自动破裂试验机

油价破九的那一刻，您是否也动过油车换电车的念头？新能源电动汽车的兴起正在改变交通出行方式和产业结构，续航里程、安全性、电池循环寿命则成为人们关注的新焦点。 三元正极材料（NCM）因能量密度高且循环性能好，得到了越来越广泛的应用。然而NCM在充放电过程中其颗粒内部易产生微裂纹和相变，从而导致正极材料的机械降解，增加电池电阻并导致容量和循环性能下降。根据韩国中央大学Janghyuk Moon[1]等对NCM机械降解机理的研究，NCM结构稳定性与电循环性能直接相关，尤其颗粒硬度将影响长期循环稳定性。对μm级NCM颗粒力学性能的测试，是评价其机械性能的重要方式。岛津微小压缩试验机（MCT）精确把握微小力的测量，为材料机械性能的研究提供稳定可靠的基础数据。 正极材料力学性能测试难点在Janghyuk Moon等的研究中所测试的NCM材料为直径8μm的粉体，单颗粒硬度143MPa，折合受力仅约10mN，破裂时样品的压缩形变仅1μm，对这样微小力与微小形变的精确观测十分困难。岛津MCT系列微小压缩试验机因其可加载9.8-4903 mN（载荷准确度：试验力±1%）,测量范围0-100μm（最小增量：0.0001μm）解决了NCM材料颗粒试验的观测难题。 MCT系列微小压缩试验机 岛津MCT在NCM硬度测试中的应用MCT通过电磁机构将恒定增速的试验力施加至NCM颗粒上，并将其固定在上压杆（标配的50 μm平压头）和下压板之间，然后自动测量试样的变形量，工作原理如下图。在Janghyuk Moon等的研究中，NCM颗粒的硬度测试根据其压缩断裂强度来确定，该强度在断裂点使用施加的压缩力和颗粒直径进行计算：H = 2.8P/(πr2)其中H是压缩断裂强度，P是施加的压缩力，r是颗粒的直径。 工作原理图 l 位移急剧增加表明试样已发生破裂。l 试样的机械强度（抗压强度）由引起破裂力确定。 岛津MCT在NCM压缩试验中的应用除硬度测试外，MCT还能够以加卸载、循环模式对试样进行力学性能试验。MCT压缩试验过程图像 对于微米级别的NCM颗粒，可以通过MCT系列试验机进行颗粒压缩试验，不仅可以获取其压缩断裂强度，更可以获取其试验力、位移与强度等数据关系曲线，而且可以观察其弹性阶段的线性变化。更进一步，MCT系列试验机可以通过加/卸载试验模式测试颗粒的压缩率与回复率，通过循环试验测试其反复施力后材料性能等等。 下图是对三种不同的NCM颗粒进行压缩试验，评价其压缩试验与回复率。得到数据的同时，可以将每张压缩前后照片进行记录。后期还能够结合图像分析粉末材料的失效机制。 NCM颗粒压缩试验结果 MCT的丰富配件除此基本配置以外，岛津MCT可以加装丰富配件：l 搭载侧面观察配件可以从侧面观察样品的放大图像，可以在PC屏幕上显示图像，并且可在任何运行过程中保存；l 配置环境温度箱使用，对不同温度下的微小样品压缩性能进行测试；l 配置惰性环境箱，对于容易受潮的微粒子且在大气中不能进行压缩试验的测试颗粒，起到良好的测试效果；l 搭配电阻测量配件可以可获取导电微小颗粒的连接阻力和压缩率之间的相关性。 MCT附带侧面观察装置MCT附带环境温度装置环境测试装置（N2惰性气体） 结 语岛津公司生产的MCT系列微小试验机适用于NCM正极材料这类微小粉末颗粒的力学性能评价，不仅可以绘制相应载荷-位移曲线，还可以通过计算获取压缩强度，压缩回复率等参数。此外，通过加装纵向与侧向观察装置，可以对颗粒的压缩过程进行观察。随着锂电池正极材料的深入研究，在不同环境下测试其力学性能也将成为关注点，岛津MCT可提供丰富的解决方案。 [1]参考文献：Janghyuk Moona, Jae Yup Jungb, Trung Dinh Hoanga, Dong Young Rheeb, Hyo Bin Leeb, Min-Sik Parkb,*, Ji-Sang Yuc,** The correlation between particle hardness and cycle performance of layered cathode materials for lithium-ion batteries，Journal of Power Sources 486(2021)229359 撰稿人：杨汉章 *本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

世界领先的便携式3D测量和成像解决方案供应商法如科技公司 (纳斯达克：FARO)宣布推出全球最精确的抗破裂球型反射镜（SMR靶球），作为其激光跟踪仪扩展新产品系列的一部分。 FARO此次全新推出的抗破裂SMR靶球具备了当今严苛测量环境下所需要的精度、耐用性和经济可承受性。过去，用户不得不在高性能、低成本的玻璃板型SMR靶球与高耐用、高成本的抗破裂型SMR靶球之间做出选择。有了FARO全新的抗破裂型SMR靶球，这一难题便迎刃而解了。新型SMR靶球不仅在精度方面超越了以往的FARO 抗破裂机型，而且成本更低&mdash &mdash 有些甚至低于传统的玻璃板型SMR靶球。 FARO 首席执行官Jay Freeland表示：&ldquo FARO致力于提供世界一流的3D测量和成像解决方案，这绝不局限于设备本身。我们的目标是通过不断地提供领先业界的配件来实现最佳的设备性能。有了FARO全新系列的SMR靶球，我们能够充分发挥抗破裂型SMR靶球的耐用性和卓越性能，并且让更多的用户在经济上可以承受。&rdquo 这些新产品有三种机型可供选择：标准精度、远距离、高性能。每种机型在精度方面都超越了以往的FARO抗破裂型SMR靶球，而远距离和高性能机型更是能利用FARO激光跟踪仪ION&trade ，达到最远55米的跟踪距离。除了远距离以外，高性能抗破裂型SMR靶球的精度比以往的FARO机型提高了80%。该产品将球面特性与光学对中完美结合，使之成为全球最精确的抗破裂型SMR靶球。 FARO激光跟踪仪产品部产品管理总监Ken Steffey说：&ldquo 无论您的激光跟踪仪的精度有多高，测量的质量都会受到目标精度的直接影响。这些全新的抗破裂型SMR靶球都包含了一个镀金的单片反射镜。由于反射镜采用单片式结构，所以不必使用可能会随时间发生偏移或断裂的独立玻璃板。现在，用户可以放心地使用我们的抗破裂型产品，而无需牺牲高性能。&rdquo FARO还推出了其获得专利的全新系列的抗破裂窗口型SMR靶球。这些产品的窗口片可以确保反射光不受任何干扰，因此能够在恶劣环境下发挥极限性能。FARO提供的所有SMR靶球产品都可以与任意的激光跟踪仪测量系统组合使用。 关于FARO 法如科技，世界领先的便携式计算机辅助三维测量设备系统及软件供应商。法如专业从事设计、开发、推广和销售便携式在线计算机辅助测量设备以及用来创建虚拟模型或对现有模型进行评估的专用软件。全球已安装了超过19,600台设备，并拥有9,200个客户。法如科技设备和软件可以满足任何精确的3D测量需求，包括部件和总成的检测、工厂规划和实际建造文件记录，以及诸如调查、重现事故和犯罪现场，具有历史意义的场所的数字化保存等各种特殊应用。