旋转圆柱

小小圆珠笔虽然普通，曾经却是一道横亘在国人面前的难题。我们曾被嘲笑能造出航母来，而圆珠笔头却依赖进口。直到2016年太钢集团生产出高性能笔尖专用钢材，我国才摆脱了这种尴尬局面。 图1 下含Fe样品的截面形貌图 圆珠笔的制造需要掌握特种钢材的制造能力和极高的微米级精细加工能力。需要确保给笔尖稳定地供给墨水而不露墨，防止中断飞白，达到顺畅书写长久耐用的效果。那么我们日常使用的圆珠笔和水性笔笔尖是什么样的构造呢？我们随机拆开了两支笔芯，对其镶嵌磨抛后，放到Axia ChemiSEM扫描电镜下，去看看它们内部结构有什么差异。 图2 子 弹头笔芯和针管式笔芯的内部结构 圆珠笔其实是带球珠笔的总称，通常所说的圆珠笔和水性笔，实际上都属于圆珠笔这个类别，它们都是利用滚珠的转动达到书写的目。如上图2中，左图为子 弹头笔芯，右图为针管式笔芯，可以明显看到两者结构不同。一般子 弹头笔芯是通过金属切削将一根原棒切削成一个完整的笔头。这类圆珠笔头设计一般包括书写球珠和保持管或者称球座体，保持管设有能收纳自由旋转球珠的球珠室和后部孔、引导孔。笔头长度较长，我们可以通过Axia ChemiSEM的智能化大面积成像，轻松得到笔头的完整形貌，如下图3。（注：球座体内有弹簧，制样过程中损失部分，部分较大弹簧留在腔体右侧）图3 子 弹头笔芯大面积截面图 而针管笔芯一般由非切削方式加工而成，在加工成笔头之前，它是一根完整的细管。通过精密仪器从N个方向在细管前端打N个凹点，形成球珠的碗座，如下图4。 图4 针管式笔芯大面积截面图 对此样品截面的尺寸进行测量如图5，球珠直径在400μm以上，而其底座既要保证球珠稳定，又需保证球珠顺畅滚动：球座稍偏大些，球珠就掉出来了；球座偏小些，则球珠受到限制，无法流畅书写。图5 笔芯尺寸测量图 同时，通过Axia的多通道成像和实时能谱功能，我们可以同时得到材料形貌和成分信息，得到更全面的认识。下图6为实时观察的界面，通过双导航直观找到笔芯样品的位置，直观得到其形貌和成分信息结果，如图7所示。图6 Axia ChemiSEM 多通道同时成像界面 图7 笔芯实时能谱面分布图 球珠要长期承受压力和摩擦，其材质需要坚固耐磨，性质稳定。市场上球珠主流材质是碳化钨和特制不锈钢。通过实时能谱我们看到这两只笔芯的球珠材质均为碳化钨。小小的圆珠笔从进口到国产化的发展，也揭示着我国制造正从粗放化走向精细化发展，不断向产业升级迈进，不断提高国际竞争力。圆珠笔芯只是一个小问题，相信我们会不断挣脱各类技术封锁，展示出我国材料制造及加工的技术底蕴，大步前行。 参考文献[1]洪鸿. 圆珠笔芯技术解决折射中国制造困境与希望[J]. 先锋队, 2017(3Z):2.[2]石井佳秀. 圆珠笔头、圆珠笔芯、圆珠笔以及圆珠笔头的制造方法.[3]https://www.sohu.com/a/657860891_121617550https://zhuanlan.zhihu.com/p/137574283

