Въведение
Морфология на частицитее една от няколкото взаимодействащи променливи, които могат да повлияят на обработката и поведението на приложениетоБял стопен алуминиев микропрах. В индустриалната практика морфологията трябва да се оценява заедно с разпределението на размера на частиците, химичния състав, повърхностните характеристики, състоянието на агломерация, формулировката, условията на обработка, дизайна на инструмента или матрицата и специфичните изисквания за приложение.
Тази статия разглежда как морфологията на частиците може да повлияе на избраното поведение при обработка и приложение, без да третира формата на частиците като единствен определящ фактор за ефективността.
Производство и обработка на бял стопен алуминиев микропрах
Бял стопен алуминиев оксид се произвежда чрез електродъгово сливане на суровина за алуминиев оксид, последвано от охлаждане, раздробяване, смилане и класифициране в определени степени. Полученият материал се състои предимно от алфа-алуминиев оксид и се характеризира с висока твърдост, химическа стабилност и огнеупорност.
Бял стопен алуминиев микропрах се получава чрез допълнително намаляване на размера и класификация в определени фини степени. Тъй като конвенционалната WFA се раздробява механично и се смила, производственият път има пряко влияние върху морфологията на частиците, наблюдавана в търговските микропрахове.
Разбиране на морфологията на частиците
Морфологията на частиците се отнася до формата и повърхностните характеристики на отделните частици в праха. Морфологията може да повлияе на това как частиците се опаковат, текат, взаимодействат със съседни частици и контактуват с други материали по време на обработката.
При фините прахове обаче морфологията рядко действа независимо. Разпределението на размера на частиците, химията на повърхността, грапавостта на повърхността, агломерацията, влагата и условията на обработка могат да повлияят на наблюдаваното поведение на праха.
Типична морфология на натрошен WFA микро прах
Конвенционалният натрошен бял разтопен алуминиев микропрах обикновено е с ъглова или неправилна морфология. Тези характеристики са резултат от процесите на раздробяване, използвани за намаляване на стопения алуминиев оксид до по-фини размери на частиците.
В рамките на един клас частиците могат да варират по ъгловатост, аспектно съотношение и текстура на повърхността. Конвенционалният натрошен WFA микропрах не е естествено сферичен и не трябва да се приема, че притежава еднаква форма на частиците във всички степени.
Специално обработени морфологии
Специализирани прахове от алуминиев оксид могат да бъдат произведени с по-заоблени или сфероидизирани морфологии чрез допълнителни начини на обработка. Такива материали не трябва автоматично да се третират като еквивалентни на конвенционален натрошен микропрах от бял стопен алуминиев оксид.
Разликите в начина на обработка могат да повлияят на формата на частиците, повърхностните характеристики, разпределението на частиците по размер и други свойства на праха. Следователно всеки специално обработен клас трябва да се оценява, като се използват специфични за продукта технически данни, а не само морфология.
Влияние на морфологията върху абразивното поведение
В избрани абразивни състави, в зависимост от класа и спецификацията на размера на частиците, морфологията на зърната може да повлияе на това как абразивните частици взаимодействат с детайла. Ъглови или неправилни частици могат да създадат локализирани контакти чрез изпъкнали ръбове, които допринасят за отстраняването на материала.
Действителната абразивна производителност обаче зависи от цялостната абразивна система. Съответните променливи включват размер на частиците, разпределение на размера на частиците, морфология, ронливост, концентрация на абразив, връзка или дизайн на инструмента, материал на детайла, приложен товар, относително движение и работни условия.
Следователно морфологията трябва да се разглежда като една променлива на процеса, а не като универсален предиктор на абразивните характеристики.
Рязане и отстраняване на материал
Ъглови или неправилни абразивни зърна могат да допринесат за действието на рязане чрез локализирани контакти, създадени от изпъкнали ръбове, докато ефективността на отстраняване на материала остава зависима от цялата абразивна система и условията на процеса.
Твърдостта и съставът на обработвания детайл, размерът на абразивните частици, характеристиките на зърното, дизайнът на инструмента, системата за свързване, натоварването, скоростта и други работни условия могат да променят връзката между морфологията и поведението при отстраняване.
Формата на частиците сама по себе си не може да се използва за прогнозиране на ефективността на рязане или ефективността на отстраняване на материал.
