книги из ГПНТБ / Паничкина, В. В. Методы контроля дисперсности и удельной поверхности металлических порошков

При применении электронного микррскоца для гранулометри­ ческого анализа рассматривают "'на просвет" либо сами частицы, либо их угольные реплики.

Поскольку для мелкодисперсных порошков важно разбить об- . разовавшиеся скопления, то можно применить следующий способ дш> пергирования /143/. Одну каплю льняного масла, полимеризованного нагреванием, смешивают с небольшим количеством (0 , 0 1 г) по­ рошка на стеклянной пластине, растирая смесь стеклянной палоч­ кой. Для лучшой смачиваемости добавляют несколько капель уайт-

спирита коллодиевую пленку вылавливают на предварительно про­ каленную проволочную сетку. Сетку с образцом переносят на по­ верхность чистого уайт-спирита для полного удаления масла, за­ тем высушивают. После этого вырубают объект для просмотра в микроскопе.

Хорошее диспергирование порошка достигается при ультра­ звуковой обработке суспензии порошка в жидкорти (например,спир­ те), налитой в пробирку. Для этого удобно использовать ультра-? звуковой низкочастотный диспергатор типа У2ДН,выпускаемый Сум-? ским заводом электронных микроскопов.

При приготовлении угольных реплик, дозволяющих рассмотреть форму и рельеф поверхности частиц, порошок наносят на чистую Стеклянную пластинку со сдиртом, Дают спирту испариться и на­ пыляют угольную пленку на пластинку с порошком. Затем острым ркальпелем подрезают края пленкч и разрезают ее на квадраты раз­ мером примерно 3x3 мм, С одного края осторожно опускают плас­ тинку в воду. Угольная пленка отрывается QT стеклянной под- . ; ложки и всплывает. При отслаивании от стеклянной подложки пленка захватывает частицы порошка. Их следует растворить пе­ ред просмотром под микроскопом. Для этого стеклянной'палочкой кусочки пленки переносят в чашку с растворителями (состав растт

131

практике измерения проводят в одном направлении. Препарат раз­ бивают на строки и замеряют все частицы подряд. Если частицы ие имеют резко выраженной неравноосности, то при достаточно большом числе измерений получаемые данные будут правильно от­ ражать истинный характер распределения. Если измерено малое число частиц, то возможны грубые ошибки.

Вопрос о количестве промеряемых частиц, необходимом для обеспечения достаточной точности микроскопического анализа, мо­ жет быть решен опытным путем. Увеличение числа измеренных частиц ведет к сдвигу максимума распределения в область более тонких фракций. Замедление такого перемещения наблюдается лишь, когда число1 замеров достигает 2000, Число промеров увеличива­ ется также с расширением интервала дисперсности анализируемой пробы.

Точность' определения выше для фракций, соответствующих мак­ симуму, и ниже для фракций на границах кривой распределения. Объяснить это можно тем, что чем меньше содержание фракции, тем меньше вероятность попадания частиц этой фракции в каждый отдельно анализируемый препарат и, как следствие этого, тем больше ошибка определения.

Кроме погрешности за счет неправильной формы и недоста­ точного количества просчитанных частиц, ошибка в анализ вносит­ ся из-за малости проб,- взятых от большого объема материала, недостаточной резкости контура частиц, особенно при их малых раз­ мерах й т.п ,. Общая ошибка анализа с учетом указанных факторов оценивается часто в 20% и боле.е. Поэтому при проведении анали­ за необходимо следить за тщательным отбором и усреднением про- . бы, отсутствием коагуляции частиц при приготовлении объекта, : чистотой предметного стекла и объективов и другими факторами, влияющими на точность проведения анализа.

Более определенно число измерений и ошибку опыта можно подсчитать, если целью анализа является не определение всей кривой распределения частиц по размерам, а только содержание какой-либо одной узкой фракции. С,А,Салтыков /1447 предлагает методику расчета точности линейного микроскопического анализа, которая может быть использована в нашем случае.

Не описывая вывода, мы приведем окончательные формулы расчета.

Абсолютная погрешность анализа определяется по формуле .

