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激光衍射法是一种具有可靠简单及测量范围广等特点的粒径检测方法

激光衍射法是一种具有可靠简单及测量范围广等特点的粒径检测方法

2022/6/7 15:26:30

美国加州大学圣塔芭芭拉分校天体物理学和宇宙学家菲利普-卢宾教授认为:“如果你的文明希望通过广播方式表示你们的存在,最聪明的方法就是像灯塔一样发送出信号”。卢宾教授的研究团队计划在地球上建造一台高能激光器,将所有数据通过光信号发送到太空。卢宾介绍说,“光子包中可能包含有你独特的DNA序列。这些数据以1或0的形式发送出去,就像是计算机代码一样”;激光的明暗闪烁可以代表这种二进制代码。

激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。

当前激光应用很广泛,有激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光武器、激光唱片、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器、LIF无损检测技术等等。

今天的主题是激光衍射法,是一种具有可靠、简单及测量范围广等特点的粒径检测方法,因此其广泛应用于金属粉末生产过程中的质量控制环节。

由于颗粒粒径越小,越易于团聚,从而造成超细金属粉粒径分布峰出现分离。因此,为了生产出最佳金属粉原料,需充分考虑超细原料粉团聚现象。PSA仪器可以有效测量此范围中的粒度分布。

两个不同生产批次(批次1、批次2)的新鲜激光烧结(如上图1.4404 Sandvik)不锈钢粉末(即R00)均采用PSA 1190 LD的湿法测量其粒径,其分散介质为水。为了避免颗粒团聚,使其形成稳定分散液,在分散缸中加入偏磷酸钠(NaMP),使其浓度达到1 g/L。取样时,先将金属粉料缓慢旋转360°,然后从侧面取样品,从而保证所取的样品具有代表性。将所取的粉料加入到分散缸中,使其浓度达到10%左右。为了避免大颗粒的沉降,搅拌器功率调到最大。由于样品的光学性质已知,因此采用Mie模型进行分析。输入的参数如表3所示。

两个批次不锈钢粉的粒度分布如图6所示

两个批次粉料的粒径分布主峰均在40μm附近,为金属粉产品的一项重要指标。此外,两个批次的最大粒径均约90μm。然而,两个批次的粒径分布在最小值处存在明显的差异。由图可见,批次1在10 μm和4μm处分别出现一个峰值,而批2则是一个从10到90μm连续的宽峰。同时,这种差异也反映在两个批次样品的体积分布D值上,如表4所示。

粉料粒径分布的不均匀会对粉料的性质 (如流动性能和团聚性)造成影响。从而进一步影响到烧结流程和最终产品的性质。

为了进一步研究存在于批次1中的小颗粒,取批次1中的样品,并经过孔径为30μm的筛子进行筛分。然后将过筛后的粉料分散在1g /L NaMP的水相中,经超声处理10min,并沉淀1min。沉淀后,粗颗粒沉淀到底部,但由于细颗粒的沉降速度比粗颗粒慢,导致沉淀后的水相仍然浑浊。将沉淀后的液相(批次1_Fine fraction)导入PSA仪器的分散缸中进行测量。图7所示分别为批次1原始样、经筛分后和经沉淀后样品的粒度分布。由图可见,批次1的未经过处理的原始样品粒径分布范围最宽,其粒径下限为2 μm。经筛分沉淀后的样品,其粒径分布集中在 (2 - 11μm)之间。

值得注意的是,经过30μm筛子筛分后的样本在30 - 60μm的范围内仍有分布。这个结论归因于一个众所周知的事实:筛分是根据粒子的最小尺寸筛选的。由样品电镜图 (图8)可见,样品中含有细长颗粒,其长度在40 - 60μm之间,而宽度约为30μm。这种细长粒子数量很少,只有两三个,在筛分过程中可忽略不计。但相比之下,激光衍射法下的PSD结果对两倍体积的大颗粒非常敏感。由此可见,激光衍射粒径分布与样品的实际粒径高度相关。

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