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电解液:锂电池电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料,在一定条件下、按一定比例配制而成的。但因电解液的配置,混料过程不规范、市面上的滤芯质量参差不齐,
原材料存在大量的颗粒,来料并不检测等原因,导致了成品的电解液里存在很多的颗粒物,其中包括致命的金属颗粒。
微流成像仪优势:
原位、密闭管路对电解液进行测试,不因额外的前处理导致引入新的杂质,亦不会与空气中水汽接触,造成HF挥发影响操作人员身体健康。
可获得大于0.2微米以上颗粒物的浓度,粒度等信息,颗粒物越少,滤芯被堵塞的概率就降低。
短时间内对数以百万计的颗粒进行成像,存储、分析。
采用AI算法对不同类型的颗粒进行分类,从而区分透明的锂盐、不透光带尖锐角度的金属颗粒、以及滤芯脱落物(结构及纤维,出现纤维意味着滤芯局部已经破损)等。
可对颗粒物的浓度、粒度进行统计,分析,从而便于制定相应的标准。
可改造为在线检测方案,实现PAT过程检测,为电解液各个生产流程提供颗粒物的监控,从而为颗粒物的处理决策提供数据依据(颗粒物检出,判断滤芯的失效行为)
正极材料:一切影响材料中电子和锂离子传递的因素都会影响到正极材料的性能,其中,材料形貌是决定电子和离子传递路径的关键所在。不同形貌的材料会表现出不同的电化学性能,影响着电子和离子的传递路径以及材料的振实密度,通过晶型生长控制制备出由许多具有快速传导锂离子的活性位面暴露在外的纳米颗粒或纳米片状一次颗粒组成的三维类球形的正极材料,再结合一些表面修饰的方法,如采用快锂离子导体的表面包覆,优化正极材料与电解液的接触面,可获得符合商业应用的高性能锂离子电池正极材料。
负极材料:负极材料是锂离子电池的关键组成部分,对锂离子电池性能有着重要影响。研究发现,负极材料的造粒方式及形貌对其性能有较大影响。 煤系针状焦为原料为例,经破碎、石墨化得到一次颗粒负极材料,该一次粒子整体形貌球化率不高,外形不规整,从而导致振实密度、压实密度都较小,结果表明,一次颗粒负极材料的首次库伦效率为84%。虽然以针状焦为原料的一次颗粒负极材料具有较高的容量,但由于针状焦特有的流线型纤维结构使其在各个方向上的取向度不同,单采用针状焦制备的一次颗粒负极材料在电化学性能方面仍存在一定缺陷,容易造成电池膨胀,且倍率性能一般,首次库伦效率较低,在工业生产中会导致大量消耗正极材料,从而增加成本。人造石墨二次造粒有利于提高负极材料性能。二次造粒工艺是将骨料粉碎获得小颗粒基材后,使用沥青作为黏结剂,根据目标粒径的大小,在反应釜内进行二次造粒,经过后续石墨化等工艺,获得成品二次造粒负极材料,该二次造粒后的成品球形度好,整体加工颗粒规整度高,振实密度及压实密度高,流动性也好,且因其结构由小颗粒黏结而成,具备更多的孔,可以丰富Li+在晶格内嵌脱的通道数量,进一步提升负极材料的倍率性能及低温性能。小颗粒比表面积大,锂离子迁移通道多、路径短、倍率性能好,大颗粒压实密度高,容量大。二次颗粒负极材料可以兼顾大颗粒和小颗粒的优点,成为容量高、倍率性能好的负极材料。此外,利用造粒工艺形成的二次颗粒负极材料可增加负极材料的各向同性,改善电池的首次库伦效率和倍率性能。
