CN106513671A - 一种球形金属粉末烧结颈长的计算方法 - Google Patents

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何浩
娄嘉
张�浩
吴楚
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Abstract

一种球形金属粉末烧结颈长的计算方法，该方法是先采用显微镜获得烧结后两个球形且表面至少基本光滑的粉末颗粒的照片，通过测量原始粉末的直径和联接粉末颗粒的长度，从而计算出烧结颈的长度。本方法无需通过显微镜直接观察烧结颈的长度，可以简单方便地计算获得烧结颈长，且准确性高于直接观察，为之后的研究与工艺应用提供了理论指导。

Description

一种球形金属粉末烧结颈长的计算方法
技术领域
本发明属于粉末冶金的研究方法，具体涉及一种球形金属粉末烧结颈长的计算方法。
背景技术
在粉末冶金的科学研究和工业应用中，常常需要测试在不同烧结时段，两个金属粉末之间相连的烧结颈长度，因为烧结颈的长度决定了烧结的速率和样品的强度。目前，通常采用显微镜直接观察烧结颈并测试其长度。但是，烧结颈的长度很短，烧结颈的长度小于粉末的尺寸，一般小于100μm，特别是在烧结早期，烧结颈的长度仅为数微米甚至纳米级别，电镜的观察测量十分困难，而且，由于烧结颈易被球形粉末所遮挡，观察角度受到影响，从而极大程度地影响了测试的准确性。
根据粉末烧结的原理，可以采用计算的方法获得烧结颈的长度。这种方法不需要对极细的烧结颈进行直接测量，而是改为测试尺寸较大的粉末颗粒尺寸，使得仪器操作难度降低，同时烧结颈长度的准确性更佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种球形金属粉末烧结颈长的计算方法，本方法无需通过显微镜直接观察烧结颈的长度，适用于测试形状规则为球形且表面至少基本光滑的粉体材料的烧结颈长。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种球形金属粉末烧结颈长的计算方法，该方法步骤如下：
A.以球形且表面至少基本光滑的粉末颗粒为基础；于电镜下，通过调整电镜角度，使待测烧结颈长的两个粉末颗粒的摆放方向垂直于观察方向，并获取放大照片以能清楚测量该两个粉末颗粒的直径；若照片中的两个粉末颗粒未被其他粉末遮挡或者未与其他粉末颗粒烧结联结，则直接进入步骤B，若被遮挡或者与其他粉末颗粒烧结联结，则先使用绘图工具补全其球形轮廓后再进入步骤B；
B.测量照片中该两个粉末颗粒通过烧结联结后的总长l总，同时分别测量该两个粉末颗粒的直径，以得到该两个粉末颗粒的半径，即左边粉末颗粒半径R1和右边粉末颗粒半径R2；
C.计算该两个粉末颗粒的中心间距l，l＝l总-R1-R2，并设定左边粉末颗粒到烧结颈的距离为l1，右边颗粒到烧结颈的距离为l2，则l＝l1+l2；
D.设定烧结颈半长为δ，，根据勾股定理得公式(1)R1 2＝δ2+l1 2和公式(2)R2 2＝δ2+l2 2，结合公式(3)l＝l1+l2，计算得到l1和l2；
E.计算得到烧结颈长2δ。
上述计算方法具体如下：
1.对于表面光滑或基本光滑的两个球形粉末颗粒，烧结联结后如图1所示，两个球形粉末颗粒未被遮挡，也未与其他粉末颗粒烧结联结。于高倍显微镜下，通过调整高倍显微镜角度，保证两个粉末颗粒的摆放方向垂直于观察方向，获取放大照片，测量照片中两个粉末颗粒的直径和两个粉末颗粒烧结联结后的总长l总，分别计算获得两个粉末颗粒的半径R1和R2，并计算获取两个粉末颗粒的中心间距l(l＝l总-R1-R2)。假设烧结颈长为2δ，左边粉末颗粒到烧结颈的距离为l1，右边粉末颗粒到烧结颈的距离为l2(l1和l2值无需测量)，根据勾股定理可得：
从而，求出l1和l2:
再将上述l1的结果代入公式(1)或将l2的结果代入公式(2)中，最终获得烧结颈的长度：
2.对于两个表面光滑或基本光滑的球形粉末颗粒，烧结联结时与其他粉末颗粒同时联结或者显微镜下成像时被其他粉末颗粒遮挡，如图2所示，需要计算的是中间粉末颗粒和右边粉末颗粒的烧结颈长，但由于中间球形粉末颗粒与左边粉末颗粒烧结联结或者高倍显微镜下获取放大照片时左边粉末颗粒的遮挡，使得中间粉末颗粒部分被遮挡，遮挡位置在中间粉末颗粒与右边粉末颗粒的烧结联结总长方向上，则需先对获取的照片进行修改，通过绘图工具绘制中间粉末颗粒的完整球形轮廓，以保证中间粉末颗粒与右边粉末颗粒烧结联结后的总长的测量。然后测量照片中中间和右边粉末颗粒的直径，分别计算获得该两个粉末颗粒的半径，最后根据前述第1项中的计算过程进行烧结颈长的计算。
若右边粉末颗粒获取照片时亦被遮挡，则同样需对照片利用绘图工具对右边粉末颗粒根据其曲率进行同样修补，以保证右边粉末颗粒球形轮廓的完整。
附图说明
图1是本发明两个球形粉末颗粒烧结联结(粉末颗粒未被遮挡)后的示意图。
图2是本发明两个球形粉末颗粒烧结联结(粉末颗粒被遮挡)后的另一示意图。
具体实施方式
实施例1
两个表面光滑的球形粉末颗粒，烧结时未与其他粉末同时烧结联结，高倍显微镜下，通过调整高倍显微镜角度，保证该两个粉末颗粒的摆放方向垂直于观察方向，获取照片，照片中该两个球形颗粒亦未被遮挡。测得照片中两个球形颗粒的粒径(直径)均为54um，两个球形颗粒烧结联结后的总长为106.38um，通过计算得出两个粉末颗粒的半径R1＝27um、R2＝27um、及两个粉末颗粒的中心间距l＝2.38um；根据前述的计算公式(4)，计算得烧结颈长为13.1277um。
实施例2
两个表面基本光滑的球形粉末颗粒，烧结时未与其他粉末同时烧结联结，高倍显微镜下，通过调整高倍显微镜角度，保证两个粉末颗粒的摆放方向垂直于观察方向，获取照片，照片中该两个球形颗粒亦未被其他粉末颗粒遮挡。测得照片中两个球形粉末粒径分别为54um和73um，两个球形颗粒烧结联结后的总长为125.97um，计算得出R1＝27um、R2＝36.5um、及两个粉末颗粒的中心间距l＝62.47um；根据前述计算公式(4)，计算得烧结颈长为11.2583um。
实施例3
两个表面光滑的球形粉末颗粒，烧结时与第三个粉末颗粒同时烧结联结(如图2所示情形)，高倍显微镜下，通过调整高倍显微镜角度，保证前面两个粉末颗粒(第一个和第二个球形粉末颗粒)的摆放方向垂直于观察方向，获取照片，照片中该第一个球形粉末颗粒或第二个球形粉末颗粒被第三个粉末颗粒遮挡，则先通过绘图工具补全第一或第二个球形粉末颗粒的完整球形轮廓，再测量照片中该第一和第二个球形粉末粒径分别为73um和85um，该两个球形颗粒烧结联结后的总长为157.59um，计算得出R1＝36.5um，R2＝42.5um，l＝78.59um；根据前述计算公式(4)，计算得烧结颈长为8.0147um。

