CN107340164B - 一种钙华介电常数测试样品的制备方法 - Google Patents

一种钙华介电常数测试样品的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明本发明提供了一种钙华介电常数测试样品的制备方法，包括以下步骤：首先提供钙华颗粒，将钙华颗粒与水混合，压制成型，得到致密钙华；其中，水的用量为钙华颗粒质量的10～16％；随后将得到的致密钙华进行表面镀金处理，得到钙华介电常数测试样品。本发明采用将钙华颗粒进行压制的方式，实现了将无规则形状的钙华转化为规则形状的样品进行测试，避免直接对无规则钙华进行测试出现“掉粉”，进而降低测试误差的问题；本发明通过将钙华颗粒与水混合后再压制成型，并严格控制混合用水的用量，确保压制成型后的钙华的塑性，避免钙华颗粒直接压制出现大面积的“掉粉”，减少测试误差。

Description

一种钙华介电常数测试样品的制备方法
技术领域
本发明属于地质勘测与工程应用技术领域，特别涉及一种钙华介电常数测试样品的制备方法。
背景技术
介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，介质中电场与原外加电场(真空中)的比值即为介电常数。
钙华是富含碳酸氢根的地表水，在适当的物理、化学或生物条件，接近和/或露出于地表时，因二氧化碳大量逸出而形成的碳酸钙化学沉淀物。这些沉淀物随水流的游移和水循环系统的变化而变迁，形成钙华景观，如钙华边石坝彩池、钙华滩流、钙华瀑布和钙华塌陷洞等。
钙华景区地下会出现“钙华漏斗”即地下溶洞，会导致大量地表水径流地下漏失，对景观造成严重危害。准确勘测溶洞的尺寸、位置、连通性特性，以采取相应的防渗堵漏措施，对进一步保障景区地表径流水量，对防止景观退化、彩池面积减小有重要意义。现阶段多采用电法勘探技术对黄龙地下溶洞进行监测，而该勘探技术以钙华介电常数为基础，因此寻求一种准确测定钙华介电常数的方法对于溶洞的监测具有重要的实际意义。
钙华多为块状不规则结晶物，在制样过程中多存在“掉粉”问题，使得介电常数的测定产生误差；并且，钙华本身的理化性质，例如含水率、密度、化学组分，都会影响介电常数的稳定性，进而导致在测定中存在偏差。
发明内容
本发明的目的是提供一种钙华介电常数测试样品的制备方法。本发明提供的方法制备得到的测试样品，在介电常数测试时误差较小。
本发明提供了一种钙华介电常数测试样品的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供钙华颗粒；
(2)将所述钙华颗粒与水混合，压制成型，得到致密钙华；所述水的用量为钙华颗粒质量的10～16％；
(3)将所述步骤(2)得到的致密钙华进行表面镀金处理，得到钙华介电常数测试样品。
优选的，所述步骤(2)中压制成型的压力为5～20MPa，压制成型的保压时间为1～2min。
优选的，所述步骤(1)中钙华颗粒通过粉碎钙华得到。
优选的，当所述钙华的形态为块状或球状时，所述粉碎依次包括破碎和研磨；所述破碎后的钙华粒径不高于15mm；
当所述钙华的形态为细沙状时，所述粉碎包括研磨。
优选的，所述步骤(1)中钙华颗粒的粒径为100～200目。
优选的，所述钙华颗粒与水混合前，还包括对所述钙华颗粒的干燥处理，所述干燥处理的温度为105～110℃，所述干燥处理的时间为8～12h。
优选的，所述压制成型后，镀金处理前还包括对所述致密钙华的干燥处理；所述干燥处理的温度为105～110℃，所述干燥处理的时间为8～12h。
优选的，所述致密钙华为片状钙华；所述片状钙华的厚度为3～8mm。
优选的，所述表面镀金处理为在所述致密钙华的上下表面进行镀金处理。
优选的，所述表面镀金处理的镀金厚度≤0.3mm。
本发明提供了一种钙华介电常数测试样品的制备方法，包括以下步骤：首先提供钙华颗粒，将钙华颗粒与水混合，压制成型，得到致密钙华；其中，水的用量为钙华颗粒质量的10～16％；随后将得到的致密钙华进行表面镀金处理，得到钙华介电常数测试样品。
本发明采用将钙华颗粒进行压制的方式，实现了将无规则形状的钙华转化为规则形状的样品进行测试，避免直接对无规则钙华进行测试出现“掉粉”问题，进而降低测试误差；本发明通过将钙华颗粒与水混合后再压制成型，并严格控制混合用水的用量，确保压制成型后的钙华的塑性，避免钙华颗粒直接压制出现大面积的“掉粉”以及解决样品在进行钙华介电常数测试过程中，塑性较差的样品不容易完整转移的问题。实施例的结果表明，对制备的样品进行相对介电常数测试，其结果误差率最低达到0.012，显然本发明提供的制备方法，能够有效降低介电常数测试过程中的误差。
具体实施方式
