Pour calculer la force de pression requise pour une pastille de KBr, vous devez multiplier la surface de la face de la pastille par la pression cible (généralement entre 8 000 et 10 000 psi). Comme la surface varie en fonction du carré du diamètre, le simple changement de taille de la matrice sans recalculer la force peut entraîner des outils endommagés ou des pastilles de mauvaise qualité.
Point essentiel La force requise pour former une pastille n'est pas un chiffre fixe ; elle varie considérablement avec le diamètre de la pastille. Pour maintenir une pression interne constante de 10 000 psi, une pastille de 1/2 pouce nécessite environ 1 tonne de force, tandis qu'une pastille de 1/4 pouce ne nécessite que 0,25 tonne.
La physique de la formation des pastilles
Définir la pression cible
L'objectif du pressage de KBr est de fusionner la poudre en un solide transparent. Cela nécessite une pression interne spécifique, souvent citée comme étant de 8 000 à 10 000 psi (livres par pouce carré).
La formule
Pour trouver la charge que vous devez régler sur votre presse hydraulique, utilisez cette relation :
Force (Charge) = Pression cible × Surface de la pastille
Pourquoi le diamètre est important
La surface est calculée à l'aide de la formule du cercle ($\pi \times r^2$). De petits changements de diamètre entraînent de grands changements de surface. Par conséquent, la force requise diminue considérablement à mesure que la pastille devient plus petite.
Calcul pour les diamètres standard
Le standard de 1/2 pouce (12,7 mm)
C'est une taille de pastille courante. Une pastille de 1/2 pouce de diamètre a une surface d'environ 0,196 pouce carré.
Pour atteindre une pression interne de 10 000 psi, vous calculez : 10 000 psi × 0,196 pouce carré = 1 960 lbs
Cela représente environ 1 tonne de force totale.
La micro-pastille de 1/4 pouce (6 mm)
Si vous passez à une matrice plus petite de 1/4 pouce, la surface diminue à environ 0,049 pouce carré (un quart de la surface de 1/2 pouce).
Pour atteindre cette même pression de 10 000 psi : 10 000 psi × 0,049 pouce carré = 490 lbs
Cela représente environ 0,25 tonne. Si vous appliquiez accidentellement la charge de 1 tonne utilisée pour la plus grande pastille, vous soumettriez cette petite pastille à 40 000 psi, endommageant potentiellement la matrice.
Facteurs critiques au-delà de la force
Le rôle du vide
La force seule ne garantit pas une pastille transparente. Avant le pressage, vous devez appliquer un vide (plusieurs mm Hg) à l'ensemble de la matrice. Cela élimine l'air et l'humidité qui seraient autrement piégés, provoquant des opacités ou des fractures.
Temps de maintien
Une fois la force cible atteinte, elle n'est pas instantanée. La pression doit être maintenue pendant plusieurs minutes. Cela permet aux cristaux de KBr de s'écouler et de fusionner complètement.
Variations du protocole
Bien que la logique de calcul (Force = Pression × Surface) reste constante, les protocoles de laboratoire spécifiques peuvent différer quant à la "pression cible".
Certaines procédures prévoient des charges totales allant jusqu'à 8 tonnes pour les pastilles standard afin d'assurer une densité maximale. Cependant, vous devez toujours vérifier la capacité de charge maximale de votre jeu de matrices spécifique avant de dépasser les valeurs calculées trouvées dans la référence principale.
Faire le bon choix pour votre objectif
Pour garantir que vos pastilles de KBr soient claires et que votre équipement reste sûr, appliquez ces directives :
- Si votre objectif principal est la sécurité de l'équipement : Calculez toujours la force en fonction de la surface de la matrice ; n'appliquez jamais une force "standard" (par exemple, 8 tonnes) à une matrice de plus petit diamètre (par exemple, 1/4 pouce).
- Si votre objectif principal est la transparence de la pastille : Assurez-vous d'appliquer un vide avant le pressage et de maintenir la force calculée pendant plusieurs minutes pour permettre au matériau de se stabiliser.
- Si votre objectif principal est la cohérence : Standardisez votre pression cible (psi) ; si vous passez d'une grande matrice à une petite matrice, réduisez la puissance appliquée proportionnellement pour maintenir le psi constant.
Calculez la force en fonction de la surface spécifique de votre matrice pour atteindre la pression cible sans écraser vos outils.
Tableau récapitulatif :
| Diamètre de la pastille | Surface (pouces carrés) | Pression cible (psi) | Force requise (tonnes) |
|---|---|---|---|
| 1/2 pouce (12,7 mm) | ~0,196 | 10 000 | ~1,0 tonne |
| 1/4 pouce (6,0 mm) | ~0,049 | 10 000 | ~0,25 tonne |
| 1/8 pouce (3,0 mm) | ~0,012 | 10 000 | ~0,06 tonne |
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