7.1.1.1. Физические свойства

Размер частиц. У применяемых в металлургии порошков размер частиц, обычно колеблется от 0,5 мм до долей микрометра (микрона). Наиболее широк диапазон размеров частиц у порошков, получаемых восстановлением и электролизом. Этими методами можно получать как очень тонкие порошки с диаметром частиц до 0,1 мкм и даже 0,01мкм, так и такие, у которых величина частиц измеряется десятками и сотнями микрометров. У порошков, изготавливаемых механическими методами, размеры частиц составляют несколько микрометров, вер­хний предел не превышает 0,5 мм. При таком широком диапазоне раз­меров частиц для исследований гранулометрического состава порош­ков применяется несколько методов, главными из которых являются:

- рассев порошка на стандартных ситах;

-микроскопическое исследование размеров частиц с примене­нием оптических и электронных микроскопов;

- седиментация.

Прежде чем рассмотреть конкретный метод определения размеров частиц порошка, необходимо установить, что нужно понимать под их средним размером. В общем случае размер частицы есть величина случай­ная и подчиняется нормальному зако­ну распределения или распределению Гаусса, как это видно на рис. 61.

Плотность вероятности - это первая производная от функции распределения:

Рис.61. График распределения

вероятности:

φ(х) – плотность вероятности; х – размер

частицы; а – средний размер частиц

,

Где F(x)- вероятность появления значения размера частиц.

7.1.1.2. Методы исследования гранулометрического состава порошков.

Рассев порошков на стандартных ситах. Это наиболее распрост­раненный метод в практике металлокерамического производства. Ситовый анализ заключается в просеве порошка сквозь ряд сит, из которых каждое нижеустановленное имеет меньший размер ячеек, чем вышележащее. По окончании рассева остаток на каждом сите и на поддоне взвешивается. Длительность рассева составляет 10... 15 минут. Операция производится на наборе стандартных сит, кото­рые помещаются в специальный вибровстряхиватель (рис. 62 ).

Обычно применяется стандартная шкала сеток с квадратными ячейками (ГОСТ 3584-53). Сетки идут под номерами от 08 до 004, например, при номере 08 номи­нальный размер стороны ячейки равен 0,8 мм, при номере 004 - 0,04 мм.

Кроме этого по старой шкале сита характеризуются числом меш - количеством отверстий на 1 линей­ный дюйм (25,4 мм) сита. Резуль­таты ситового анализа выражаются в процентном содержании каждой фракции по отношению к общей навеске. Например, фракция по­рошка, оставшаяся на сите 0056,но прошедшая через сито 0063, обозначается: 0063 + 0056 или 0,063 + 0,056 мм. Данные анализа за­писываются в таблицу 29.

Рис.62. Прибор для рассева

металлических порошков

1 – крышка; 2 – навеска порошка;

3 – сита; 4 – корпус; 5 – поддон.

Таблица 29

Гранулометрический состав порошка .

Марка порошка	Содержащие фракции, %
	+0,45 мм	-0,45 +0,25 мм	-0,25 +0,16 мм	-0,16 +0,125 мм	-0,125 +0,100 мм	-0,100 +0,080 мм	-0,080 +0,056 мм	- 0,56	мм
АПЖМ-А

Ситовый анализ очень прост и удобен. Основным его недостатком является то, что минимальный размер ячеек в ситах не ниже 40 мкм, т. е. очень тонкие порошки не поддаются ситовому анализу. Для опре­деления зернистости мелких порошков применяются другие методы.

Микроскопические методы. Микроскопические методы заклю­чаются в приготовлении препарата из исследуемого порошка и рас­смотрении его в микроскопе.

По первому способу небольшое количество порошка из взятой пробы помещают на предметное стекло и растирают в скипидаре или глицерине равномерным слоем. Приготовленный препарат рас­сматривают в металлографический или биологический микроскоп. Так определяют размер частиц от 0,3 до 100 мкм.

Другим способом - на электронных микроскопах - исследуют очень мелкие частицы, вплоть до 1 нм. При этом порошок наносится на специ- альную пленку из коллодия, кварца, закиси кремния, угля. Результаты микроскопического анализа выражают либо в процентном соотноше­нии количеством частиц, либо объемным (весовым) соотношением. Дан­ные отображают на графиках или в таблицах. Пример дан в табл. 30.

Таблица 30.

Результаты микроскопического анализа

Размер частиц, мкм Содержание фракции,%

0…3 3…7 7…10 25…30 30…35 35…40 Всего 100 4,5 16,2 2 4,5 3,0 3,0

Главным недостатком микроскопических методов является боль­шая продолжительность анализа.

Седиментационные методы. В основе этих методов лежит опре­деление скорости оседания частиц в какой-либо дисперсной среде. Скорость оседания в вязких средах связана с радиусом частиц по известному закону Стокса:

,

где v - скорость оседания, см/с; r - радиус частицы, см; _п - плот­ность частицы порошка, г/см³; _ж - плотность жидкой фазы, г/см³; - вязкость, г/(см с); g - ускорение силы тяжести, см/с².Если объединить все постоянные в одну константу К, то формула Стокса примет вид:

где Н - расстояние , пройденное частицами, см;t- время, с.

Из этой формулы видно, что по скорости оседания частиц мож­но определить их средний размер.

По результатам измерения строятся графики (рис. 63), по оси абсцисс которых откладывается время, а на оси ординат тогда бу­дут значения веса (массы) каж­дой фракции. Кривые представляют собой плавные параболы, что объясняется

Рис. 63. Распределение частиц по

размерам. изменением размера частиц порошка.

Относительное количество частиц разных размеров определя­ется путем сравнения отрезков, отсекаемых на оси ординат касатель­ными к кривой оседания в различных точках:

0_П - соответствует общему количеству порошка; Q₁, Q₂, Q₃ и т. д. - содержанию частиц с радиусами r₁, r₂, r₃ и т. д.

Величина навески обычно составляет 1...2 грамма, а концентра­ция суспензии - 1...5 %.

Седиментационные методы используются в различных вариантах.