法如公司也是该行业的纳斯达克上市公司。法如的技术极大地缩短了现场测量时间，从而提高了生产效率。针对不同行业的软件包能够使得用户能够快速有效地处理和显示他们的测量结果。 法如总部位于美国佛罗里达州奥兰多市,亚太总部设在新家坡；同时，在瑞士、德国等欧洲国家设有制造工厂。FARO于2004年2月在上海成立了中国总部,目前,随着FARO在中国队伍的不断扩大,我们已在北京和广州建立分公司,在成都、长春及西安等区域设立了联络点。 法如主要产品包括全球最畅销的便携式测量臂FaroArm以及全球最畅销的法如激光跟踪仪FARO Laser Tracker&mdash &mdash 包括法如空间测量激光跟踪仪FARO Laser Tracker X 和Xi系列；法如三维激光扫描测量臂FARO Laser ScanArm 法如大空间三维激光扫描系统FARO Photon Laser Scanners 法如FARO Gage, Gage-Plus 以及 PowerGAGE 以及基于CAD基础上的先进的测量和显示软件，CAM2 Q系列。法如科技是ISO-9001认证的和ISO-17025实验室注册的企业。 法如国际贸易（上海）有限公司 上海市桂林路396号西南软件园浦原基地3号楼1楼 邮编: 200233 电话: +86 (21) 6191-7600 | 传真: +86 (21) 6494 8670 Email: chinainfo@faro.com www.faro.com/china

近日，国家重大科研仪器研制项目“新型煤与瓦斯突出高灵敏宽频响全光纤微震监测仪”，通过国家自然科学基金委员会组织的结题验收。“这意味着首套针对煤与瓦斯突出微破裂前兆高灵敏宽频响的全光纤微震监测仪研制成功（以下简称全光纤微震监测仪）。”项目第一单位负责人、大连理工大学教授唐春安在接受采访时说，“为实现煤炭安全生产提供了新的手段。”项目组部分人员合影 项目组供图当理论“邂逅”技术“简单来说，煤与瓦斯突出是在高瓦斯压力驱动下，煤岩突然破坏，并伴随着大量煤与瓦斯在短时间内剧烈地喷射到有限的工作空间中。”唐春安解释说，其灾害严重威胁着煤矿的安全生产。作为一辈子研究岩石破坏力学理论的专家，早在2006年唐春安就提出，煤与瓦斯突出是开采过程中应力场扰动所诱发含瓦斯煤岩破裂的结果。已有研究表明，“微破裂扩展及其微震活动是煤与瓦斯突出灾害形成的重要前兆信息”。科学准确捕获并预测微破裂前兆信息，是提高煤与瓦斯突出防治水平的关键。“然而，当时我国基本依赖于进口微震仪。其中加拿大、南非和波兰三个国家，占据了我国工程安全监测预警需求市场的‘半壁江山’。”唐春安说，研发具有我国知识产权、安全可控的新一代微震监测预警技术，不仅对于突破国外高技术垄断具有重要价值，而且对于确保我国重大工程的网络信息安全也具有重要意义。在一次与安徽大学公共安全监测技术团队的“邂逅”中，唐春安发现该团队应用于公共安全领域的光纤传感监测技术，可以测到更多不同类型的破裂信息，捕捉到更加弱小的微破裂前兆信息，远远超过在岩体工程安全领域使用的国外微震监测预警先进技术。双方一拍即合，开始了联合研发。2016年，大连理工大学牵头，联合安徽大学、淮南矿业集团在国家自然科学基金支持下，从煤与瓦斯突出微震监测涉及的基础理论仪器系统、功能技术、方法工艺、测试试验等五个方面开展技术攻关，研制具有我国自主知识产权的全光纤微震监测仪。光纤传感“移植”微震监测“将干涉型光纤传感技术实际应用于煤矿微震监测，在国内外属于首次，一揽子解决了传统压电式或磁电式微震监测设备存在燃爆风险、电信号传输距离短、本底噪声大、易受电磁干扰等多项痛点。”