Повърхностно покритие и контрол на процеса
Морфологията на частиците може да повлияе на геометрията на надраскване и контактното поведение по време на абразивна обработка, но полученото повърхностно покритие е резултат от процеса на системно ниво.
Съответните променливи включват размер на частиците, разпределение на размера на частиците, морфология, концентрация на абразив, приложено натоварване, относително движение, дизайн на инструмент или връзка, материал на детайла и условия на процеса.
При иначе сравними условия на обработка по-малките абразивни частици могат да допринесат за по-фини повърхностни текстури, но тази тенденция не трябва да се третира като универсално правило. Взаимодействието между характеристиките на частиците и условията на процеса трябва да се оцени за конкретната довършителна операция.
Последици за огнеупорни и керамични състави
вогнеупорни и керамични приложения, Микропрахът от бял стопен алуминиев оксид може да образува един компонент от формулиран материал, съдържащ други агрегати, фини прахове, свързващи вещества и добавки за обработка.
Морфологията на частиците може да повлияе на поведението при опаковане и обработка, но крайната микроструктура и свойства на огнеупорното или керамичното тяло зависят от пълната формула и историята на производството.
Опаковка и микроструктура
Поведението при опаковане в сухи прахове и зелени тела зависи съвместно от разпределението на размера на частиците, морфологията на частиците, състоянието на агломерация, формулировката и метода на формоване.
Морфологията на частиците може да промени поведението на опаковката, но посоката и големината на ефекта зависят от разпределението на размера на частиците, взаимодействията между различните фракции на частиците, агломерацията, формулировката и метода на обработка.
Поради това характеристиките на опаковката на конкретен клас WFA микропрах трябва да бъдат оценени при условия, представителни за планираната формула и процес на формоване.
Защо свойствата на готовите огнеупорни материали са на системно ниво
Крайните огнеупорни и керамични свойства като топлопроводимост, механична якост, устойчивост на термичен удар, пропускливост и устойчивост на ерозия са свойства на системно ниво.
Те зависят от взаимодействащи фактори, които могат да включват състав на материала, разпределение на размера на частиците, морфология на частиците, свързваща система, метод на формоване, порьозност, структура на порите и условия на изпичане или синтероване.
Тези свойства не трябва да се приписват директно само на морфологията на частиците на WFA. Например топлопроводимостта зависи от топлинните характеристики на съставните фази, порьозността, структурата на порите, вторичните фази и историята на обработката. Морфологията на частиците може да повлияе на аспектите на микроструктурното развитие, но не определя независимо крайното топлинно поведение.
Съображения за композитни системи, напълнени с полимер
Прахове на основата на алуминиев оксид могат да бъдат включени като пълнители на неорганични частици в определени полимерни състави. Когато за такава формула се обмисля бял разтопен алуминиев микропрах, нейната пригодност трябва да бъде оценена с помощта на специфични за продукта технически данни и тестване на формулата.
В тези системи поведението на композита зависи от взаимодействието между пълнителя от частици и непрекъснатата полимерна матрица. Морфологията на частиците може да повлияе на обработката или поведението на повърхността, но нейният ефект не може да бъде изолиран от останалата част от формулировката.
Поток, дисперсия и реология
По-закръглените морфологии на частиците понякога могат да поддържат подобрен поток на насипен прах, но течливостта също зависи от разпределението на размера на частиците, грапавостта на повърхността, съдържанието на фини частици, влагата, електростатичните взаимодействия и условията на обработка на насипния материал.
Течливостта на праха не трябва да се бърка с дисперсията в течна или полимерна матрица.
Дисперсията зависи от множество променливи на формулировка и обработка, които могат да включват натоварване на пълнителя, разпределение на размера на частиците, химия на повърхността, реология на матрицата, условия на смесване, температура и използване на диспергиращи или свързващи агенти, където е приложимо.
Течливостта, способността за смесване, омокрянето, дисперсията, реологията и междуфазната адхезия описват различни явления и трябва да се оценяват отделно.
Механичните свойства зависят от пълната формула
Механичните свойства на напълнените с частици полимерни системи зависят от натоварването на пълнителя, размера на частиците, морфологията на частиците, качеството на дисперсията, химията на повърхността, повърхностната обработка, където е приложимо, химията на матрицата, междуфазната адхезия, съдържанието на празнини, агломерацията и условията на обработка.
