Method Article

ניתוח צורת חלקיקים תלת מימדית באמצעות טומוגרפיה ממוחשבת של קרני רנטגן: הליך ניסיוני ואלגוריתמי ניתוח לאבקות מתכת

DOI:

10.3791/61636

⸱

December 4th, 2020

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

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הגודל והצורה של חלקיקי האבקה אינם כמויות עצמאיות. טכניקות מדידה רגילות אינן מודדות את הפרמטרים השזורים זה בזה בתלת מימד (תלת מימד). מתוארת טכניקת מדידה/ניתוח תלת מימדית, המבוססת על טומוגרפיה ממוחשבת של קרני רנטגן, שיכולה למדוד גודל וצורה ולסווג חלקיקי אבקה לפי שני הפרמטרים.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מדידת התפלגות הגודל של החלקיקים באבקה היא פעילות נפוצה במדע ובתעשייה. מדידת התפלגות הצורה של החלקיקים היא הרבה פחות נפוצה. עם זאת, הצורה והגודל של חלקיקי האבקה אינם כמויות עצמאיות. כל טכניקות מדידת הגודל/צורה הידועות מניחות צורה כדורית או מודדות את הצורה בשני ממדים בלבד. השיטה המבוססת על טומוגרפיה ממוחשבת של קרני רנטגן (XCT) המוצגת כאן מודדת הן את הגודל והן את הצורה בתלת מימד מבלי להניח הנחות. החל מתמונה תלת מימדית של חלקיקים, השיטה יכולה לסווג מתמטית חלקיקים לפי צורה, למשל חלקיקים המורכבים מכמה חלקיקים קטנים יותר המרותכים יחד בניגוד לחלקיקים בודדים שאינם בהכרח כדוריים. כמובן, הגדרת מספר בודד כ"גודל" או "צורה" של חלקיק אקראי לא כדורי אינה אפשרית באופן עקרוני, מה שמוביל לדרכים רבות להעריך את גודל החלקיקים וצורתם באמצעות פרמטרים שונים המקושרים זה לזה, שכולם יכולים להיווצר מאפיון תלת-ממדי שלם זה בצורה של ממוצעים והתפלגויות. מתוארים הליכי הניסוי הדרושים, ניתוח מתמטי וניתוח ממוחשב וניתנת דוגמה לאבקת מתכת. הטכניקה מוגבלת לחלקיקים הניתנים להדמיה על ידי XCT עם מינימום של כ-1000 ווקסלים לנפח חלקיקים.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מדידת התפלגות הגודל של החלקיקים באבקה היא פעילות נפוצה במדע ובתעשייה 1,2.  מדידת התפלגות הצורה של החלקיקים פחות נפוצה, אך גם הגודל וגם הצורה, יחד עם החומר ממנו עשויים החלקיקים, קובעים את תכונותיהם, לבד או בחומר מטריצה כלשהו 3,4,5,6,7. חומרים שגודל החלקיקים וצורתם מעניינים כוללים מלט פורטלנד, חול וחצץ 8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הערה: הפרוטוקול הבא נכתב עבור חלקיקי אבקת מתכת בגודל, על פי קירוב קוטר כדורי שווה נפח (VESD, קוטר כדור בנפח זהה לחלקיק), בין 10 מיקרומטר ל-100 מיקרומטר. נניח שלמתכת יש צפיפות ביחידות של גרם/ס"מ3. יש ללבוש כפפות במהלך שלבי הכנת הדגימה, יחד עם הגנה על העיניים. חשוב לקרוא את כל השלבים בפרוטוקול 1, מכיוון שחלק מהציוד צריך להיות מוכן לפני תחילת הפרוטוקול.

1. הכנת תערובת אבקת אפוקסי

  1. מכינים כ -25 גרם אפוקסי מהיר (5 דקות) בכלי חד פעמי קטן. סירות נייר אלומיניום עובדות היטב למטרה זו. אפוקסי טוב לשימוש מגיע בניילון בועות, כאשר השרף מופרד מהמקשה, שצפיפות הריפוי שלו היא ρe g/cm3

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ASTM יזמה תוכנית בדיקת מיומנות (AMPM, מטלורגיית אבקת ייצור תוספים) לאבקת מתכת המשמשת לאיחוי מיטת אבקת לייזר, שבה המשתתפים מבצעים סוללה של בדיקות אבקת מתכת סטנדרטיות ו- ASTM אוסף את ההתפלגות הסטטיסטית של תוצאות אלה בדוח למשתתפים61. דגימות של אבקת מתכת מחולקות פעמיים בשנה לכל המשתתפים. אנשי NIST משמשים כחלק מהיועצים הטכניים לתוכנית זו, ולכן קיבלו דגימות אבקת מתכת דומות וניתחו סבב אחד של אבקת מתכת (AMPM 1810) בטכניקה שתוארה לעיל, שעדיין אינה תקן ASTM.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לשיטה מבוססת XCT לאפיון הגודל והצורה התלת-ממדיים של חלקיקי מתכת יש יישומים אפשריים יותר אך גם כמה מגבלות. המגבלות יטופלו תחילה.

נעשה שימוש באפוקסי מהיר ריפוי כך שצמיגות האפוקסי גבוהה מספיק כדי למנוע מהאבקה להתיישב תחת כוח הכבידה בזמן שהאפוקסי מתרפא, או לפחות להפחית את הזמן שבמהלכו עלולה להתרחש שקיעה והפיזור הראשוני המרווח היטב מתקלקל. עדיין יכולה להתרחש שקיעה מסוימת, במיוחד עבור חלקיקים גדולים יותר (> 100 מיקרומטר). אם חלק הנפח של האבקה אינו נשמר סביב 10% או פ.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים רוצים להכיר בתמיכה ארוכת הטווח של NIST לניתוח אבקה תלת מימדית.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
אפוקסיEllsworth Adhesives https://www.ellsworth.com/products/adhesives/epoxy/hardman-doublebubble-extra-fast-set-epoxy-red-package-3.5-g-packet/הארדמן חלק #4001מקרה של 100

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Allen, T. Powder Sampling and Particle Size Determination, 1st edition. , Elsevier Science. (2003).
  2. Rodriguez, J., Edeskär, T., Knutsson, S. Particle shape quantities and measurement techniques: a review. Electron Journal of Geotechnical Engineering. , 18(2013).
  3. Garbo....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

X ray Computed TomographyParticle Shape AnalysisMetal Powders3D Image AnalysisSize DistributionShape DistributionParticle ClassificationVoxel ResolutionExperimental ProcedureAnalysis Algorithms
Video Coming Soon

Related Articles