浅论微粉堆积密度反映碳化硅微粉的.doc

谈微粉堆积密度能否反映碳化硅微粉的粒度和粒型 2011年 9月23日内容摘要：本文主要介绍微粉堆积密度是否能反映碳化硅微粉的粒度和粒形，采用数据统计的方法对实验数据进行了分析，确定了碳化硅堆积密度测量的各个过程，碳化硅粒度值和颗粒的粒形总体对比分析。实验结果表明：在碳化硅微粉堆积密度检测能反映单号、CV值较小的碳化硅微粉，对于段粉不能充分的反映和说明碳化硅微粉的粒度和粒形。关键词： 绿色碳化硅 ；堆积密度；粒形；粒度1 概述 微粉堆积密度指的是微粉在散粒形态中自然堆积状态下单位体积的质量比。自然堆积状态的体积含颗粒内部的空隙和颗粒之间的空隙体积。堆积密度是碳化硅微粉的一项重要技术参数，它是指可流动的微粉一摸中特定的方式和途径流入容器，其质量与体积之比，以g/cm3表示。与粗颗粒磨料堆积密度的测量方法相比，微分堆积密度的测量要复杂的多，这因为微粉的颗粒直径比较小，当颗粒之间的吸附力、摩擦力与颗粒自重在一个数量级时，颗粒会彼此吸附在一起，形成团聚现象。颗粒直径越小，团聚现象就会越严重。测量其堆积密度时必须将碳化硅微粉颗粒分散开，就要施加一定的外力，当外力大于微粉颗粒之间的吸附力和摩擦力时，微粉颗粒就会分开，外力的产生可通过多种途径实现，一般采用机械振动的方式。实验分别是采用雷蒙磨粉机和气流磨粉机制作出来的各型号微粉。型号主要有GC#1000、GC#1200、GC#1500、GC#2000和GC#1200-1500段粉。雷蒙磨粉机和气流磨粉机制作出来的碳化硅微粉最主要的区别就是颗粒的粒型，雷蒙磨粉机制作出来的碳化硅微粉粒型较尖锐，气流磨粉机制作的碳化硅微粉粒型较圆钝。1 实验仪器微粉堆积密度的测量仪器示意图1，型号为DMF-A,郑州磨料磨具磨削研究所。测量装置主要由接料部分、振动送料部分、电器控制部分组成。将待测的微粉装入漏斗,微粉在自身的堆积作用下处于稳定状态。当电磁振荡器启动后,微粉在电磁振动的作用下,沿振动导槽以特定的方式和途径流入测量筒中。影响测量结果的主要几何尺寸规定如下。出料口的内径: 28 mm;出料口的高度: 38 mm;振动导槽长度: 210 mm从漏斗的底边至振动导槽底面的高度: ( 8 4mm) ;测量筒容积: (200 0. 5) cm3 ,其容积由64 mm内径与62. 2 mm高度构成;微粉下落高度: (140 1) mm (从振动导槽底部的上边沿至测量筒的底部) 。1. 溢出盘; 2. 测量筒; 3. 防护屏; 4. 支架; 5. 漏斗; 6. 振动导槽; 7. 电磁振荡器; 8. 橡皮台脚图1 微粉堆积密度测量仪示意图 电磁振荡器的主要作用是将彼此吸附在一起形成结团、聚集的微粉颗粒分散开,并在分散的同时实现微粉颗粒的连续传送,其性能直接影响到微粉颗粒的分散效果,对测量结果有很大影响。DMF - A型微粉堆积密度测定仪采用的电磁振荡器的结构，如图2所示。 图2电磁振荡器的结构图在图2中,激励信号为脉动直流电压。当脉动直流电压处于脉冲状态时,弹簧板受磁力作用沿弧线向下运动,当脉动直流电压处于零状态时,弹簧板在形变所产生的弹力作用下,沿弧线向上运动并回复到原始状态,弹簧板的振动随脉动直流电压呈3000次/min的周期性变化。弹簧板通过振动的传播,使振动导槽中的微粉颗粒产生振动。振动导槽中的微粉颗粒受到的振动力可分解为与振动导槽平行的分量和与振动导槽垂直的分量。与振动导槽平行的分量使微粉颗粒沿导槽水平方向移动,与振动导槽垂直的分量使微粉颗粒产生向上的运动,而后又在重力的作用下回到振动导槽上。