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陶瓷粉体的喷雾造粒历程是怎样的?

在陶瓷产业化消费中,无论是经典的热等静压烧结照旧新型的烧结技能,主流的陶瓷成型工艺都是基于干法大概湿法的粉体处置。此中,干压陶瓷成型技能由于本钱昂贵、工艺复杂,合适外形绝对复杂尺寸绝对较薄的陶瓷部件的消费,其陶瓷部件普遍使用在主动化、航空航天、核能和电子范畴中。

 

关于超细陶瓷粉体而言,最大的题目是超细粉体具有很强的团圆趋向,随着颗粒尺寸的低落,颗粒之间的范德华力吸附变得远比重力紧张,使得粉末的活动性变差。为了改良粉体的活动性而且制止粉体颗粒在氛围中分布,造粒是一个经典的手腕。造粒是经过在较细的粉体中参加肯定量的塑化剂,制成粒度较大、具有肯定假颗粒度级配而且活动性好的球体。这个球体叫做团粒,它的质量可以明显的影响后续的成型和烧结。

 

举一个例子:氮化硅陶瓷的制备历程中就有两个要害题目,必要经过质料粉体的造粒处置得以办理。第一个是为了包管氮化硅坯体的烧结活性,氮化硅质料粉体一样平常粒径较小,中位粒径每每小于1μm;但是,太好了的质料粉体又具有活动性差的题目,从而招致成型时,坯体致密度不高,终极影响烧结后陶瓷的致密度。第二个是,氮化硅是高共价键联合的化合物,烧结必需引入烧结助剂才干促进陶瓷的致密化,怎样使烧结助剂匀称疏散在氮化硅粉体中也是陶瓷制备工艺中必要办理的紧张题目。

造粒常用的办法有:一样平常造粒法、加压造粒法、喷雾造粒法和解冻造粒法。以上几种造粒办法以喷雾造粒的质量最好,常用于产业化消费中。它可用于氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷等特种陶瓷的制备。此中,喷雾造粒法制备的氧化铝(Al2O3)颗粒具有规矩球状、类球状的布局,颗粒级配好且呈正态散布,堆密度大,造粒粉在模腔内活动性好,具有精良的压抑成形和烧结等特征,制备出的颗粒可消费高质量的陶瓷产品。

 

 

喷雾造粒(spraydrying)法是把坯料和塑化剂混淆后设置装备摆设成固相含量肯定的浆料,然后用喷雾器将浆料喷入造粒塔举行雾化,就可以失掉活动性较好的球状颗粒。由于雾化后的浆料黑白常微小的雾滴状,以是比外表积很大,使得雾滴水分蒸发敏捷,枯燥疾速完毕,失掉造粒粉体。使用喷雾造粒工艺可以制备活动性精良且具有高松装密度的粉体。故而,喷雾造粒工艺是举行干压成型的粉体所必需接纳的处置步调。溶液,悬浊液乃至膏状物等液态浆料均可用喷雾造粒法举行处置。

 

 

喷雾造粒最大的好处是:消费中经过喷雾造粒可以制止浆猜中的各组份再团圆或沉降,从而使料浆坚持匀称;同时料浆匀称雾化,可以失掉粒度散布匀称且活动性好的球状颗粒。如许的颗粒具有极佳的成型和烧结功能,有助于终极失掉高致密度高抗弯强度的烧结体。

喷雾造粒历程可以分为四步,粉体浆料的雾化、雾化浆料与热介质混淆、液体蒸发以及枯燥颗粒搜集,前三步间接影响到造粒粉的功能。

(1)雾化

雾化便是将浆料酿成少量雾滴,使得比外表积增长;一样平常来讲,终极所得造粒粉颗粒的尺寸与雾化所得雾滴巨细有关,以是经过控制雾滴尺寸可以完成对终极造粒粉颗粒尺寸的控制。造粒中的雾化历程可以依照能量的提供方法分为三类:气流喷嘴式、压力喷嘴式、离心雾化式。差别的雾化方法可影响到造粒粉的功能。

A.气流喷嘴雾化指的是将紧缩氛围从喷嘴里以高速喷出,由于氛围与液体浆料之间的速率差别以是会发生摩擦,从而完成浆料的雾化。该雾化方法可以完成较高粘度浆料的雾化,而且加工工艺较复杂;缺陷是能量使用服从较低,以是其能耗要多于其他两种方法,别的,该工艺所得造粒粉粒度散布不敷匀称。