本发明提供了一种钙华介电常数测试样品的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供钙华颗粒；
(2)将所述钙华颗粒与水混合，压制成型，得到致密钙华；所述水用量为钙华颗粒质量的10～16％；
(3)将所述步骤(2)得到的致密钙华进行表面镀金处理，得到钙华介电常数测试样品。
在本发明中，所述钙华颗粒优选通过粉碎钙华得到。在本发明中，所述钙华的形态优选为细沙状、块状或球状。本发明提供的制备方法可针对不同形态的钙华介电常数测定样品的制备，具有广泛适用性。本发明所提供的制备方法首先将钙华进行粉碎得到钙华颗粒后再进行后续的压制处理过程，能够实现对不同类型形态的钙华介电常数测试样品的制备。本发明对所述钙华的具体来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的钙华即可。在本发明中，所述钙华颗粒的粒径优选为100～200目，进一步优选为120～190目，更优选为130～180目，最优选为160目。在本发明中，所述粒径的钙华颗粒，有助于后续压制成型对致密钙华的致密性和强度的提高；100～200目的钙华颗粒既能有助于确保压制过程中致密性和强度的提高，并且无需耗费太长的研磨时间，降低成本。
在本发明中，当所述钙华的形态为块状或球状时，所述粉碎优选依次包括破碎和研磨。在本发明中，所述破碎后的钙华粒径优选为不高于15mm，进一步优选为不高于12mm，更优选为不高于10mm。本发明对所述破碎的方式和时间没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的钙华破碎方式以能得到满足粒径要求的钙华即可；所述破碎能够将块状的钙华转变为钙华骨料，便于后续的研磨。本发明采用破碎和研磨的方式，解决自然钙华呈无规则块状，在介电常数测试样品制备过程中，不宜切割成规则样品，而直接进行介电常数的测定又存在困难的问题。在本发明的实施例中所述破碎优选通过破碎机完成；本发明对所述破碎机的型号没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的破碎机即可。
本发明优选对所述钙华骨料进行研磨。在本发明中，所述研磨优选为球磨，所述球磨的时间优选为5～10min，所述球磨的转速优选为60～380rpm；所述球墨优选在密封环境在进行。本发明对所述球磨的具体操作没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的球磨方式操作方式即可。在本发明的实施例中，所述球磨优选通过球磨机完成；本发明对所述球磨机的型号没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的球磨机即可。
现有技术对原始样品进行测试时必须加工成规则形状，而钙华本身的脆性和掉粉问题使得在加工或切割过程会产生一定的粉尘，使得操作过程直接暴露在粉尘环境下，造成环境污染。本发明提供的方法，对钙华依次进行破碎和研磨，采用逐级破碎，并且球磨是一个封闭环境下进行的，避免了粉尘的直接排放。
在本发明中，当所述钙华的形态为细沙状时，所述粉碎优选包括研磨。在本发明中，所述研磨与上述技术方案所述的研磨一致，在此不再赘述。
得到钙华颗粒后，本发明将所述得到的钙华颗粒与水混合，压制成型，得到致密钙华。在本发明中，所述水的用量为钙华颗粒质量的10～16％，进一步优选为11～15％，更优选为12～14％，最优选为12.5％。在本发明中，所述混合优选为搅拌混合；所述搅拌混合的时间优选为3～5min；所述搅拌混合的转速优选为100～150rpm。本发明对所述搅拌混合的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的搅拌混合方式即可。
所述钙华颗粒与水混合前，本发明优选还包括对所述钙华颗粒的干燥处理。在本发明中，所述干燥处理的温度优选为105～110℃；所述干燥处理的时间优选为8～12h。本发明对所述干燥处理的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的干燥方式即可。在本发明中，所述干燥处理能够有效去除钙化颗粒中的水分，便于后续压制过程中控制所加入水分的用量。
完成所述钙华颗粒和水的混合后，本发明将混合物进行压制成型，得到致密钙华。在本发明中，所述致密钙华优选为片状钙华；所述片状钙华的厚度优选为3～8mm，进一步优选为4～7mm；所述片状钙华优选为圆饼状，直径优选为10～25mm，进一步优选为12～20mm。在本发明中，所述压制成型的压力优选为5～20MPa，进一步优选为8～15MPa，更优选为10～12MPa。在本发明中，所述压制成型的保压时间优选为1～2min，进一步优选为1.2～1.8min，更优选为1.5min。在本发明中，所述压制成型的保压时间为在所述压制成型的压力值稳定保持的时间。本发明严格控制压制成型的压力值和保压时间，压制得到的致密钙华接近实际钙华密度，进而确保测试的准确度，降低误差。本发明对所述压制成型的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的压制成型的实施方式即可。
