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粉末粒徑非小事!深度解讀粉末成型技術(shù)的粒徑管控


來源:中國粉體網(wǎng)   留白

[導(dǎo)讀]  邱耀弘講師以金屬注射成形(MIM)為例,系統(tǒng)闡釋激光粒度分析數(shù)據(jù)的深層價(jià)值。

中國粉體網(wǎng)訊  粉末成型技術(shù)作為現(xiàn)代精密制造的核心工藝之一,其核心優(yōu)勢(shì)在于利用粉末的類流體特性實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的均勻填充。然而,實(shí)際生產(chǎn)中因粉末粒徑分布(PSD)控制不當(dāng)導(dǎo)致的缺陷率高達(dá)15%-30%。傳統(tǒng)質(zhì)量管控過度聚焦D50(中位粒徑),而忽視D3、D97、D99等關(guān)鍵分位點(diǎn)參數(shù),導(dǎo)致脫脂開裂、燒結(jié)變形等頑疾難以根治。

 

粒徑參數(shù)的科學(xué)內(nèi)涵

 

D3/D10:代表粉體中最細(xì)顆粒的臨界值,直接影響粘結(jié)劑潤濕性。當(dāng)D3<3μm時(shí),比表面積激增50%以上,易引發(fā)喂料粘度異常。

 

D50:傳統(tǒng)質(zhì)量控制錨點(diǎn),但單一依賴會(huì)導(dǎo)致分布寬度(Span值)失控。

 

D97/D99:最大顆粒的管控閾值,若D97超過模腔最小間隙的1/3,將引發(fā)劃傷型缺陷。

 

激光粒度儀的基本原理與特點(diǎn)

 

激光粒度儀是一種基于光散射理論(包括米氏散射和夫瑯禾費(fèi)衍射原理)的精密分析儀器,通過測(cè)量顆粒群對(duì)激光束的散射角度分布來反演粒度分布。其核心原理是:顆粒尺寸與散射角成反比——大顆粒散射角小,小顆粒散射角大;通過多角度探測(cè)器捕捉散射光強(qiáng)信號(hào),結(jié)合數(shù)學(xué)模型(如米氏理論)計(jì)算顆粒的粒徑分布。激光粒度儀的主要特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)包括:  

 

1. 寬量程:可覆蓋0.01–3000μm的顆粒范圍(如納米材料至金屬粉末);  

 

2. 高效快速:?jiǎn)未螠y(cè)量?jī)H需數(shù)秒至1分鐘,支持批量檢測(cè);  

 

3. 非破壞性:無需接觸樣品,避免顆粒破碎或污染;  

 

4. 靈活分散方式:支持濕法(液體分散)、干法(氣流分散)及干濕一體模式,適配粉末、乳液、懸浮液等形態(tài);  

 

5. 標(biāo)準(zhǔn)化輸出:符合ISO 13320國際標(biāo)準(zhǔn),輸出D10/D50/D90/D97等關(guān)鍵參數(shù)及分布曲線。  

 

典型應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋制藥(藥物顆粒均勻性控制)、材料科學(xué)(金屬/陶瓷粉末工藝優(yōu)化)、化工(催化劑粒度分析)、環(huán)保(PM2.5監(jiān)測(cè))及食品工業(yè)(添加劑粒徑檢測(cè))等。

 

粒徑數(shù)據(jù)與缺陷的關(guān)聯(lián)分析

 

1. 典型缺陷的粒徑誘因

 

燒結(jié)變形:D97超標(biāo)導(dǎo)致局部密度差>5%,熱應(yīng)力集中;

 

毛邊超標(biāo):D3不足造成喂料觸變指數(shù)波動(dòng),填充壓力傳遞不均;

 

內(nèi)部氣孔:Span值((D90-D10)/D50)>2.5時(shí),脫脂通道連續(xù)性被破壞。

 

2. 過程控制的關(guān)鍵策略

 

原料分級(jí):采用氣流分級(jí)機(jī)對(duì)D99區(qū)間顆粒進(jìn)行二次剔除;

 

混粉優(yōu)化:通過粒徑梯度設(shè)計(jì)(如粗/細(xì)粉比例6:4)提升堆積密度;

 

在線監(jiān)測(cè):集成激光粒度儀實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)SPC管控。

 

粒徑數(shù)據(jù)絕非簡(jiǎn)單的"合格/不合格"判斷依據(jù),而是工藝優(yōu)化的密碼本。唯有建立D3-D50-D97的全維度管控體系,方能突破MIM技術(shù)瓶頸,迎接高精密制造的新紀(jì)元。

 

2025717日,中國粉體網(wǎng)將在湖南·長沙舉辦2025高端金屬粉體制備與應(yīng)用技術(shù)大會(huì)暨2025通信電子、3D打印、粉末冶金市場(chǎng)金屬粉國產(chǎn)化交流會(huì)”。屆時(shí),我們邀請(qǐng)到昆山耀德企業(yè)咨詢有限公司首席講師邱耀弘出席本次大會(huì)并作題為《粉末粒徑分析的重要性》的報(bào)告,邱耀弘講師以金屬注射成形(MIM)為例,系統(tǒng)闡釋激光粒度分析數(shù)據(jù)的深層價(jià)值。



個(gè)人簡(jiǎn)介:

 

邱耀弘,出生于1966年,中國臺(tái)灣省臺(tái)南市人。畢業(yè)于臺(tái)灣科技大學(xué)機(jī)械工程技術(shù)系博士/臺(tái)灣中央研究院原子分子研究所表面科學(xué)組博士后,主要專長在材料科學(xué)與工程設(shè)計(jì),從事金屬粉末注射成形(Metal-powder Injection Molding, MIM)產(chǎn)品制造與技術(shù)推廣超過30年,是我國MIM產(chǎn)業(yè)成全球霸主的主要推手之一。邱博士創(chuàng)辦的耀德講堂是一個(gè)移動(dòng)式的工程教育教室,經(jīng)常深入MIM公司的產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)以及各種大型論壇,也到各級(jí)高校參與研究生的業(yè)界導(dǎo)師計(jì)畫,協(xié)助后輩進(jìn)行MIM科研課題,親力親為的作風(fēng)被冠以”黑手博士”的雅號(hào),為普及推廣MIM技術(shù)不于余力。經(jīng)常性在國際著名的雜志包含PIM Interional/PM Review/AM Technology發(fā)表文章,彰顯我國粉末技術(shù)的普及和先進(jìn)性。

 

參考來源:

國際粉末冶金聯(lián)盟:MIM缺陷白皮書

邱耀弘:粉末注射成形工藝學(xué)

 

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白)

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