Claims (1)

1.一种球形金属粉末烧结颈长的计算方法，其特征在于，该方法步骤如下：
A.以球形且表面至少基本光滑的粉末颗粒为基础；于电镜下，通过调整电镜角度，使待测烧结颈长的两个粉末颗粒的摆放方向垂直于观察方向，并获取放大照片以能清楚测量该两个粉末颗粒的直径；若照片中的两个粉末颗粒未被其他粉末遮挡或者未与其他粉末颗粒烧结联结，则直接进入步骤B，若被遮挡或与其他粉末颗粒烧结联结，则先使用绘图工具补全其轮廓后再进入步骤B；
B.测量该照片中该两个粉末颗粒通过烧结联结后的总长l总，同时分别测量该两个粉末颗粒的直径，以得到该两个粉末颗粒的半径：左边粉末颗粒半径R1和右边粉末颗粒半径R2；
C.计算该两个粉末颗粒的中心间距l，l＝l总-R1-R2，并设定左边粉末颗粒到烧结颈的距离为l1，右边颗粒到烧结颈的距离为l2，则l＝l1+l2；
D.设定烧结颈半长为δ，根据勾股定理得公式(1)R1 2＝δ2+l1 2和公式(2)R2 2＝δ2+l2 2，结合公式(3)l＝l1+l2，计算得到l1和l2；
E.计算得到烧结颈长2δ。
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杜继香: "烧结初期非等径双球模型颈长的模拟", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

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