Method Article

Trójwymiarowa analiza kształtu cząstek z wykorzystaniem tomografii rentgenowskiej: procedury eksperymentalne i algorytmy analizy proszków metali

DOI:

10.3791/61636

⸱

December 4th, 2020

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

In This Article

Summary

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

Rozmiar i kształt cząstek proszku nie są niezależnymi ilościami. Zwykłe techniki pomiarowe nie mierzą tych splecionych parametrów w trzech wymiarach (3D). Opisana jest technika pomiarów i analiz 3D oparta na tomografii rentgenowskiej, która pozwala mierzyć rozmiar i kształt oraz klasyfikować cząstki proszku według obu parametrów.

Abstract

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

Pomiar rozkładu rozmiarów cząstek w proszku jest powszechną czynnością w nauce i przemyśle. Pomiar rozkładu kształtu cząstek jest znacznie rzadszy. Jednak kształt i rozmiar cząstek proszku nie są niezależnymi ilościami. Wszystkie znane techniki pomiaru rozmiaru/kształtu albo zakładają kształt sferyczny, albo mierzą go tylko w dwóch wymiarach. Przedstawiona tutaj metoda tomografii rentgenowskiej (XCT) mierzy zarówno rozmiar, jak i kształt w 3D, bez żadnych założeń. Zaczynając od trójwymiarowego obrazu cząstek, metoda ta może matematycznie klasyfikować cząstki według kształtu, na przykład cząstki złożone z kilku mniejszych cząstek zespawanych razem, w przeciwieństwie do pojedynczych cząstek, które niekoniecznie są kuliste. Oczywiście zdefiniowanie pojedynczej liczby jako "rozmiaru" lub "kształtu" losowej niekulistej cząstki nie jest możliwe w zasadzie, co prowadzi do wielu sposobów szacowania rozmiaru i kształtu cząstek za pomocą różnych powiązanych parametrów, które wszystkie można wygenerować na podstawie tej kompletnej charakterystyki 3D w postaci średnich i rozkładów. Opisane są niezbędne procedury eksperymentalne, analiza matematyczna i komputerowa, a przykładem jest proszek metalowy. Technika ta jest ograniczona do cząstek, które mogą być obrazowane za pomocą XCT przy minimalnej ilości około 1000 wokseli na objętość cząstki.

Introduction

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

Pomiar rozkładu rozmiarów cząstek w proszku jest powszechną czynnością w nauce i przemyśle 1,2. Pomiar rozkładu kształtu cząstek jest rzadszy, ale zarówno rozmiar, jak i kształt, a także materiał, z którego są wykonane cząstki, decydują o ich właściwościach, samodzielnie lub w jakimś materiale matrycowym3, 4,5,6,7. Materiały, których rozmiar i kształt cząstek są interesujące, to cement portlandzki, piasek i żwir ....

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

Protocol

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

UWAGA: Następujący protokół został napisany dla cząstek proszku metalu o rozmiarze zgodnym z przybliżeniem sferycznej średnicy równoważnej objętości objętości (VESD, średnica kuli o tej samej objętości co cząstka), w zakresie od 10 μm do 100 μm. Załóżmy, że metal ma gęstość wyrażoną w jednostkach g/cm3. Podczas przygotowywania próbki należy nosić rękawiczki oraz ochronę oczu. Ważne jest, aby zapoznać się ze wszystkimi krokami w Protokole 1, ponieważ niektóre urządzenia muszą być gotowe przed rozpoczęciem Protokołu.

1. Przygotowanie mieszanki epoksydowo-proszkowej

  1. Przygotuj około 25 g szybko-konserwującego (5 minut) ep....

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

Results

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

ASTM rozpoczęło program testów biegłości (AMPM, Additive Manufacturing Powder Metallurgy) dla proszku metalicznego używanego do syntezy laserowej na łóżku proszkowym, gdzie uczestnicy przeprowadzają szereg standardowych testów proszku metalowego, a ASTM sporządza statystyczny rozkład tych wyników w raporcie dla61 uczestników. Próbki proszku metalowego są rozdawane dwa razy w roku wszystkim uczestnikom. Personel NIST pełni rolę niektórych z doradców technicznych tego programu, dlatego otrzymał podo.......

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

Discussion

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

Metoda oparta na XCT do charakteryzowania trójwymiarowego rozmiaru i kształtu cząstek metalu ma więcej możliwych zastosowań, ale także pewne ograniczenia. Najpierw zostaną omówione ograniczenia.

Szybko utwardzający się epoksyd jest stosowany, aby lepkość epoksydu była na tyle wysoka, by zapobiec osadzaniu się proszku pod wpływem grawitacji podczas utwardzania epoksydu lub przynajmniej skracając czas, w którym może dojść do osadzania i początkowej dobrze rozstawionej dyspersji ulega degradacji........

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

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Autorzy chcieliby wyrazić uznanie długoterminowego wsparcia NIST dla analizy proszków 3D.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
EpoksydEllsworth Adhesives https://www.ellsworth.com/products/adhesives/epoxy/hardman-doublebubble-extra-fast-set-epoxy-red-package-3.5-g-packet/Hardman Część # 4001Sprawa 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