目前我们通常采用激光粒度仪对材料的粒度进行测试,电子显微镜对材料的形貌进行观察,激光粒度仪的原理决定了其在合成的材料中的测试具有一定的局限性,包括极少量的小颗粒以及大颗粒的测试精度,光学模型的不确定性以及颗粒形貌的多样性等,这些因素都会导致米氏理论在反演过程中的巨大误差,从而对生产的指导有误导的可能,最近新修订的GBT19077-2016《粒度分析:激光衍射法》(即ISO13320:2009)指出:激光粒度仪只能用于球形颗粒的检测,对于非球形颗粒误差较大,其结果受到颗粒形貌的极大影响。显然正负极的颗粒采用该测试方法无法获得准确的测试数值。
而电子显微镜的方法适用于颗粒表面形貌细节的观测,可对颗粒的孔,包覆的情况以及表面的粗糙度等进行查看,但无法量化大量颗粒的形貌特征,这与电镜成像后大量颗粒的堆叠有关系,大量颗粒的特征做了相应统计后,可对目前正负极材料中的颗粒改造行为起到非常直观且有效的评价作用,从而优化材料的研发流程,量化不同控制对于颗粒形貌的影响。
性能特点 | W-3000 | 筛分法 | 激光粒度仪 | 沉降法 | 显微镜观察法/电子显微镜 |
亚微米级别颗粒测试 | ++ | - | ++ | - | ++ |
宽泛的测试范围 | ++ | - | ++ | - | + |
颗粒成像及分析 | ++ | - | - | - | ++ |
样品测试量 | + | ++ | + | ++ | - |
校正和校验 | ++ | ++ | + | - | + |
操作和维护 | ++ | ++ | + | - | - |
统计功能 | ++ | + | + | - | ++ |
化药注射剂中的不溶性微粒可能从原辅包材料、生产过程、储存运输,以及使用过程中引入。控制注射剂中不溶性微粒的产生是减少输液不良反应、保障用药安全的重要措施。通过参考有关注射剂中不溶性微粒的国内外药典标准、指导原则和研究文献,探讨不溶性微粒产生的主要原因,并提出有效控制策略和相关建议,以期为控制化药注射剂的质量提供相应参考。
注射剂是一种重要的临床常用药物剂型,系指原料药物或与适宜的辅料制成的供注入体内的无菌制剂,主要分为注射液、注射用无菌粉末与注射用浓溶液等,以皮下注射、皮内注射、肌内注射、静脉注射、静脉滴注、鞘内注射、椎管内注射等方式注入体内。根据注射方式进行分类,注射剂可以分为静脉注射、肌内注射、皮下以及皮内注射等;根据分散系统的不同,注射剂可以分为溶液型、乳剂型、混悬液以及粉末型等。
注射剂的质量与有效成分含量、无菌、有关物质以及异物等有关,这些指标的严格控制关系到注射剂的安全有效性。其中,异物的控制分为可见异物以及不溶性微粒两个方面。注射剂中的不溶性微粒系指非故意存在于溶液中的除气泡外的可移动的不溶性粒子。不溶性微粒一旦随注射液进入体内可随血液流动却不能被代谢,可能对人体造成难以发现和潜在的严重危害,如炎症反应、血管损伤、肉芽肿、血管栓塞、热原反应、过敏反应、肿瘤或肿瘤样反应等不良反应。
在2020 年的《国家药品不良反应监测年度报告》中,注射剂给药的药品不良反应/事件占所有剂型的56.7%。《基础输液临床使用评估指南》提出的18项评估指标中,不溶性微粒是临床输液安全性评估中最重要的指标之一。目前,已开发出微流成像法、显微镜法、光散射法、光阻法以及电阻法等多种不溶性微粒的检测技术,从功能的丰富性,操作的便捷性,以及颗粒的可追溯性来看,微流成像仪具有明显的优势,具体优势和对比如下:
性能特点 | 微流成像法 | 光阻法 | 电阻法 | 显微镜观察法 |
亚微米级别颗粒测试 | ++ | - | + | + |
宽泛的测试范围 | ++ | - | - | + |
流体精准计量 | ++ | ++ | + | + |
颗粒成像及分析 | ++ | - | - | ++ |
样品测试量 | ++ | ++ | + | - |
校正和校验 | ++ | ++ | + | + |