(к2)

а необходимое число измеряемых отрезков (частиц)

133

лее или менее равноосные частицы.; Л"=0,35г0,40 - если анализу

Пусть необходимо найти количество частиц, которое надо просчи­ тать, чтобы найти в порошке фракцию 20-25 мк с точностью +2%. Для этогр необходимо знать, хотя бы приблизительно, содержание фракции; - пусть = 15%; а заданная ошибка +_ 2%. Задаемся степенью вероятности Р, равной 0,8544, Находим значение нор--

134

мированного отклонения іг = 2, Тогда

z - â, '&S2( Y ) 2 15 (70°-15)-- часто,алг,

95,44% случаев, необходимо оперировать не менее чем с 540 час­ тницами. .

Точность количественного микроскопического анализа будет тем выше, чем большее количество проб исследовано, поскольку в этом случае больше вероятность того, чтодисперсный состав про­ бы соответствует дисперсному составу порошка. Полагают, что для анализа необходимо приготовление 15-20 препаратов.

Микроскопический оптический анализ порошков может быть применен в широких пределах дисперсности. Верхний предел час­ то оценивают'размерами частиц 0;3-0,5 мм, что является весьма условной величиной и связано с удобством применения микроскопа. Нижний предел определяется увеличением, достигаемым на исполь­ зуемом .микроскопе, т.е. его-разрешающей способностью,-

Длк надежного измерения размера нужно, чтобы частица в два-три раза превышала минимально видимое расстояние (часто возникающий ореол вокруг частицы не позволяет точно определить ре очертаніи); только при таких условиях надежно измеряются частицы с минимальным размером 0,9-1 мк.

С помощью иммерсионной оптики можно расширить пределы измерений, частиц. Применяя выпускаемые промышленностью объек­

ложил несложные клавишные устройства (интеграторы) для ана­ лиза минералогических объектов /І457» Такой прибор нетрудно собрать из готовых деталей. Подсчет частиц легко проводить, если изображение спроецировано на большом экране. Для этого может быть использован полуавтоматический счетчйк /І40/,

В последние годы разработаны счетчики, в основу работы которых положен принцип сканирования микроструктуры электрон­ ным лучем. Прибор регистрирует изменения импульсов При пере­ ходе от одной части шлифа на другую, отличающуюся по яркости. Учитывается как количество импульсов, так и их продолжитель­ ность, Такая регистрация позволяет определить дисперсный сос­ тав объекта. На основе принципа сканирования сконструирован а&-

135 ‘

томатический счетчик-анализатор микрообъектов марки СЧ-1 /*1467, а также получивший значительное распространение в некоторых странах микроскоп "Квантиметр"(фирма "Metals ßeseacfy " Z£d .), Англия /1477.

2, Кондуктометрический (электроимлульсный) метод

В 1949 г. Каултер /І48, 149? предложил новый метод и при­ бор для определения объема мелких частиц. Прибор первоначаль­ но был использован в медицине для счета кровяных шариков ,но позд­ нее получил широкое распространение для анализа частиц неор­

появились работы по применению счетчика, в частности в порош­ ковой металлургии в отечественной литературе /І50-1537,

Прибор анализирует порошок путем электронного обмера и счета отдельных частиц (рис. 49). Анализируемый образец дис­ пергируется в электролите в стакане 2 с измерительной ячейкой 4 (пробирка из полиметилметакрилата), которая имеет малую диа­ фрагму 12, закрепленную гайкой 13. Через буферную емкость 3 ячейка присоединена к вакуумному насосу. Мешалка 11 не позво­ ляет образовываться осадку. При протекании электролита, если суспензия достаточно разбавлена, частицы проходят через диафраг­ му по одной, В момент прохождения частицы мгновенно изменя­ ется собственный объем измерительного канала диафрагмы и его сопротивление.Напряжение между двумя электродами 1 помещенными по обе стороны диафрагмы, мгновенно меняется, и возникает им­

пульс напряжения. Амплитуда импульса для данного тока и электро­ лита пропорциональна объему частицы.

