手机版

扫一扫,手机访问

关于我们 加入收藏

元能科技(厦门)有限公司

2 年金牌会员

已认证

拨打电话
获取底价
提交后,商家将派代表为您专人服务
立即发送
点击提交代表您同意 《用户服务协议》
当前位置:
元能科技 >技术文章 >

微米级空心球的单颗粒压缩特性

微米级空心球的单颗粒压缩特性
元能科技  2025-02-20  |  阅读:60

手机扫码查看

一、背景 

随着科技的不断发展,材料科学领域的研究日益深入。其中,空心球材料因其独特的结构和性能,在多个领域展现出了广阔的应用前景。空心球材料的力学特性与其内部结构和组成密切相关。元能科技IEST的SPFT(单颗粒力学性能测试)设备,可以深入了解空心球材料在被压缩时的力学响应,包括颗粒的压溃力、脆性特征、内部微结构等信息,为材料的进一步优化和应用提供科学依据。



二、测试设备与方法 

SPFT设备能够高精度地控制位移和测量压力,从而精确采集压头加载到单个颗粒上的压力-位移曲线。另外,SPFT采用底部光学系统成像的方式,测试软件中可同步记录颗粒被压缩、变形、压溃的整个画面。这一设备特别适用于评估材料颗粒层级的耐压性和压溃力,对于理解微米级空心球在压缩过程中的行为至关重要。


090822_017853_jswz.jpg

图1.  (左) SPFT设备;(右) 光学系统底视图


本文分别选取2款稀土氧化物空心球(XT-1和XT-2)和2款粉煤灰空心球(FM-1和FM-2)进行测试。测试过程遵循严格的标准化步骤:首先,通过乙醇分散制样,确保颗粒的均匀分布;然后,利用光学显微镜定位单个分散颗粒;接着,配置实验参数并执行压缩测试;测试过程中,观察并记录颗粒在压缩前后的形态变化。每个样品通常测试5个以上的颗粒,以确保数据的可靠性和统计意义。


三、结果分析 

1、单颗粒压缩曲线和动图展示


091005_829406_jswz.jpg

图2. 两款不同XT空心球的单颗粒压缩曲线


091028_873564_jswz.jpg

图3. 两款不同FM空心球的单颗粒压缩曲线


091056_094666_jswz.png

图4. XT空心球(左)和FM空心球(右)的单颗粒压缩过程动图(节选)


2、压溃力和抗压强度对比

通过结果可以看出,每个样品平行测试10-15次的曲线一致性都比较好。所测试的2款XT空心球的单颗粒整体压溃力都远大于另2款FM空心球。由于组成相近、粒径相近,不同款式的XT空心球/FM空心球-1/-2之间倒是差异不大。


根据GB/T 43091-2023关于粉末抗压强度测试方法的国家标准,可通过单颗粒的压溃力和颗粒粒径计算颗粒的抗压强度,平均值的结果如表1所示。2款XT空心球的抗压强度比2款FM空心球约高一倍左右,XT-1比XT-2抗压强度略大一些。这可能是由于稀土材料本身具有较高的强度和硬度,使得其在受到外力作用时能够更好地抵抗形变和破坏。从图4的动图也可以看出XT空心球破碎时相对较硬质,而FM空心球显得相对松软。


表1. 不同XT空心球、FM空心球的单颗粒抗压强度


091126_692483_jswz.jpg


3、力-位移曲线的波浪形特征

在单颗粒压缩曲线上,还能看到空心球压溃后特殊的力-位移曲线特征,它们的力-位移曲线在压溃后均呈现出波折的形态,类似于波浪形状。这种波折可能是由于空心球内部结构的复杂性以及压溃过程中裂纹的扩展和交汇所导致的。具体来说,在压缩初期,随着压头的逐渐下压,颗粒开始发生弹性形变。当应力达到一定程度时,颗粒开始出现裂纹并发生塑性形变。随着裂纹的扩展和交汇,颗粒逐渐破碎,力-位移曲线也随之出现波折。


波折现象的产生原因:1)多裂纹扩展与交汇:由于裂纹的扩展速度和方向不同,因此会产生不同的应力集中区域,从而导致力-位移曲线出现波折;2)碎片间的相互作用:当空心球被压溃成多个碎片时,这些碎片之间会相互挤压和摩擦。这种相互作用会导致力-位移曲线在下降过程中产生波动;3)材料内部的不均匀性:空心球颗粒的内部可能存在不均匀性,如气孔、夹杂物等。这些不均匀性在受到外力作用时会导致应力集中和局部破坏,从而进一步加剧力-位移曲线的波折现象。这种波折形态不仅反映了颗粒内部的微观结构特征,还揭示了其在受到外力作用时的力学响应机制。


四、小结

本文通过对比稀土氧化物空心球和粉煤灰空心球的力-位移曲线和抗压强度数据,可以评估这两种材料的力学性能。所测试的2款稀土氧化物空心球和2款粉煤灰空心球曲线的一致性都比较好,稀土氧化物空心球整体的压溃力和抗压强度水平较高一些。


此外,力-位移曲线的波折形态也为我们提供了关于材料内部结构和力学响应机制的宝贵信息。通过分析这些波折特征,我们可以更深入地了解材料的破坏机制和失效模式,从而为其在实际应用中的性能优化和改进提供理论依据。


关于元能

元能科技是一家专注于锂离子电池检测仪器研发与生产的高新技术企业,致力于为全球新能源领域提供领先的检测解决方案与服务。

元能科技注重前沿技术研发,拥有材料、物理、化学、电化学、光学、机械、电子、计算机、人工智能等多学科多专业交叉的研发团队,围绕表征方法、设备技术、应用方案等开展自主研发,推出多款行业领先的新型仪器,获得了多项发明专利及实用新型专利,服务于全球众多材料企业、电芯企业、终端企业、科研院所、高校及政府检测单位。同时,元能科技积极推动建立行业上下游规范统一的检测方法,主导或参与制定多项国家标准、行业标准及团体标准,参与国家重点研发计划,助力新能源行业的创新与发展!

相关产品

更多

电化学性能分析仪

型号:ERT7008

面议
原位产气体积监控仪

型号:GVM2200

面议
硅基负极膨胀原位快筛系统

型号:RSS1400

面议
原位膨胀分析系统

型号:SWE2110

面议

虚拟号将在 秒后失效

使用微信扫码拨号

为了保证隐私安全,平台已启用虚拟电话,请放心拨打(暂不支持短信)
留言咨询
(我们会第一时间联系您)
关闭
留言类型:
     
*姓名:
*电话:
*单位:
Email:
*留言内容:
(请留下您的联系方式,以便工作人员及时与您联系!)