操作和维护 | ++ | ++ | + | - |
统计功能 | ++ | + | + | - |
半导体晶圆片是一种常用于电子电路中的半导体元器件,通过多晶硅掺杂制成单晶硅后,生成硅锭,硅锭用金刚石锯来准确切割得到。晶圆片再进行研磨,打薄,蚀刻、清洗、倒角、抛光等步骤,得到半导体晶圆片成品。晶圆片在使用时,需要使用其抛光面来生产电路,因此需要抛光面无任何凸起、微纹、划痕和残留损伤,通常在抛光后进行清洗和检查,确保抛光面平滑且无缺陷后投入使用。
最初的半导体基片(衬底片)抛光沿用机械抛光、例如氧化镁、氧化锆抛光等,但是得到的晶片表面损伤是及其严重的。直到60年代末,一种新的抛光技术——化学机械抛光技术(CMP Chemical Mechanical Polishing )取代了旧的方法。CMP技术综合了化学和机械抛光的优势:
单纯的化学抛光,抛光速率较快,表面光洁度高,损伤低,完美性好,但表面平整度和平行度差,抛光后表面一致性差;单纯的机械抛光表面一致性好,表面平整度高,但表面光洁度差,损伤层深。 化学机械抛光可以获得较为完美的表面,又可以得到较高的抛光速率,得到的平整度比其他方法高两个数量级,是目前能够实现全局平面化的唯一有效方法。依据机械加工原理、半导体材料工程学、物力化学多相反应多相催化理论、表面工程学、半导体化学基础理论等,对硅单晶片化学机械抛光(CMP)机理、动力学控制过程和影响因素研究标明,化学机械抛光是一个复杂的多相反应,它存在着两个动力学过程:
抛光首先使吸附在抛光布上的抛光液中的氧化剂、催化剂等与衬底片表面的硅原子在表面进行氧化还原的动力学过程。这是化学反应的主体。
抛光表面反应物脱离硅单晶表面,即解吸过程使未反应的硅单晶重新裸露出来的动力学过程。它是控制抛光速率的另一个重要过程。硅片的化学机械抛光过程是以化学反应为主的机械抛光过程,要获得质量好的抛光片,必须使抛光过程中的化学腐蚀作用与机械磨削作用达到一种平衡。如果化学腐蚀作用大于机械抛光作用,则抛光片表面产生腐蚀坑、桔皮状波纹。如果机械磨削作用大于化学腐蚀作用,则表面产生高损伤层。
若是抛光液出现了问题,例如颗粒聚集或者存在原生的大颗粒,局部便会有划伤效应,导致芯片整体报废。
综上,抛光液中的大颗粒检测是生产监测中的重点,微流成像仪可对抛光液中的大颗粒进行成像,从而排除气泡的影响、较好的识别聚集体、以及原生大颗粒具有重要的意义。
球形金属粉末是金属3D打印的核心材料,是3D打印产业链中最重要的环节,与3D打印技术的发展息息相关。在“2013世界3D打印技术产业大会”中,权威专家对3D打印金属粉末的性能要求给出了清晰的定义,即尺寸小于1mm的金属粉末,此外,还要求金属满足纯度高、球形度好、粒径分布窄、含氧量低、流动性好等要求。2014年6月颁布的ASTM F3049-14标准规定了3D打印金属粉性能的范围和表征方法。目前,3D打印用金属粉末材料主要集中在铁、钛、钴、铜、镍等金属及其合金方面。
随着金属3D打印技术的飞速发展,球形金属粉末的市场将保持高增长态势。2016年3D打印金属粉的市场规模约为2.5亿美元, 据权威媒体表示,到2025年,3D打印金属粉末的市场规模将达到50亿美元。但目前3D打印用球形金属粉主要由国外厂家垄断,国内生产的球形粉末存在性能不稳定、成本高、收得率低等问题。因此,研究3D打印金属粉末的制备尤为重要。
