Микроскопический анализ дисперсного состава порошков

 
 
 
 
 
 

В. Е. Филимонов  А. В. Мороз 

 
 
 
 

МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ 

ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ПОРОШКОВ 

 

Учебное пособие  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

Йошкар-Ола 

ПГТУ 
2020 
 

УДК 53:544.7(075.8) 
ББК 22.3:24.6я73 

Ф  53 
 

Рецензенты: 

председатель совета директоров ЗАО «МЕТМА», д-р техн. наук 
В. А. Довыденков; 

 

профессор кафедры «Проектирование и производство электронно-
вычислительных средств» ФГБОУ ВО «ПГТУ», д-р техн. наук 
И. В. Рябов 

 
 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 
 
 
Филимонов, В. Е. 
  
Микроскопический анализ дисперсного состава порошков: 

учебное пособие / В. Е. Филимонов, А. В. Мороз. – Йошкар-Ола: 
Поволжский государственный технологический университет, 
2020. – 76 с. 
ISBN 978-5-8158-2167-5 
 

Изложены теоретические сведения, касающиеся основ микроскопического 

анализа. Систематизирована информация о прикладных исследованиях в области 
микроскопического анализа дисперсного состава порошков. Отражены 
особенности работы большого инструментального микроскопа БМИ-1Ц. 
Даны рекомендации по исследованию дисперсного состава алюмооксидных 
порошков методом микроскопического анализа. 

Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 11.03.04 

«Электроника и наноэлектроника». Пособие также может быть полезно сту-
дентам других направлений подготовки, связанных с порошковой техноло-
гией. 

УДК 53:544.7(075.8) 

ББК 22.3:24.6я73 

 
ISBN 978-5-8158-2167-5 
 Филимонов В. Е., Мороз А. В., 2020 
 Поволжский государственный 
технологический университет, 2020 

Ф  53

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ ........................................................................................... 4 

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 7 

ЧАСТЬ 1 

ОСНОВЫ ТЕОРИИ 

МИКРОСКОПИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 

ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ПОРОШКОВ 

1.1. Методы определения дисперсного состава порошков ..................... 11 
1.2. Характеристики дисперсных материалов .......................................... 15 

1.3. Функции распределения частиц дисперсного материала и их графи-
ческое изображение .................................................................................... 19 

1.4. Расчет параметров распределения частиц по размерам ................... 21 
1.5. Принцип работы светового микроскопа ............................................ 26 

1.6. Методы наблюдения при оптической микроскопии ......................... 30 

1.7. Электронная микроскопия .................................................................. 34 
1.8. Подготовка проб порошков для микроскопии .................................. 39 

1.9. Рекомендации по измерению размеров частиц ................................. 41 

ЧАСТЬ 2 

ПРАКТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 

ПО МИКРОСКОПИЧЕСКОМУ АНАЛИЗУ ДИСПЕРСНОГО 

СОСТАВА АЛЮМООКСИДНЫХ ПОРОШКОВ 

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ...................................... 47 
Устройство оптического микроскопа БМИ-1Ц  ....................................... 53 

Порядок выполнения лабораторных исследований ................................. 57 
Содержание и оформление отчета ............................................................. 60 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................... 66 
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ .................................................................... 67 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ....................................................... 70 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

Предлагаемое вниманию читателей учебное пособие предна-

значено для подготовки бакалавров, обучающихся по направле-
нию 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника». Настоящее изда-
ние может быть полезно и для студентов старших курсов, обучаю-
щихся по направлениям подготовки 11.03.03 – «Конструирование 
и технология электронных средств»; 12.03.04 – «Биотехнические 
системы и технологии»; 22.03.01 – «Материаловедение и техноло-
гии материалов»; 20.03.01 – «Техносферная безопасность» очной 
и заочной форм обучения, изучающих дисциплины, связанные с 
порошковой технологией. 

Важнейшей составляющей подготовки бакалавров по техниче-

ским направлениям является практическая и научно-исследова-
тельская работа. В настоящее время приоритетная задача обучения 
студентов заключается в значительном повышении качества этой 
работы, в формировании у них не только теоретических знаний, но 
и практических навыков, повышающих их компетенции.  

Поскольку сегодня бакалавр технического направления подго-

товки – это специалист, не только владеющий современными тех-
нологиями, но и способный творчески применять их на практике, 
то актуальной задачей становится интегрирование этих техноло-
гий (и прежде всего микро- и нанотехнологий) в учебные курсы 
программы подготовки бакалавров. Это авторы и попытались реа-
лизовать в предлагаемом учебном пособии. 

Настоящее учебное издание охватывает вопросы микроскопи-

ческого анализа дисперсного состава порошков, представляющие 
важную часть технологических процессов микро- и наноэлектро-
ники. Без качественного освоения предлагаемого материала невозможно 
дальнейшее продвижение в практическом освоении данных 
технологических процессов. 

Отличительной особенностью настоящего учебного пособия 

является то, что в нем, кроме необходимых теоретических сведений, 
представлена подробная методика проведения и оформления 
содержания отчета по лабораторным исследованиям дисперсных 
составов металлооксидных порошков, применяемых в производстве 
металлокерамических корпусов микросхем, а также микроскопические 
фотографии полей большого инструментального 
микроскопа при данных исследованиях (они вынесены в приложения). 
Это, с одной стороны, помогает полнее представить общую 
картину и конечный результат исследований, а с другой – экономит 
время на оформление отчета и позволяет практически изучать 
теоретический материал, даже если студент не успел по каким-то 
причинам выполнить необходимые исследования на очных лабораторных 
занятиях. 

