния частиц в диапазоне 6~20 мкм.

 

 

Частицы в диапазоне 6~20 мкм были подсчитаны на диаграмме рассеяния, показанной на рисунке 8. Сочетая изображения и диаграмму рассеяния соотношения сторон, можно определить, что аномальная кривая PSD вызвана количеством нерегулярных агломератов глинозема. Появление агломератов также может свидетельствовать о наличии некоторых нестабильных факторов в процессе производства, которые необходимо проверить и улучшить.

 

 

Заключение

 

Автосамплер Bettersizer S3 Plus и BT-A60 могут обеспечить производителей керамического порошка и керамических изделий высокоавтоматизированным и экономящим время методом измерения большого количества образцов. Высокая производительность и сочетание динамического анализа изображений позволяют Bettersizer S3 Plus быть надежным и мощным инструментом для контроля качества в любом процессе производства керамики.

 

 

Ссылка

 

[1] T. A. Otitoju, P. U. Okoye, G. Chen, Y. Li, M. O. Okoye, and S. Li, Advanced Ceramic Components: Материалы, изготовление и применение, Журнал промышленной и инженерной химии, 2020, том 85, 34-65

 

 

 

Об авторе

        
Bettersize-engineer-Echo-CaoЦзин Цао

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

 
Bettersize-five-ceramics-application-notes

Rate this article

Скачать
English