微粉颗粒的整个运动过程类似于跳跃,这种跳跃给微粉一种摆脱其相互吸附和摩擦的强制作用,从而达到了分散与传送的双重效果电磁振荡器的主要技术参数如下： 动频率: 3000次/min ; 振动幅度: 0-1.5 mm。2 碳化硅微粉粒型2.1 颗粒形状的定义颗粒形状是指一个颗粒的轮廓边界上各个点所构成的图像。碳化硅微粉颗粒的形状的碳化硅微粉的一个重要特征，微粉的颗粒形状直接影响的碳化硅的流动性，堆积密度，表面氧化等。观察和研究颗粒的形状和表面结构，可以采用光学显微镜，电子透射显微镜和扫描电镜，对于粗的碳化硅微粉可以用放大镜或肉眼观察。微粉颗粒的典型状态如图。 图2-1 颗粒的典型状态微粉颗粒并不像上述那样简单，是各种各样的形状，不能笼统的断言那种形状最合适，即使是同一种方法生产的粉末也会有不通的颗粒形状，表1-1中列出了描述颗粒形状的常用术语。 表1-1 颗粒形状的定义针形针形体片状板状体多角状具有清晰边缘或有粗糙的多面体粒状具有大致相同量纲的不规则形状不规则状无任何对称性的形体球状圆球形体以多线切割为主要用途的碳化硅微粉以多角状，不规则状，菱形等为最佳，以圆钝形为最差。3 实验数据及分析3.1实验方法 在进行堆积密度测试之前,首先将待测的微粉样品置于烘箱中,在110 的温度下干燥1小时,然后冷却至室温。将干燥后的微粉样品等分为三份,分别测量其堆积密度,取三次测量结果的算术平均值作为该样品的堆积密度值。3.2实验1 表 1 单位: g/ cm3样品粒度 白刚玉 绿碳化硅 黑碳化硅F230 1.734 F240 1.580 F280 1.563 1.328 1.166F320 1.485 1.266 1.062F360 1.461 1.238 1.019F400 1.397 1.176 0.968F500 1.277 1.093 0.869F600 1.197 1.012 0.838F800 1.022 0.884 0.760F1000 0.983 0.843 0.720F1200 0.901 0.796 从试验数据中可以看出:各类微粉的堆积密度均随粒径的减少而降低,当粒径减少到一定程度时,其堆积密度将小于1. 000 g/ cm3。这是因为随着粒径的减小,微粉颗粒的比表面积增加,颗粒之间的间隙增大。从上表中还可以看出,一般情况下白刚玉微粉的堆积密度要大于绿碳化硅微粉的堆积密度,绿碳化硅微粉的堆积密度要大于黑碳化硅微粉的堆积密度。3.3 实验2 实验采用绿色碳化硅微粉为试验样品，尖锐的碳化硅微粉采用雷蒙磨粉机制品，圆钝的碳化硅微粉采用气流磨粉机制品。GC#1200、GC#1500和GC#2000型号样品是采用易成公司企业内控标准生产，GC#1200:D315.5um，D50:9.210.2um，D946.5um；GC#1500: D313.5um, D50:7.48.6um，D946.5um；GC#2000: D311.5um，D50:6.47.0um, D944.5um。在进行堆积密度测试之前,首先将待测的微粉样品置于烘箱中,在110 的温度下干燥1小时,然后冷却至室温。将干燥后的微粉样品等分为三份,分别测量其堆积密度,取三次测量结果的算术平均值作为该样品的堆积密度值。 表 2 单位：g/ cm3样品型号 粒型尖锐 粒型圆钝GC#1200 1.0255 1.0487GC#1200 1.0278 1.0495GC#1200 1.0236 1.0501GC#1200 1.0210 1.0421GC#1200 1.0296 1.0464GC#1500 0.9645 1.0124GC#1500 0.9821 1.0098GC#1500 0.9732 1.0065GC#1500 0.9808 1.0082GC#1500 0.9409 1.0133GC#2000 0.8160 0.8922GC#2000 0.8088 0.9014GC#2000 0.8145 0.8863GC#2000 0.7964 0.8652GC#2000 0.8205 0.9124从实验数据中可以看出，相同型号下，尖锐的碳化硅微粉比圆钝的碳化硅微粉颗粒直径大，尖锐的颗粒之间空隙大，使堆积密度变小；不同型号之间，堆积密度随着颗粒直径的减少而减小，这是因为随着粒径的减小,微粉颗粒的比表面积增加,颗粒之间的间隙增大。