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这些年我遇到的特殊样品(系列)——鸡生蛋?还是蛋生鸡?
仗剑少年游
2017/09/20
私聊
扫描电镜(SEM/EDS)
【题记】
不知不觉中,已在仪器信息网注册了十几个年头,从参加第七届原创大赛开始,这是我第四次参赛。
我深知自己的水平,参赛的目的当然不在于获奖,而在于——参与。
在三聚氰胺、地沟油、皮鞋胶囊、毒跑道、甲醛超标等话题引发广泛关注,分析测试事业得以蓬勃发展的时候,两年前的一声轰然巨响,让我深深感受到,化学品、安全、分析检测等等知识还是被大众了解得太少,科普工作还是太薄弱。即便是业内人士,近年来随着跟一些仪器公司销售人员的接触,我感觉到他们的专业素质也因为急速发展而出现了断层,引入专业的销售团队某种程度上削弱了专业应用团队的力量建设。从分析测试人员的角度来说,缺少不同分析检测技术的综合应用,碰到非常规问题时无法设计合适的检测方案。
我从事分析测试工作18年,由于工作性质的原因,我们的检测方向和常规检测机构并不相同,很多时候我们的工作是验证,并没有现成的标准。测试测试,我们侧重的是——试,所以配备的仪器比较多,种类比较齐全,久而久之,形成了一些野路子、土办法。
我选取一些工作中的案例,涉及到的并非多么特别的样品,但检测的要求比较非常规,分享给大家,一来是分享一下解决问题的思路,二来也是为了我心中的科普。
内容会非常浅,同行们切勿笑话。
【案例五】
陶粒砂
按说这个没有什么特别的,收到样品后,X射线荧光能谱也做了,成分也与所描述的一致。样品是直径在1mm以下的微珠,深棕褐色,考虑到完全无法拍出样品的特征,只好希望大家脑补了。
难点在于:
这些微珠是先做成球形再烧制的,还是直接烧成球形的?
什么?还能直接通过高温将材料直接烧成球形?
是的,可以,列位看官,你一定听说过“表面张力”这个词吧?
粒度较小的颗粒喷入加热区域,颗粒表面或整体受热液化,由于表面张力的原因形成球形。
有兴趣的看官可以看看雾化锌粉以及微硅粉的工艺流程,就会明白我说的意思了。
回归到正文,现实中,陶粒砂两种工艺都有。
一种是将耐火黏土揉成球,烧制成型;
一种是先将耐火黏土烧成块状,然后破碎成一定粒度范围的粉体,然后喷入高温区域,在表面张力的作用下形成球形。
问题是,你不可能到生产现场去验证,摆在你面前的只有看上去完全一样的微珠颗粒。
怎么办?
只能摸着石头过河了!
样品的成分和物相都是一样的,所以使用XRF和XRD对于这个问题是无解的,换句话说,样品的宏观信息一致,所以只能借助于微观形态的区别了。为了突出问题,XRF和XRD的检测过程及结果就不在这里叙述了。
当时还没购入目前现役的飞纳台式扫描电镜,所以借参加电镜年会的机会,把样品带到展位,一来搜集数据,二来也是做横向比较。
陶瓷材料是非常典型的无机材料,以前使用单位那台老旧的FEI扫描电镜时其实对陶瓷类样品成像效果是非常受限制的,然而新型台式扫描显微镜的表现让我比较吃惊。
图.1(样品A)
图.2(样品B)
同样放大倍数下观察,两个样品的粒度范围基本一致,区别在于:
1.图1有拉丝现象,有葫芦状、瓶状、纺锤状颗粒,球形颗粒球度高,看上去表面光滑;
2.图2有部分样品有空腔,球度相对较低,部分大球上有小球,球形颗粒表面不光滑,有空隙,类似高尔夫球。
样品A放大到3000倍时可以观察到样品表面粘有纤维,依然看上去比较光滑,但是放到到10500倍时,可以观察到晶须(莫来石),晶须的生长方向保持一致。
样品B放大2000倍时,可以更明显地观察到样品表面呈现出皲裂的状况,很像干涸的土地,也能观察到晶须生长的现象,在每个皲裂区域呈现辐射状生长的态势。
放大到20000倍可以看到晶须的生长高度有序,与样品A在10500倍下观察到的生长情况类似。
看到两个样品的电镜图片,我心中进行了一番脑补。
1.不同粒度的破碎而得的粉体喷入高温区域后,由于各自具备一定的速度,出现了碰撞、粘连、拖尾,颗粒形态较为丰富,但是由于破碎前已经经过了充分的热处理,不会再出现膨胀、收缩而产生的形变,因此颗粒表面会比较光滑;
2.陶瓷黏土通过设备揉搓成球,未必能形成完美球体(大家可以自己搓个面球体会一下),同时在入窑烧制的过程中,伴随着烧失和膨胀、收缩,会形成类似干涸土地的皲裂,然后以每个皲裂区域为中心,逐渐在加热情况下形成晶须。
如是,则样品A对应的是工艺一,样品B对应的是工艺二。
后来,我们找来样品A和样品B各自的工艺材料,和推想结果一致,问题由是得到了解决。
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