Электрическая рхема (ГЕОХИ АН СССР) обеспечивает уси­ ление и ребистрацию импульсов и собрана из следующих элемен­

ми шумами, возникающими при прохождении тока, и собственными шумами усилителя. Усилитель ДМ имеет следующие характерис-

136

В качестве электролита используют растворы кислот и щело­ чей, которые не должны взаимодействовать с порошком.' Оптималь­ ные условия измерения размеров частиц имеют место, если удель­ ное^ электросопротивление электролита лежит в пределах 1 0 - 1 0 2 ом-см, - таковы например 0,6 м раствор HCl и 1%-ный раствор поваренной соли,; Из неводных электролитов используют 4%-ный раствор роданистого аммония в изопропиловом спирте. Частицы металлов, іполупроводников и диэлектриков при прохождении через диафрагму дают импульсы одного знака. Зависимость же между ] объемом частицы и амплитудой импульса линейна и не определяет­ ся удельным сопротивлением самих частиц. Последнее обстоятёльство позволяет анализировать порошки, не гомогенные по составу. Анализ проводят^ перекачивая суспензию через диафрагму строго ■ определенное время (15-20 сек) при различных порогах дискрими­ нации.'' Вся операция анализа занимает 5-15 мин,

рели размеры диафрагмы, сопротивления электролита и час­ тиц известны, то прибор может быть использован для абсолютного определения объема частиц. Однако эти параметры довольно елрж-

137

но измерить,поэтому прибегают к калибровке прибора.Для калибровки используют монодисперсиые сферические порошки, размеры которых

138

3. Рентгеновский анализ

Для определения размера и формы малых частиц можно ис— [пользовать метод рассеяния рентгеновских лучей в непосредствен-

!ной близости к первичному пучку. Полученная таким образом диф­ ракционная кривая позволяет установить размер, форму и простран-, ственное распределение субмикроскопических областей неоднород­ ности, которые могут быть отнесены к частицам с любой струк^у^ рой и плотностью,'а также к пустотам (лорам). На рис, 50, а приведена схема простейшего устройства для изучения рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами /160/, Узкий пучек лу-

Рис,. 50. Схемы устройств для изучения рассеяния рентгеновских Лучей под малыми углами:

а - простейшее устройство; б - рамочная камера Кратки.

чей, вырезанный щелями 1,2, проходят сквозь образец 4, испытыва­ ет рассеяние под малыми углами, регистрируемое на фотопленке 5, Дополнительная щель 3 применяется для уменьшения области паразитного рассеяния от краев щели 2. Однакр полностью устра­

нить это паразитное рассеяние, искажающее картину мапоугловогр . рассеяния, в таких установках не удается. Кратки /І617 удалось полностью избежать щелевого эффекта с помощью устройства, схе­ ма которого приведена на рис, 5U, б. I

Первичный пучок лучей в рамочной камере Кратки вырезаетт ся плитами 1 , 2 , 3 с тщательно отполированными поверхностями, і причем грани плит 1, 3 и 4 лежат в одной плоскости, а грань ; плиты 2 параллельна им. Расходящийся в плоскости чертежа пу-і чек лучей проходит сквозь образец 5 на фотопленку Ѳ, расположен­

139

та и регистрировать рассеяние в области малых углов, соответст­ вующих размеру областей до 2000 А и выше.

Большая точность в измерении размеров и относительного ко­ личества областей неоднородности, имеющих радиус больше 500 - 600 А достигается также при использовании установки с двумя мо­ нокристаллами и с ионизационной регистрацией диффракционной кар­ тины. При изучении неоднородностей малых размеров (меньше 20 А) следует увеличить интенсивность первичного пучка и изба­ виться от щелевого эффекта. Для этого используется фокусирую­ щие монохроматоры или ионизационные установки с двумя моно­ кристаллами.

\г Установка для рентгеновского малоуглового метода с двумя изогнутыми по цилиндрической поверхности монокристаллами квар­ ца описана Шенфилом, Даниельсоном и Дюмондом /1627. Моно­ кристаллы кварца располагаются таким образом,чтобы их фокаль­ ные окружности были взаимно перпендикулярны. При этом стано­ вится возможным ' осуществлять точечную фокусировку пучка рентгеновских лучей. Однако интенсивность пучка в установке, предложенной авторами /1627, была не очень велика по двум при­

ности пучка в 1 0 - 2 0 раз возможно при работе с мощными рентгенов­ скими трубками и при замене монокристаллов кварца топазом. Наилучшей отражательной способностью и меньшим углом отраже­ ния для изучения меди обладают плоскости (006) и (303) топаза.' Разрешающая способность такой установки может быть доведена

5 - фокус пучка. Рентгеновская плен­ ка располагается в фокусе пучка на расстоянии d от образца. •

140