3.4实验3 实验采用绿色碳化硅微粉为实验样品，GC#1200-1500段粉和GC#1000型号样品是采用易成公司企业内控标准生产，GC#1200-1500:D315.0um，D50:9.010.0um，D945.0um；GC#1000:D317.5um，D50:10.510um，D948um。在进行堆积密度测试之前,首先将待测的微粉样品置于烘箱中,在110 的温度下干燥1小时,然后冷却至室温。将干燥后的微粉样品等分为三份,分别测量其堆积密度,取三次测量结果的算术平均值作为该样品的堆积密度值。 表 3 单位：g/ cm3样品编号 GC#1200-1500 GC#1000 1.0324 1.214 1.0419 1.247 1.0203 1.265 0.9982 1.193 1.0024 1.256 1.1250 1.266 1.0607 1.239 1.0002 1.208 1.0762 1.195 1.0543 1.232从实验数据中可以看出，型号GC#1000堆积密度相差不大，可以对比看出粒度粒型的优差，型号GC#1200-1500堆积密度相差较大，接近GC#1200和GC#1500绿色碳化硅微粉堆积密度，从而不能分析粒度的集中程度和粒型的尖锐与圆钝。型号GC#1200-1500段粉颗粒直径较分散，不集中，CV值较大；型号GC#1000颗粒直径相对集中，CV值较小。3.5 实验4 该试验主要用于分析堆积密度测量过程中,微粉流入测量筒的时间(即微粉在振动导槽中的运动速度)变化对测量结果的影响,试验数据见表4 表 4 单位: g/cm3 白刚玉 绿碳化硅 黑碳化硅流入时间 F600 F500 F60020 s 1.211 1.108 0.84925 s 1.207 1.103 0.84330 s 1.203 1.099 0.84140 s 1.201 1.097 0.84050 s 1.198 1.095 0.83860 s 1.198 1.094 0.83870 s 1.195 1.093 0.83680 s 1.194 1.090 0.83690 s 1.194 1.088 0.83395 s 1.191 1.088 0.830100 s 1.187 1.085 0.82820 s100 s范围内的数值之差 0.024 0.023 0.02130 s90 s范围内的数值最大与 0.009 0.011 0.008最小值之差从试验数据中可以看出:微粉流入测量筒的时间对测量结果有一定的影响。流入测量筒的间越长,即微粉在振动导槽中的运动速度越慢,测量结果就越小。这是因为微粉颗粒在振动导槽中停留的时间越长,被分散的效果就越好,样品就越蓬松。但是这种影响总的来说并不大,当微粉流入测量筒的时间控制在30 s90 s范围内时,其对测量结果造成的影响可以忽略。4 结论实验主要以绿色碳化硅微粉为对象。实验说明，1、不同原料的微粉堆积密度区别很大；2、绿色碳化硅微粉在相同原料和粒度下，堆积密度可以对微粉的粒型进行判别；3、绿色碳化硅微粉在不同粒度情况下，随着颗粒直径的变小，堆积密度也逐渐递减，当粒子直径减少到一定程度时,其堆积密度将小于1.000 g/