所述压制成型后，本发明优选对所述致密钙华进行干燥处理。在本发明中，所述干燥处理的温度优选为105～110℃；所述干燥处理的时间优选为8～12h。本发明对所述干燥处理的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的干燥处理的方式即可。本发明对所述致密钙华的干燥处理，使得满足钙华介电常数的测定对水分的要求。
本发明将所述得到的致密钙华进行表面镀金处理，得到钙华介电常数测试样品。在本发明中，所述表面镀金处理优选为在所述致密钙华的上下表面进行镀金处理；本发明在致密钙华上下表面进行镀金处理，避免中间连通对介电常数测试的干扰。在本发明中，所述表面镀金处理的镀金厚度优选为≤0.3mm，进一步优选为≤0.2mm，更优选为0.1～0.15mm。在本发明中，所述镀金处理确保样品的导电性能；并且镀金处理后无需进行灼烧和冷却处理即可进行测试，避免现有技术中多采用的刷银处理后仍需在550～600℃灼烧后冷却处理的繁琐。
本发明对所述镀金处理的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的镀金处理方式即可。在本发明的实施例中，所述镀金处理优选通过镀金仪器完成；所述镀金仪器优选为离子溅射仪。
本发明采用将钙华颗粒进行压制的方式，实现了将无规则形状的钙华转化为规则形状的样品进行测试，避免直接对无规则钙华进行测试出现“掉粉”问题，进而降低测试误差；本发明通过将钙华颗粒与水混合后再压制成型，并严格控制混合用水的用量，确保压制成型后的钙华的塑性，避免钙华颗粒直接压制出现大面积的“掉粉”，减少测试误差。并且本发明操作步骤相对简单、操作可行性高、制备成本低；再者本发明属于环境友好型技术，制备过程中无粉尘污染，不产生有毒有害物质，具有广阔的发展空间。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的钙华介电常数测试样品的制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明如下实施例中将制备得到样品进行介电常数测试，以相对介电常数的测试结果表征样品的介电常数。
实施例1
将块状钙华经破碎后进行球磨，得到粒径为100目的钙华颗粒，按照钙华颗粒质量的10％，在钙华颗粒中加入蒸馏水，混合搅拌均匀后，在8MPa的压力下保压1.5min，压制成直径为20mm，厚度为7mm的钙华片，在105℃下烘干24h以去除水分。
采用小型离子溅射仪对钙华片上下两个面进行镀金，镀层厚度为0.2mm。
采用精密电子阻抗仪对钙华片电容进行测定，通过电容和介电常数的关系计算得：在25000Hz下测得钙华相对介电常数值为：6.2。
对比例1
采用如下方法对与实施例1中性质相同的块状钙华进行样品制备：采用矿石切割机将块状钙华进行湿法切割，以使得切割得到样品尺寸尽可能大，以使得样品测试过程中掉粉误差达到可忽视范围，并且以测试过程中，掉粉明显少的情况下的数据为准，测定的相对介电常数可作为该样品的真实的相对介电常数。
采用精密电子阻抗仪对钙华片电容进行测定，通过电容和介电常数的关系计算得：在25000Hz下测得钙华相对介电常数值为：6.109。
比较实施例1和对比例1得到的介电常数值，可知，实施例1制备的样品测试得到介电常数相比对比例1的介电常数值的误差为0.091，误差率0.015。可见，本发明提供的方法，能够有效降低介电常数测试过程中的误差。
实施例2
将块状钙华经破碎后进行球磨，得到粒径为120目的钙华颗粒，按照钙华颗粒质量的13％计，加入蒸馏水，混合搅拌均匀后，在8MPa的压力下保压1.2min，压制成直径为15mm，厚度为5mm的钙华片，在105℃下烘干24h以去除水分。采用小型离子溅射仪对钙华片上下两个面进行镀金，镀层厚度为0.15mm。采用精密电子阻抗仪对钙华片电容进行测定，通过电容和介电常数的关系计算得：在25000Hz下测得钙华相对介电常数值为：5.88。
对比例2
采用对比例1的方式对与实施例2性质相同的钙华进行介电常数测试的样品的制备以及测试，得到介电常数为5.723。
比较实施例2和对比例2得到的介电常数值，可知，实施例2制备的样品测试得到介电常数相比对比例2的介电常数值的误差为0.157，误差率0.027。