Морфологията на частиците може да повлияе на преноса на напрежението и локалното разпределение на напрежението, но посоката и големината на ефекта зависят от пълната формула.
Следователно е неуместно да се предполага, че определена морфология на частиците универсално ще увеличи якостта, модула, якостта или други механични свойства. Ефективността трябва да се определи чрез тестване, специфично за формулировката.
Ключови параметри за промишлени купувачи
Когато определят или избират микропрах от бял стопен алуминиев оксид, купувачите трябва да оценят параметрите, които са подходящи за предвидения клас и приложение.
Уместната информация може да включва:
- Гранулометричен състав
- D50 или други приложими дескриптори за размера на частиците, когато е приложимо
- Ограничения за извънгабаритни размери и глоби, където са посочени
- Морфология на частиците
- Химичен състав
- Специфична повърхностна площ, когато е приложимо
- Обемна плътност, когато е приложимо
- Съдържание на влага, където е посочено
- Повърхностна обработка, когато е приложима за специално обработен клас
- Приложима система за сортиране или стандарт за размер на частиците
- Лист с технически данни (TDS)
- Информационен лист за безопасност (SDS)
- Сертификат за анализ (COA)
- Аналитични данни, специфични за партидата, когато има такива
Не всеки параметър е необходим за всеки вид микропрах WFA. Дескрипторите на размера на частиците трябва също да се тълкуват в съответствие с приложимия метод за класификация и измерване, вместо да се приемат за взаимозаменяеми.
Например, стойност D50, получена от метод за измерване на размера на частиците, не трябва автоматично да се третира като еквивалентна на абразивно обозначение на микрозърнеста частица съгласно системите за класифициране на FEPA или ISO. Купувачите трябва да потвърдят както отчетения параметър за размера на частиците, така и метода или системата за класифициране, използвани за определянето му.
Заключение
Морфологията на частиците е важен параметър за избор на приложение за бял стопен алуминиев микропрах, но не е независим предиктор за промишлени характеристики.
Конвенционалният натрошен микропрах WFA обикновено е ъглов или неправилен, докато специализираната обработка може да произведе прахове от алуминиев оксид с по-заоблена морфология, които трябва да се разграничават от обикновените натрошени видове WFA.
При абразивни приложения морфологията може да повлияе на контакта частица-заготовка и поведението при отстраняване на материала, но действителната производителност зависи от пълния абразивен процес. При огнеупорните и керамичните състави опаковъчните и крайните свойства зависят от пълната формулировка и историята на обработката. В напълнените с полимер системи морфологията взаимодейства с размера на частиците, дисперсията, свойствата на матрицата, междинните условия и променливите за обработка.
Поради това за промишлен подбор морфологията на частиците трябва да бъде оценена заедно с разпределението на размера на частиците, химичния състав, повърхностните характеристики, приложимата информация за класифициране, техническата документация и специфичните за приложението изисквания за обработка. Представителното тестване остава най-надеждният метод за определяне дали конкретен клас WFA микропрах е подходящ за конкретно приложение.
Референции
1. Федерация на европейските производители на абразиви (FEPA). FEPA 42-2:2006. Зърна от разтопен алуминиев оксид, силициев карбид и други абразивни материали за свързани абразиви и за общи приложения - Microgrits F230 до F2000.
2. Международна организация по стандартизация. ISO 8486-2:2007. Свързани абразиви. Определяне и обозначаване на зърнометричния състав. Част 2: Микрозърна F230 до F2000.
3. Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J., & Aneziris, CG (2017). Огнеупори, съдържащи разтопени и синтеровани агрегати от алуминиев оксид: Изследвания върху обработката, разпределение на размера на частиците и морфология на частиците. Ceramics International, 43 (5), 4252–4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.
4. DeArmitt, C., & Rothon, R. (2017). Пълнители на частици, избор и употреба в полимерни композити. В R. Rothon (Ed.), Пълнители за полимерни приложения (стр. 3–27). Спрингър, Чам. DOI: 10.1007/978-3-319-28117-9_1.
5. Герман, RM (1989). Характеристики на опаковане на частици. Федерация на индустриите за метална прах.