马尔文、库尔特、图像分析仪在线锯微粉中的应用特点

    随着多晶硅制绒技术的突破，电镀金刚线在多晶硅切片中的应用迅速推广，也使得金刚线的使用规模翻倍增长，现已是一“线”难求，形势一片大好，所以金刚线生产企业都在投产、扩产，自然，对金刚线的品质管理也越来越重视。

    线锯微粉现在主要问题是批次不稳定，用料企业通常是使用马尔文、库尔特进行检测，但这些仪器往往在质量控制中显得“无能为力”，问题依然是问题，企业也非常困惑：为什么马尔文、库尔特在微粉检验中“不堪重用”呢？

    今天我们就从三种检测仪器的特点说起，讲讲它们在金刚石微粉检验中的能耐。

    现在，微粉和金刚线企业对线锯微粉的检验主要依靠马尔文、库尔特，也有用扫描电镜的。显微镜通常也有，但只是目力检测，多是用来看有无大颗粒，也无法量化分析。扫描电镜，由于价格昂贵，使用者较少，而且扫描电镜检测操作复杂、效率低，并不适合用作一般的原材料检验。今天，我们重点讲一下马尔文（激光法）、库尔特（电阻法）和图像分析仪。

    马尔文、库尔特和图像分析仪是线锯微粉质量检验中最常用的三种手段。马尔文是激光法，使用的是光散射理论，所测粒径一般认为是等效体积径；库尔特则是基于小孔电阻原理，所测粒径是等效电阻粒径；图像分析仪属于图像法，是利用电子技术、数字图像处理技术的一种测试方法，所测粒径是等效圆直径。

    1 马尔文

    马尔文是最常用的激光粒度仪，主要优点是：

（1）测量的动态范围大。动态范围也就是仪器能测量的最小颗粒与最大颗粒之比，动态范围越大使用时自然也就越方便。

（2）测量速度快。马尔文制样简单，用纯水即可，一般从进样开始到报告输出，只需1min，可以说是现有粒度仪中比较快的。

（3）重复性好。马尔文取样量相对其他仪器要多，对同一次取样又进行超过100次的光电采样，因而测量的重复精度很高，平均粒径的典型精度可达1%以内。

（4）操作方便。相对于其他仪器，不受环境温度影响（相对沉降仪）、没有堵孔问题（相对库尔特），宽的动态范围也使使用者不用选择量程。

但目前用户对激光粒度仪的认识有一个误区，认为激光粒度仪检验结果稳定准确。其实激光粒度分析法是一种拟合近似分析方法，而且不可校准，溯源性、可比较性差，分辨率低，不适宜用于分布范围窄的样品测量。激光法对D50粒径的分析比较准，但对D10、D905粒径的分析误差就比较大了，已不能满足磨料粒度分析的要求。因此，激光粒度仪经常将不合格品检验成合格品，也经常将合格品检验成不合格品，所以用户在利用激光粒度仪进行质量检验时，要特别引起注意。

    2 库尔特

    库尔特是将所有颗粒等效为同体积的标准球形颗粒，以标准球形颗粒的粒径表示被测颗粒的粒径。适用于粒度分布窄的磨粒检测，样品浓度、分散等都会影响检测结果。

库尔特的优点有：

（1）分辨率高。库尔特是一个一个地分别测出各颗粒的粒度，然后再统计粒度分布的，这点类似于图像分析仪，所以它能分辨各颗粒粒径的微小差异，分辨率很高。

（2）测量速度快。

（3）重复性较好。一次测量颗粒数量较多，代表性较好，测量重复性也就较好。

（4）操作简单。整个测量过程基本上自动完成，操作简单。

库尔特主要缺点是测量动态范围小，对同一个小孔管来说，能测量的最大和最小颗粒之比小，另外容易发生堵孔。库尔特最理想的情况是颗粒一个接一个通过，但实际上会出现多个颗粒同时通过的情况，还有一些颗粒通过感应区域时可能发生水平或垂直翻转的现象，这些不利于颗粒计数，测试值将小于真实值。一般库尔特的测量值较激光法和图像法要小。

3 图像分析仪

颗粒图像分析仪是将现代电子技术、数字图像处理技术和传统显微镜相结合的产品，一般由光学显微镜、CCD摄像头、计算机、图像处理软件等组成。下图是一款在线锯微粉质量检验中使用广泛的图像分析仪。

图像分析仪的优点是： 除像马尔文、库尔特可以进行粒度分析外，还可以进行颗粒形貌特征分析，直观、可靠。 比如上图的图像分析仪，既可以采集颗粒图像照片（如图2），又可以对采集的颗粒图像进行粒度、形状分析（如图3）。

图2 样品图像采集

                                                                   图3 样品图像分析报告

     从图2可以很清晰地看到磨粒的形貌、透明度、粒度分布等信息。图3是对图2采集的磨粒图像信息所做的分析报告，包括粒度分布图、粒度特征值、颗粒形状组成三部分，通过量化分析，可以方便地进行微粉的质量检验控制。显微图片和分析报告互为佐证，可以全面地反映微粉产品质量。无论库尔特还是马尔文，只能反映粒度分布，不能对微粉形状组成（形貌）进行检测，这对微粉质量控制不利。

    一般，人们会想当然地认为：图像法采样少，代表性不强；操作复杂，易受人为影响。通过生产检验，图像法的代表性、重复性完全可以保证；通过制定操作规范，人为误差可控，操作也不复杂。我们平时制样、检测、出报告，一般用时10min。

     一点建议

（1）马尔文对D50粒径的分析较准，可用于对中值粒径D50检测。但由于并不反映粒度实际组成，更不能反映颗粒形貌，当微粉粒度，特别是形貌发生变化时，是无法有效发现的，而形貌变化将直接影响线锯微粉的上砂，库尔特同样不能有效反映微粉形貌的变化，所以不建议将马尔文、库尔特作为主要的微粉质量把关手段。

（2）微粉质量控制，需要制定产品质量标准，马尔文、库尔特由于无法反映形貌，可量化指标较少，无法依据它们制定有效的质量标准。带有高级图像分析功能的图像分析仪（如本文所用仪器KBKL-Ⅱ图像分析仪），可以对粒度分布、粒度特征值、微粉形状组成等全面分析量化，以此制定质量标准，可有效控制产品质量。

（3）马尔文、库尔特测量速度快，重复性好，操作简单，但微粉变化时可靠性差，可作为常规检测手段。图像分析仪直观可靠，可作为微粉质量检测的主要手段。