Учебное пособие включает два раздела, последовательно освещающих 
основные теоретические аспекты и методику и порядок 
практических исследований по микроскопическому анализу дис-
персного состава порошков.  

Контрольные вопросы по всему курсу приведены в конце 

книги, что позволяет систематизировать информацию и повторять 
изученный материал в целом, без дробления его на мелкие фраг-
менты. Это очень важно в подготовке студентов, так как создает 
возможность целостного восприятия изучаемого материала, помо-
гает удерживать в памяти и оперировать большим объемом инфор-
мации, проявлять компетенции по тематике учебного пособия. 

Изучение литературы, приведенной в библиографическом 

списке, позволит студентам углубить и расширить свои знания в 
области микроскопического анализа, применяемого в микро- и 
нанотехнологии. 

Перед тем как приступить к практическому выполнению лабо-

раторных исследований по микроскопическому анализу дисперс-
ного состава порошков, следует обязательно изучить и соблюдать 
приведенные здесь правила по технике безопасности при выпол-
нении лабораторных работ, что позволит избежать несчастных 
случаев, повысить качество работы и сэкономить время. 

Авторы выражают признательность председателю совета ди-

ректоров ЗАО «МЕТМА», доктору технических наук В. А. Довы-
денкову и профессору кафедры «Проектирование и производство 
электронно-вычислительных средств» ФГБОУ ВО «ПГТУ», док-
тору технических наук И. В. Рябову за внимательное прочтение 
рукописи и ценные замечания, способствующие улучшению со-
держания учебного пособия. 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 
Порошкообразные материалы применяются во многих отрас-

лях промышленности, в том числе в электронике и наноэлектро-
нике. Многие свойства порошков в значительной степени зависят 
от дисперсности.  

Анализ дисперсного состава является обязательным методом 

контроля во всех технологических процессах, связанных с изго-
товлением и переработкой порошкообразных материалов. В связи 
с этим становится понятным большое значение анализа дисперс-
ного состава порошков для науки, техники и технологии. 

В настоящее время существует несколько методов определения 

дисперсного состава измельчённых материалов: 

 ситовой анализ; 
 седиментационный анализ; 
 гидродинамические методы; 
 микроскопический анализ. 
В этом ряду микроскопический метод выгодно отличается тем, 

что позволяет определить не только геометрические размеры ис-
следуемых объектов, но и увидеть особенности их формы, струк-
туры и строения поверхности. Последнее обстоятельство весьма 
важно в тех случаях, когда порошки используются в дальнейшем 
для приготовления реакционноспособных гетерогенных смесей. 

Микроскопический метод позволяет измерять частицы разме-

ром 0,3-100 мкм. Для определения размера частиц меньше 1 мкм 
применяют электронные микроскопы с более высокой разрешаю-
щей способностью, чем оптические. 

Недостатком микроскопического метода анализа является его 

чрезвычайная трудоёмкость. Достоверные результаты определе-

ния размеров частиц микроскопическим методом могут быть по-
лучены только при замерах нескольких сотен частиц. Вследствие 
этого продолжительность микроскопического анализа может со-
ставлять несколько часов. Однако этот недостаток довольно легко 
устраняется с помощью современных компьютерных технологий.  

Применение компьютерной техники позволяет достаточно 

быстро определить не только средний размер частиц порошка, но 
и установить параметры закона распределения, наилучшим обра-
зом описывающего дисперсный состав порошкообразного мате-
риала. 

 
 

ЧАСТЬ 1 

ОСНОВЫ ТЕОРИИ 

МИКРОСКОПИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 

ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ПОРОШКОВ 

 

 Методы определения дисперсного состава порошков 
 Характеристики дисперсных материалов 
 Функции распределения частиц дисперсного материала 

и их графическое изображение 

 Расчет параметров распределения частиц по размерам 
 Принцип работы светового микроскопа 
 Методы наблюдения при оптической микроскопии 
 Электронная микроскопия 
 Подготовка проб порошков для микроскопии 
 Рекомендации по измерению размеров частиц 

 
 

1.1. Методы определения дисперсного состава порошков 
 
Существуют различные методы определения дисперсности по-

рошков. Согласно принятой классификации все методы можно 
разделить на такие группы: 

 механическое разделение частиц, включающее ситовой ана-

лиз; 

 седиментационный анализ; 
 динамические методы, основанные на сепарации в потоке в 

вертикальных сосудах и центробежных аппаратах; 

 определение удельной поверхности, включающее адсорбци-

онный метод; 

 индивидуальное изучение частиц, включающее микроскопи-

ческий и ультрамикроскопический анализ. 

Ситовой анализ измельчённых материалов основан на меха-

ническом разделении частиц по крупности. Материал загружается 
на сито с ячейками известного размера и путём встряхивания, по-
стукивания, вибрации или другими способами разделяется на две 
части – остаток и проход.  

Просеивая материал через набор различных сит, можно разде-

лить пробу на несколько фракций. Размеры частиц этих фракций 
ограничены размерами отверстий используемых в анализе сит. 

Седиментационный анализ основан на зависимости размеров 

частиц от скорости их оседания в дисперсионной среде, выражаю-
щейся уравнением 

g
d
D

u
r
)
(
2

9




,                                    (1.1) 

где r – эквивалентный радиус частицы; 

 – вязкость среды; 
u – линейная скорость движения частицы;