本發明屬于粉末冶金的研究方法，具體涉及一種球形金屬粉末燒結頸長的計算方法。

背景技術：

在粉末冶金的科學研究和工業應用中，常常需要測試在不同燒結時段，兩個金屬粉末之間相連的燒結頸長度，因為燒結頸的長度決定了燒結的速率和樣品的強度。目前，通常采用顯微鏡直接觀察燒結頸并測試其長度。但是，燒結頸的長度很短，燒結頸的長度小于粉末的尺寸，一般小于100μm，特別是在燒結早期，燒結頸的長度僅為數微米甚至納米級別，電鏡的觀察測量十分困難，而且，由于燒結頸易被球形粉末所遮擋，觀察角度受到影響，從而極大程度地影響了測試的準確性。

根據粉末燒結的原理，可以采用計算的方法獲得燒結頸的長度。這種方法不需要對極細的燒結頸進行直接測量，而是改為測試尺寸較大的粉末顆粒尺寸，使得儀器操作難度降低，同時燒結頸長度的準確性更佳。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：針對上述現有技術的不足，提供一種球形金屬粉末燒結頸長的計算方法，本方法無需通過顯微鏡直接觀察燒結頸的長度，適用于測試形狀規則為球形且表面至少基本光滑的粉體材料的燒結頸長。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種球形金屬粉末燒結頸長的計算方法，該方法步驟如下：

A.以球形且表面至少基本光滑的粉末顆粒為基礎；于電鏡下，通過調整電鏡角度，使待測燒結頸長的兩個粉末顆粒的擺放方向垂直于觀察方向，并獲取放大照片以能清楚測量該兩個粉末顆粒的直徑；若照片中的兩個粉末顆粒未被其他粉末遮擋或者未與其他粉末顆粒燒結聯結，則直接進入步驟B，若被遮擋或者與其他粉末顆粒燒結聯結，則先使用繪圖工具補全其球形輪廓后再進入步驟B；

B.測量照片中該兩個粉末顆粒通過燒結聯結后的總長l_總，同時分別測量該兩個粉末顆粒的直徑，以得到該兩個粉末顆粒的半徑，即左邊粉末顆粒半徑R₁和右邊粉末顆粒半徑R₂；

C.計算該兩個粉末顆粒的中心間距l，l＝l_總-R₁-R₂，并設定左邊粉末顆粒到燒結頸的距離為l₁，右邊顆粒到燒結頸的距離為l₂，則l＝l₁+l₂；

D.設定燒結頸半長為δ，，根據勾股定理得公式(1)R₁²＝δ²+l₁²和公式(2)R₂²＝δ²+l₂²，結合公式(3)l＝l₁+l₂，計算得到l₁和l₂；

E.計算得到燒結頸長2δ。

上述計算方法具體如下：

1.對于表面光滑或基本光滑的兩個球形粉末顆粒，燒結聯結后如圖1所示，兩個球形粉末顆粒未被遮擋，也未與其他粉末顆粒燒結聯結。于高倍顯微鏡下，通過調整高倍顯微鏡角度，保證兩個粉末顆粒的擺放方向垂直于觀察方向，獲取放大照片，測量照片中兩個粉末顆粒的直徑和兩個粉末顆粒燒結聯結后的總長l_總，分別計算獲得兩個粉末顆粒的半徑R₁和R₂，并計算獲取兩個粉末顆粒的中心間距l(l＝l_總-R₁-R₂)。假設燒結頸長為2δ，左邊粉末顆粒到燒結頸的距離為l₁，右邊粉末顆粒到燒結頸的距離為l₂(l₁和l₂值無需測量)，根據勾股定理可得：

從而，求出l₁和l₂:

再將上述l₁的結果代入公式(1)或將l₂的結果代入公式(2)中，最終獲得燒結頸的長度：

2.對于兩個表面光滑或基本光滑的球形粉末顆粒，燒結聯結時與其他粉末顆粒同時聯結或者顯微鏡下成像時被其他粉末顆粒遮擋，如圖2所示，需要計算的是中間粉末顆粒和右邊粉末顆粒的燒結頸長，但由于中間球形粉末顆粒與左邊粉末顆粒燒結聯結或者高倍顯微鏡下獲取放大照片時左邊粉末顆粒的遮擋，使得中間粉末顆粒部分被遮擋，遮擋位置在中間粉末顆粒與右邊粉末顆粒的燒結聯結總長方向上，則需先對獲取的照片進行修改，通過繪圖工具繪制中間粉末顆粒的完整球形輪廓，以保證中間粉末顆粒與右邊粉末顆粒燒結聯結后的總長的測量。然后測量照片中中間和右邊粉末顆粒的直徑，分別計算獲得該兩個粉末顆粒的半徑，最后根據前述第1項中的計算過程進行燒結頸長的計算。

若右邊粉末顆粒獲取照片時亦被遮擋，則同樣需對照片利用繪圖工具對右邊粉末顆粒根據其曲率進行同樣修補，以保證右邊粉末顆粒球形輪廓的完整。

附圖說明

圖1是本發明兩個球形粉末顆粒燒結聯結(粉末顆粒未被遮擋)后的示意圖。

圖2是本發明兩個球形粉末顆粒燒結聯結(粉末顆粒被遮擋)后的另一示意圖。

具體實施方式

實施例1

兩個表面光滑的球形粉末顆粒，燒結時未與其他粉末同時燒結聯結，高倍顯微鏡下，通過調整高倍顯微鏡角度，保證該兩個粉末顆粒的擺放方向垂直于觀察方向，獲取照片，照片中該兩個球形顆粒亦未被遮擋。測得照片中兩個球形顆粒的粒徑(直徑)均為54um，兩個球形顆粒燒結聯結后的總長為106.38um，通過計算得出兩個粉末顆粒的半徑R₁＝27um、R₂＝27um、及兩個粉末顆粒的中心間距l＝2.38um；根據前述的計算公式(4)，計算得燒結頸長為13.1277um。

實施例2

兩個表面基本光滑的球形粉末顆粒，燒結時未與其他粉末同時燒結聯結，高倍顯微鏡下，通過調整高倍顯微鏡角度，保證兩個粉末顆粒的擺放方向垂直于觀察方向，獲取照片，照片中該兩個球形顆粒亦未被其他粉末顆粒遮擋。測得照片中兩個球形粉末粒徑分別為54um和73um，兩個球形顆粒燒結聯結后的總長為125.97um，計算得出R₁＝27um、R₂＝36.5um、及兩個粉末顆粒的中心間距l＝62.47um；根據前述計算公式(4)，計算得燒結頸長為11.2583um。

實施例3

兩個表面光滑的球形粉末顆粒，燒結時與第三個粉末顆粒同時燒結聯結(如圖2所示情形)，高倍顯微鏡下，通過調整高倍顯微鏡角度，保證前面兩個粉末顆粒(第一個和第二個球形粉末顆粒)的擺放方向垂直于觀察方向，獲取照片，照片中該第一個球形粉末顆粒或第二個球形粉末顆粒被第三個粉末顆粒遮擋，則先通過繪圖工具補全第一或第二個球形粉末顆粒的完整球形輪廓，再測量照片中該第一和第二個球形粉末粒徑分別為73um和85um，該兩個球形顆粒燒結聯結后的總長為157.59um，計算得出R₁＝36.5um，R₂＝42.5um，l＝78.59um；根據前述計算公式(4)，計算得燒結頸長為8.0147um。