粒形分析用于磨料生产过程的质量控制

磨料应用

磨料是当两种材料受压接触并相对移动时，其中可以用于打磨另一种材料的任何一种非常坚硬、锋利的材料。  可以采用氧化铝（Al2O3）、碳化硅（SiC）、SG、CBN、金刚石等各类不同材料生产磨料。这些材料的硬度以及锋利的颗粒形状使其具有研磨作用。

筛目数是磨粒粒径的名称，反映了筛网上单位英寸内磨粒将通过的最小孔眼数目，范围可能为4号到 2500号。 粒度（Dv50）可能为几毫米到小于2 微米不等。

当这些材料融入适合的基质时，可以用于各种不同用途；例如砂纸、砂轮、抛光、钢丝锯、镗磨油石、喷砂等。

不同的用途可能要求不同的颗粒形状，而这对磨料性能具有显著影响。

磨料的制造

主要的磨料粉碎技术通常包括冲击粉碎、压力粉碎、研磨粉碎或者上述三种技术的结合。

磨粒的生产商可以通过采用不同的粉碎方法影响磨粒的形状，但迄今为止，控制粒形仍比较困难。

根据客户的偏好和最终用途，粒形要求存在巨大差异。

传统的质量控制参数

磨料生产的国际标准对容积密度的测定方法进行了描述。 容积密度可以说明粒形，但多项其他的产品特征也会影响容积密度，如粒度分布、流动性以及表面条件。

形状分析

最近一种用于快速分析粒度和粒形的新型仪器（Sysmex FPIA-3000）上市销售。 通过这种仪器进行测定，可以更加精确地分析不同的粒形以及相似产品之间的粒形差异。

Sysmex FPIA-3000 采用鞘流和专利高速图像分析技术来快速分析粒度和粒形，通常能在2.5 分钟内生成数据。 而传统方法采用常规显微镜结合图像分析来进行粒形分析，每份样品可能需要2-3 小时。

Sysmex FPIA-3000 所生成的主要形状指数是圆度。 它的定义是与颗粒面积相当的圆形的周长与颗粒本身周长的比值。 颗粒越圆，其圆度就越接近1。 颗粒越长，圆度就越低。 这一概念如图1 所示。

图 1: 量化颗粒形状—圆度的计算

测定数据

为了说明这一概念，两种颗粒类型的圆度如表1 所示。 两种颗粒类型分别是 1）尖锐型颗粒以及2）紧实型颗粒。 它们的扫描电子显微图片参见图2和图3。

图 2: 尖锐型颗粒的SEM 图像

图 3: 紧实型颗粒的SEM 图像

对于简单的直观数据解释来说，可以通过FPIA-3000 软件中的粒度/圆度散点图中得到明确体现（图4 和图5）。

图 4: 尖锐型颗粒的散点图

图 5: 紧实型颗粒的散点图

结论

研究表明，与现有的 QC 检测相比，FPIA 粒形快速分析能够提供更加丰富的信息，使快速识别不合格磨料成为可能。 简便的检测能够识别此前未知的生产变化。 而富有意义的圆度指标的执行将强化最终产品的检测流程，从而开发出更加稳定和精密的生产工艺。