Dreidimensionale Partikelformanalyse mittels Röntgen-Computertomographie: Experimentelles Vorgehen und Analysealgorithmen für Metallpulver

Edward J. Garboczi; Nik Hrabe

doi:10.3791/61636

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Methodenartikel

Dreidimensionale Partikelformanalyse mittels Röntgen-Computertomographie: Experimentelles Vorgehen und Analysealgorithmen für Metallpulver

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DOI:

10.3791/61636

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4. Dezember 2020

Edward J. Garboczi¹ , Nik Hrabe¹

¹Applied Chemicals and Materials Division, MS647, National Institute of Standards and Technology

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Größe und Form von Pulverpartikeln sind keine unabhängigen Größen. Übliche Messtechniken messen diese miteinander verflochtenen Parameter nicht in drei Dimensionen (3D). Es wird eine 3D-Mess-/Analysetechnik beschrieben, die auf der Röntgen-Computertomographie basiert und Größe und Form messen und Pulverpartikel nach beiden Parametern klassifizieren kann.

Zusammenfassung

Die Messung der Größenverteilung der Partikel in einem Pulver ist eine gängige Tätigkeit in Wissenschaft und Industrie. Die Messung der Formverteilung der Partikel ist deutlich seltener. Die Form und Größe der Pulverpartikel sind jedoch keine unabhängigen Größen. Alle bekannten Größen-/Formmesstechniken gehen entweder von einer kugelförmigen Form aus oder messen die Form nur in zwei Dimensionen. Die hier vorgestellte auf der Röntgen-Computertomographie (XCT) basierende Methode misst sowohl Größe als auch Form in 3D, ohne Annahmen zu treffen. Ausgehend von einem 3D-Bild von Partikeln kann das Verfahren Partikel mathematisch nach ihrer Form klassifizieren, zum Beispiel Partikel, die aus mehreren kleineren Partikeln bestehen, die miteinander verschweißt sind, im Gegensatz zu einzelnen Partikeln, die nicht unbedingt kugelförmig sind. Natürlich ist es prinzipiell nicht möglich, eine einzelne Zahl als "Größe" oder "Form" eines zufälligen nicht-sphärischen Partikels zu definieren, was zu vielen Möglichkeiten führt, die Partikelgröße und -form über verschiedene miteinander verknüpfte Parameter zu schätzen, die alle aus dieser vollständigen 3D-Charakterisierung in Form von Mittelwerten und Verteilungen generiert werden können. Es werden die notwendigen experimentellen Verfahren, die mathematische Analyse und die Computeranalyse beschrieben und ein Beispiel für ein Metallpulver gegeben. Die Technik ist auf Partikel beschränkt, die mit XCT mit einem Minimum von etwa 1000 Voxeln pro Partikelvolumen abgebildet werden können.

Einleitung

Die Messung der Größenverteilung der Partikel in einem Pulver ist eine gängige Tätigkeit in Wissenschaft und Industrie ^1,2. Die Messung der Formverteilung der Partikel ist weniger üblich, aber sowohl Größe als auch Form bestimmen zusammen mit dem Material, aus dem die Partikel hergestellt sind, ihre Eigenschaften, entweder allein oder in einer Art Matrixmaterial 3,4,5,6,7. Zu den Materialien, deren Partikelgröße un....