当前有以下两种方法生产制备球形金属粉末,包括氩气雾化法以及等离子旋转电极法,氩气雾化法制粉是利用快速流动的氩气流冲击金属液体,将其破碎为细小颗粒,继而冷凝成为固体粉末的制粉方法;等离子旋转电极法,等离子态被称为物质的第四态,等离子旋转电极雾化(PREP法)制粉过程可简单描述为:将金属或合金制成自耗电极,自耗电极端部在同轴等离子体电弧加热源的作用下熔化形成液膜,液膜在旋转离心力的作用下被高速甩出形成液滴,熔融液滴与雾化室内惰性气体(氩气或氦气)摩擦,在切应力作用下进一步破碎,随后熔滴在表面张力的作用下快速冷却凝固成球形粉末。
3D打印对金属粉末的要求
1、纯净度
陶瓷夹杂物会显著降低最终制件的性能,而且这些夹杂物一般具有较高的熔点,难以烧结成形,因此粉末中必须无陶瓷夹杂物。
除此之外,氧、氮含量也需要严格控制。目前用于金属3D打印的粉末制备技术主要以雾化法为主,粉末具有大的比表面积,容易氧化,在航空航天等特殊应用领域,客户对此指标的要求更为严格,如高温合金粉末氧含量为0.006%-0.018%,钛合金粉末氧含量为0.007%-0.013%,不锈钢粉末氧含量为0.010%-0.025%。
2、粉末流动性和松装密度
粉末流动性直接影响打印过程中铺粉的均匀性和送粉过程的稳定性。
流动性与粉末形貌、粒度分布及松装密度相关,粉末颗粒越大、颗粒形状越规则、粒度组成中极细的粉末所占的比例越小,其流动性越好;颗粒密度不变,相对密度增加,粉末流动性则增加。另外,颗粒表面吸附水、气体等会降低粉末流动性。
3、粉末粒度分布
不同3D打印设备及成形工艺对粉末粒度分布要求不同。目前金属3D打印常用的粉末粒度范围是15-53μm(细粉)、53-105μm(粗粉)。
4、粉末形貌
粉末形貌和粉末的制备方法密切相关。一般由金属气态或熔融液态转变成粉末时,粉末颗粒形状趋于球形,由固态状变为粉末时,粉末颗粒多为不规则形状,而由水溶液电解法制备的粉末多数呈树枝状,一般而言,球形度越高,粉末颗粒的流动性也越好,3D打印金属粉末要求球形度在98%以上,这样打印时铺粉及送粉更容易进行。
综上,静态图像法可在粒度和粒形两个维度上对金属粉末进行测试,获得高达数十个参数,可完美表征包括宏观、介观、和微观在内三个层次的形貌特征,从而评价包括颗粒整体的高宽比,圆度,球形度以及卫星化信息,可对不同批次的粉体的流动性以及颗粒的粘连情况进行对比,可间接的量化分析。
磨料是指在磨削加工过程中起切削作用的硬质材料的总称,主要用于制造磨具;磨料是锐利、坚硬的材料,用以磨削较软的材料表面,磨料有天然磨料和人造磨料两大类别。
人造磨料也是有种类之分的,主要有刚玉磨料以及碳化磨料两大类,不同类型的磨料其特性以及应用领域是各不相同的:
棕刚玉磨料,主要成分是Al2O3,具有硬度中等,韧性大,颗粒锋锐,价格比较低廉,适合加工抗张强度高的金属。微晶刚玉磨料和黑刚玉磨料都是其派生品种。
白刚玉磨料,其硬度略高于棕刚玉,但韧性较差,磨削时易切入工件,自锐性好,发热量较小,磨削能力强,效率高。铬刚玉磨料是其派生品种。
单晶刚玉磨料,其颗粒是由单一晶体组成,并具有良好的多棱切削刃,较高的硬度和韧性、磨削能力强,磨削发热量少,缺点是生产成本较高,产量较低,所以价格比较高。锆刚玉磨料也是晶体化合物,硬度略低,晶体尺寸较耐磨性能好。
黑碳化硅磨料、绿碳化硅磨料、立方碳化硅磨料、铈碳化硅磨料等,属于碳化硅磨料,主要成份是碳化硅SiC,硬度高,脆性大,磨粒锋利,导热性较好,耐磨性较强,比较适合加工硬脆的金属及非金属产品。
锐利是磨料的重要形貌特征,传统的图像法评价磨料的圆度或者球形度是基于颗粒长短径或者周长的参数,该类型的基础参数均为整体性指标,无法评价颗粒局部的特性,我司拥有独有的钝度指标,可对带有锐角的颗粒进行表征,是视觉技术在磨料颗粒物表征技术的一大进步。