实施例3
将块状钙华经破碎后进行研磨，得到粒径为120目的钙华颗粒，按照钙华颗粒质量的15％计，加入蒸馏水，混合搅拌均匀后，在10MPa的压力下保压1.8min，制成直径为10mm，厚度为4mm的钙华片，在105℃下烘干24h以去除水分。采用小型离子溅射仪对钙华片上下两个面进行镀金，镀层厚度为0.3mm。
采用精密电子阻抗仪对钙华片电容进行测定，通过电容和介电常数的关系计算得：在25000Hz下测得钙华相对介电常数值为：7.487。
对比例3
采用对比例1的方式对与实施例3性质相同的钙华进行介电常数测试的样品的制备以及测试，得到介电常数为7.396。
比较实施例3和对比例3得到的介电常数值，可知，实施例3制备的样品测试得到介电常数相比对比例3的介电常数值的误差为0.091，误差率0.012。
实施例4
将细沙状钙华进行研磨，得到粒径为130目的钙华颗粒，按照钙华颗粒质量的13％计，加入蒸馏水，混合搅拌均匀后，在13MPa的压力下保压1.4min，制成直径为12mm，厚度为5mm的钙华片，在105℃下烘干24h以去除水分。采用小型离子溅射仪对钙华片上下两个面进行镀金，镀层厚度为0.2mm。
采用精密电子阻抗仪对钙华片电容进行测定，通过电容和介电常数的关系计算得：在25000Hz下测得钙华相对介电常数值为：6.448。
对比例4
将与实施例4性质相同的细沙状钙华研磨至实施例4中钙华粉的粒径大小，在13MPa的压力下保压1.4min，制成直径为12mm，厚度为5mm的钙华片，进行样品介电常数的测试，得到介电常数为6.372。
比较实施例4和对比例4得到的介电常数值，可知，实施例4制备的样品测试得到介电常数相比对比例4的介电常数值的误差为0.076，误差率0.011。
实施例5
将细沙状钙华进行研磨，得到粒径为130目的钙华颗粒，按照钙华颗粒质量的13％计，加入蒸馏水，混合搅拌均匀后，在15MPa的压力下保压1.8min，制成直径为20mm，厚度为5mm的钙华片，在105℃下烘干24h以去除水分。采用小型离子溅射仪对钙华片上下两个面进行镀金，镀层厚度为0.15mm。
采用精密电子阻抗仪对钙华片电容进行测定，通过电容和介电常数的关系计算得：在25000Hz下测得钙华相对介电常数值为：6.182。
对比例5
将与实施例5性质相同的细沙状钙华研磨至实施例5中钙华粉的粒径大小，在在15MPa的压力下保压1.8min，制成直径为20mm，厚度为5mm的钙华片，进行样品介电常数的测试，得到介电常数为6.104。
比较实施例5和对比例5得到的介电常数值，可知，实施例5制备的样品测试得到介电常数相比对比例5的介电常数值的误差为0.078，误差率0.012。
实施例6
将块状钙华经破碎后进行研磨，得到粒径为160目的钙华颗粒，按照钙华颗粒质量的10％计，加入蒸馏水，混合搅拌均匀后，在15MPa的压力下保压1.4min，制成直径为10mm，厚度为7mm的钙华片，在105℃下烘干24h以去除水分。采用小型离子溅射仪对钙华片上下两个面进行镀金，镀层厚度为0.3mm。
采用精密电子阻抗仪对钙华片电容进行测定，通过电容和介电常数的关系计算得：在25000Hz下测得钙华相对介电常数值为：6.283。
对比例6
采用对比例1的方式对与实施例6性质相同的钙华进行介电常数测试的样品的制备以及测试，得到介电常数为6.157。
比较实施例6和对比例6得到的介电常数值，可知，实施例6制备的样品测试得到介电常数相比对比例6的介电常数值的误差为0.126，误差率0.020。
实施例7
将块状钙华经破碎后进行研磨，得到粒径为190目的钙华颗粒，按照钙华颗粒质量的10％计，加入蒸馏水，混合搅拌均匀后，在5MPa的压力下保压1.3min，制成直径为15mm，厚度为5mm的钙华片，在105℃下烘干24h以去除水分。采用小型离子溅射仪对钙华片上下两个面进行镀金，镀层厚度为0.25mm。
采用精密电子阻抗仪对钙华片电容进行测定，通过电容和介电常数的关系计算得：在25000Hz下测得钙华相对介电常数值为：10.270。
对比例7
采用对比例1的方式对与实施例7性质相同的钙华进行介电常数测试的样品的制备以及测试，得到介电常数为10.134。
比较实施例7和对比例7得到的介电常数值，可知，实施例7制备的样品测试得到介电常数相比对比例7的介电常数值的误差为0.136，误差率0.013。
实施例8
将块状钙华经破碎后进行研磨，得到粒径为180目的钙华颗粒，按照钙华颗粒质量的15％计，加入蒸馏水，混合搅拌均匀后，在10MPa的压力下保压1.5min，制成直径为12mm，厚度为5mm的钙华片，在105℃下烘干24h以去除水分。采用小型离子溅射仪对钙华片上下两个面进行镀金，镀层厚度为0.15mm。