B.压力喷嘴式是指经过加大喷料压力,使得浆料以很高速率喷入室中枯燥,终极完成雾化,而构成雾滴的巨细与浆料粘度以及喷嘴长度成正相干,与雾化时的压力成负相干。但该工艺的缺陷是浆料喷入时的高速率使喷嘴遭到磨损,并进一步影响到雾滴的巨细以及尺寸散布状况,从而影响喷雾造粒粉体的功能。

C.离心式雾化是使用位于粉体枯燥室两头最高部位的高速转动的转盘将浆料举行减速,而且使浆料在离心作用下在转盘上睁开构成膜,且浆料不停的向转盘边沿挪动;由于差别地位的浆料所受剪切力差别,而且与气体有摩擦力,故而浆料被疏散为微小雾滴,进而与枯燥气体混淆。经过调解转盘的巨细、转速、料浆粘度以及进料速率等可以控制雾滴的巨细与尺寸散布。

 

(2)雾滴与气体的混淆

气体在枯燥室内里的活动方法可以分明的影响到雾滴的活动工夫、枯燥水平、以及枯燥所用工夫,而且关于所得粉体与枯燥室壁的粘连水平也有影响;别的,假如气流呈现涡流,则会招致枯燥室部分呈现过热征象,终极使得造粒粉功能低落。枯燥介质气体与浆料雾滴在枯燥室中绝对活动差别,可分为逆流式、逆流式和混流式三类。

 

(3)雾滴的枯燥

雾滴的枯燥即雾滴中液相的蒸发历程,如下图所示,可分为三个阶段。A~B是枯燥的开端,此时雾滴液相蒸发速率增长敏捷,并到达最大值。随后B~C称为常数枯燥阶段,此时,液相由雾滴外部向表面活动,使得雾滴外表呈液相饱和形态,且雾滴坚持较低的温度;此阶段所需工夫与雾滴的粘度、液相含量以及气体的湿度与温度相干。抵达C点,到达了临界时的液相含量,由于此时雾滴内液相含量增加,故而雾滴蒸发速率低落,使得雾滴温度降低,到达C~E的加速枯燥。当抵达D点时,枯燥历程渐渐深化到雾滴外部,而且枯燥速率坚持降落,内部由于枯燥而构成硬壳。在枯燥历程中,收支口温度关于枯燥有较大影响。入口温度低落,会招致雾滴枯燥不完全,呈现造粒粉团圆征象;入口温度降低,会招致雾滴外表枯燥过快,外表敏捷构成硬壳,从而拦阻了雾滴的正常紧缩,终极失掉中空的不规矩造粒粉。而出口温度对粉体含水率有影响,从而关于粉体成型的功能有较大影响。

 

在喷雾造粒工艺历程中,有许多要素能对终极造粒粉形貌和功能发生影响,比力紧张的要素有浆料固相含量,粘结剂含量,收支口温度等。

(1)浆料固相含量

造粒浆猜中固相含量可分明影响到造粒粉的形貌以及造粒粉体的活动性等功能。固相含量高的造粒浆料可取得规矩球形颗粒,而固相含量低的浆料会招致造粒粉体空心颗粒变多,使造粒粉活动性变差。由于固相含量会影响到浆料的粘度,即粘度随着固相含量的增长而增长。如前所述,固相含量低时会形成粉体活动性差,而固相含量高时,容易使造粒机喷嘴梗塞,对造粒粉功能发生倒霉影响。一样平常来讲,造粒粉的松装密度会随着浆料固相含量进步而增长。

(2)浆料粘结剂含量

粘结剂含量关于造粒工艺的影响与固相含量类似,且都与浆料粘度有亲密干系。浆猜中粘结剂含量增长会使粘度变大。当浆猜中粘结剂参加量低时,造粒粉中细颗粒比例变大,造粒粉颗粒具有较低的强度,当含量过低时喷雾造粒无法构成规矩外形,造粒也就没故意义。若粘结剂含量过高,一方面会惹起浆料粘渡过大,呈现相似过高固相含量时的题目;另一方面,粘结剂含量过高,会在坯体的烧结历程中残留杂相,对烧结发生倒霉影响。

(3)收支口温度

浆料的收支口温度在枯燥中关于造粒粉以及造粒服从有紧张影响。若浆料进料温度高,就会削弱粘结剂的作用结果,无法构成规矩颗粒。若出口处温度高,雾滴枯燥速率加速,使得造粒粉体颗粒变细,肯定水平上进步松装密度,但又由于粉体太好了形成喷雾的梗塞。进料口温渡过低,则雾滴枯燥过慢,呈现颗粒破裂,粉体活动性差。

别的,其他的一些要素,如进料速率,疏散剂品种与含量以及喷雾压力等,也会对造粒粉功能发生影响。