圆柱电芯的膨胀力主要源于电池内部的化学反应和充放电过程中的物理变化。在充电过程中，正极上的活性物质释放电子并嵌入负极，导致正极体积减小，负极体积增大。同时，电解液在充电过程中发生相变及产气副反应，也会造成一定的体积变化。这些因素共同作用，使得圆柱电芯在充放电过程中也会产生膨胀力。随着充放电次数的增加，这种膨胀力逐渐累积，导致电芯的尺寸发生变化。这种尺寸变化不仅会影响电池的外观和使用寿命，还可能对电池的安全性产生影响。因此，准确表征圆柱电芯的膨胀力对于优化电池设计、提高电池性能和安全性具有重要意义。表征圆柱电芯膨胀行为的方法电池的膨胀行为分为尺寸上的膨胀量和力学上的膨胀力测量。目前，对于软包电池、方壳电池膨胀行为的测量表征，已有较多研究和相应的测试手段及设备，在此不再赘述。但对于圆柱型电池的膨胀行为研究相对较少，也没有较好的商业化膨胀力评估手段。目前在文献资料中，常见的圆柱电芯膨胀行为的表征手段主要有以下几种：1、估算法如图1和图2所示，有研究表明圆柱型电池的膨胀变化与电池的SOC和SOH状态具有一定的相关性。但该方法建立在圆柱型电池的膨胀在整个圆周上是均匀的。图 1 单次充放电过程中，圆柱型电池的可逆膨胀变化图 2 电池老化过程中，圆柱型电池的SOH变化与不可逆膨胀之间的关系直接测量法通过在圆柱电芯外部施加压力，通过贴附应变片测量应变，该方式计算复杂，无法直观体现膨胀力。2、影像分析法影像分析法是一种无损检测方法，如利用CT断层扫描、中子成像、X射线、超声波等影像技术观察电芯内部的形变情况，通过分析影像的变化来测算电芯尺寸变化。这种方法适用于多种类型的圆柱电芯，且对电芯无损伤。然而，影像分析法需要使用昂贵的专业设备，且测量精度易受到设备性能和操作人员经验的影响。3、薄膜压力法一般需解剖圆柱电池，在电芯内部嵌入薄膜压力传感器或压敏纸的方式，从而获得圆柱电芯在不同方位上的膨胀力分布情况。但薄膜压力传感器精度一般较低，成本高；而压敏纸分析，具有滞后性。该测试均为破坏性测试。表征圆柱电芯膨胀行为存在的问题有研究表明，圆柱型电池电池实际的膨胀是明显偏离预期的均匀膨胀，在周长上会形成膨胀和收缩的区域，这取决于圆柱型电池的卷芯卷绕方向。因此，使用体积变化来研究老化或预测SOC需要特别谨慎，因为膨胀会因测量位置而显著不同，测量结果可能因测量方法而有偏差。电弛膨胀测试解决方案电弛自主研发的电池膨胀测试系统，高度集成了温控、充放电、伺服控制、高精度传感器等模块，并提供企业级系统组网功能。该系统可对多种电池种类和电池形态的电池进行膨胀行为测试，包括碱金属离子电池(Li/Na/K)、多价离子电池(Zn/Ca/Mg/Al)、其他二次金属离子电池(金属-空气、金属-硫)、固态电池，以及单层极片、模型扣式电池(全电池、半电池、对称电池、扣电三电极)、软包电池、方壳电池、圆柱电池、电芯模组。同时，可为不同形态电池提供定制化夹具，开展手动加压、自动加压、恒压力、脉冲恒压、恒间距、压缩模量等不同测试模式的研究。本产品还可方便扩展与电池产气测试、内压测试、成分分析的定制集成。为锂电池材料研发、工艺优化、充放电策略的分析研究提供了良好的技术支持。参考文献Jessica Hemmerling, 2021. Non-Uniform Circumferential Expansion of Cylindrical Li-Ion Cells—The Potato Effect. Batteries, 7, 61.

三本是一家综合性的测量仪器公司，提供一站式测量解决方案，是德国蔡司和德国马尔公司官方授权代理商，帮助客户高效测量解决方案，马尔公司推出新的产品来满足客户多样化的测量需求。针对客户对测量速度和重型工件测量的需求，推出了新一代的MarForm MMQ 500圆度仪。本期内容，我们将给大家解读这一款全新的测量利器。MarForm MMQ 500MarForm MMQ系列历代成员们马尔的圆柱度仪系列，从入门级的圆度仪 MMQ 100到高精密的圆度测量仪 MFU 100，几乎可以涵盖客户所有的测量需求。马尔圆度仪 MMQ 100 到 MMQ 400系列如今，新款的MMQ 500 在此基础上，又增加了一些新的特点。MMQ 500圆柱度仪的优点• 直径300 毫米的工作转台；• 工作转台可承重 80 公斤；• 更大的调心调平范围；• X轴和Z轴更高的直线度；• 更快的调心调平时间；正是由于以上这些优点，马尔新一代 MMQ 500 圆柱度仪可以测量更重、更大的零件，而且测量的结果更加精确。同时，MMQ 500 快速的调心调平和定位时间有效的缩短测量时间，提高了测量效率，对于如今不断增加的人力成本而言，无疑是增效降本的一个重大利好。 快速调整和定位，可以缩短30%的测量时间此外，MMQ 500 的评价软件依然是基于 MarWin 这个卓越的软件平台，可以沿用MarForm所有的评价设置和软件选项，如活塞测量、扭纹测量、速率分析、快速傅立叶分析这些工业测量中常用的测量选项。