采用精密电子阻抗仪对钙华片电容进行测定，通过电容和介电常数的关系计算得：在25000Hz下测得钙华相对介电常数值为：7.186。
对比例8
采用对比例1的方式对与实施例8性质相同的钙华进行介电常数测试的样品的制备以及测试，得到介电常数为7.103。
比较实施例8和对比例8得到的介电常数值，可知，实施例8制备的样品测试得到介电常数相比对比例8的介电常数值的误差为0.085，误差率0.012。
实施例9
将细沙状钙华进行研磨，得到粒径为180目的钙华颗粒，按照钙华颗粒质量的15％计，加入蒸馏水，混合搅拌均匀后，在13MPa的压力下保压1.5min，制成直径为15mm，厚度为6mm的钙华片，在105℃下烘干24h以去除水分。采用小型离子溅射仪对钙华片上下两个面进行镀金，镀层厚度为0.3mm。
采用精密电子阻抗仪对钙华片电容进行测定，通过电容和介电常数的关系计算得：在25000Hz下测得钙华相对介电常数值为：6.542。
对比例9
将与实施例9性质相同的细沙状钙华研磨至实施例9中钙华粉的粒径大小，在在13MPa的压力下保压1.5min，制成直径为15mm，厚度为6mm的钙华片，进行样品介电常数的测试，得到介电常数为6.433。
比较实施例9和对比例9得到的介电常数值，可知，实施例9制备的样品测试得到介电常数相比对比例9的介电常数值的误差为0.109，误差率0.017。
实施例10
将球状钙华经破碎后进行研磨，得到粒径为180目的钙华颗粒，按照钙华颗粒质量的11％计，加入蒸馏水，混合搅拌均匀后，在5MPa的压力下保压1.8min，制成直径为15mm，厚度为6mm的钙华片，在105℃下烘干24h以去除水分。采用小型离子溅射仪对钙华片上下两个面进行镀金，镀层厚度为0.25mm。
采用精密电子阻抗仪对钙华片电容进行测定，通过电容和介电常数的关系计算得：在25000Hz下测得钙华相对介电常数值为：9.299。
对比例10
采用对比例1的方式对与实施例10性质相同的钙华进行介电常数测试的样品的制备以及测试，得到介电常数为9.186。
比较实施例10和对比例10得到的介电常数值，可知，实施例10制备的样品测试得到介电常数相比对比例10的介电常数值的误差为0.113，误差率0.012。
从上述实施例可以看出，本发明提供的方法，能够有效降低介电常数测试过程中的误差，测试误差最低达到了0.012。

Claims (10)

1.一种钙华介电常数测试样品的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供钙华颗粒；
(2)将所述钙华颗粒与水混合，压制成型，得到致密钙华；所述水的用量为钙华颗粒质量的10～16％；
(3)将所述步骤(2)得到的致密钙华进行表面镀金处理，得到钙华介电常数测试样品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中压制成型的压力为5～20MPa，压制成型的保压时间为1～2min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钙华颗粒通过粉碎钙华得到。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，当所述钙华的形态为块状或球状时，所述粉碎依次包括破碎和研磨；所述破碎后的钙华粒径不高于15mm；
当所述钙华的形态为细沙状时，所述粉碎包括研磨。
5.根据权利要求1、3或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钙华颗粒的粒径为100～200目。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钙华颗粒与水混合前，还包括对所述钙华颗粒的干燥处理，所述干燥处理的温度为105～110℃，所述干燥处理的时间为8～12h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压制成型后，镀金处理前还包括对所述致密钙华的干燥处理；所述干燥处理的温度为105～110℃，所述干燥处理的时间为8～12h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述致密钙华为片状钙华；所述片状钙华的厚度为3～8mm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面镀金处理为在所述致密钙华的上下表面进行镀金处理。
10.根据权利要求1或9所述的制备方法，其特征在于，所述表面镀金处理的镀金厚度≤0.3mm。
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