项目第二单位负责人、安徽大学教授俞本立说。事实上，早在2001年，俞本立就带领团队开展了光纤传感技术研究。二十多年的“精耕细作”，形成了具有完全自主知识产权的系列化光纤测震/振仪器和装备。正是有了“金刚钻”才揽瓷器活，俞本立团队加入了项目组，主攻全光纤微震监测仪的研制。“将光纤传感技术‘移植’到微震监测，看似是一种简单的相加关系。但其实很多时候是一种相乘关系：为了解决某一个问题，其它环节都要推倒重来。同时，为了真正满足煤矿施工现场恶劣环境的使用要求，添加了很多个工程化应用考虑点，实际工作量是一个非常惊人的数字。”俞本立说。例如，岩石微破裂有着震级范围大、振动频率宽的重要特征，研制的仪器需满足从低震高频到高震低频的煤岩破裂振动宽频段信息的监测，需要设计出满足要求的高灵敏宽频响拾震探头。“但在实际工作中，解决高灵敏度和拓展频响范围，似乎是‘鱼与熊掌不可兼得’。这需要光学和机械同步优化设计，同时，还要优化解调算法，适应大动态信号解调需求。 ”俞本立说，最终设计的解调算法动态范围达到155分贝，处于国内外同类研究先进水平。煤矿现场监测环境恶劣，实际施工中存在较多的不确定因素。如何提高光纤传感系统的健壮性、适应性和可靠性，实现微震信号的高精度监测。俞本立坦言，“这是项目需要面对的难题之一。”以探头为例，为提高探头的温度稳定性和长期使用可靠性，团队先后选取了多种材料作为换能材料，一遍一遍的设计、加工、测试；为满足探头的抗拉需求，团队又从野战光缆定制、格兰头设计、装配点胶工艺探索等方面开展探索。光源设计、探头设计、信号处理… … 历经5年研发攻关，上千次探索与尝试，新型煤与瓦斯突出高灵敏宽频响全光纤微震监测仪研制成功了。截至项目结题，仪器直接成果获授权发明专利11项，申报国际专利2项，软件著作权5项。更新换代走向“产业化”“我们将震动传感器探头安装在煤矿巷道两侧或上下，就像‘听诊器’一样‘倾听’煤岩体破裂时的声音与震动。再通过分析到达各探头信号的强度和时间差，反演出微震事件的时空强信息。最终根据微震事件能量、频度、位置，结合地质物探信息和微震先验知识，评估动力灾害风险。”俞本立介绍了仪器的基本原理。此外，团队还开发了数据分析与三维显示软件，针对每个工作面生成当日微震事件的三维显示图与趋势分析报告，为煤矿安全生产提供辅助决策意见。从目前实现的指标来看，全光纤微震监测仪的加速度检测分辨率达到μg量级，优于国内外同类微震监测设备1倍以上。同时，根据软岩、硬岩等不同监测需求，团队还设计出了加速度检测分辨率优于0.1&mu g的产品。俞本立认为，“这就是自主研发的优势。”据现场对比监测结果显示，全光纤微震监测仪监测到有效微震事件的数量比竞品多出7%。俞本立解释说，“千万别小瞧了这7%，它可以为岩体裂隙发育过程提供更加有效的数据支撑。”目前，全光纤微震监测仪样机已在安徽淮南矿业初步应用。“样机对工作面开采过程中出现的底板破坏状况，进行实时监测和预警，有效保障工作面安全顺利回釆。”淮南矿业集团项目负责人余国锋说。“此次仪器的研制与应用实现了干涉型光纤传感技术对传统压电式微震监测技术的更新换代，从而可以获取震级更低、震级范围更大、频域更广的微震信息。同时，突破了国外技术的出口限制，达到核心技术自主可控，为深部煤矿动力灾害的预测预警和防治提供关键技术支撑。”俞本立说。 “仪器研制项目的结题验收，并不代表项目研究的结束，而是研制仪器发挥作用的开始。”唐春安说，下一步，将向全国同行开放和共享。