Ceràmica
La ceràmica d'alúmina és un tipus de material ceràmic resistent al desgast, a la corrosió i d'alta resistència. S'utilitza àmpliament i actualment és la categoria més utilitzada de ceràmica estructural d'alta temperatura. Per tal de formar la producció en massa i complir els requisits d'aspecte regular del producte, petita quantitat de mòlta i mòlta fina fàcil, és molt necessari triar el mètode de conformació de premsat en sec. El modelat per compressió requereix que la peça en brut sigui una pols amb una certa gradació, amb menys humitat i aglutinant. Per tant, la suspensió del lot després de la mòlta de boles i la trituració fina s'ha d'assecar i granular per obtenir la pols amb millor fluïdesa i major densitat aparent. La granulació per assecat per polvorització s'ha convertit en el mètode bàsic per a la producció de ceràmica de construcció i ceràmica nova. La pols preparada per aquest procés té bona fluïdesa, una certa proporció de partícules grans i petites i bona densitat aparent. Per tant, l'assecat per polvorització és el mètode més eficaç per preparar pols premsada en sec.
L'assecat per polvorització és un procés en què els materials líquids (inclosa la suspensió) s'atomitzen i després es converteixen en materials en pols seca en un medi d'assecat calent. Els materials s'atomitzen en gotes de boira esfèriques extremadament fines, ja que les gotes de boira són molt fines i la relació entre la superfície i el volum és molt gran, la humitat s'evapora ràpidament i els processos d'assecat i granulació es completen en un instant. La mida de les partícules, el contingut d'humitat i la densitat aparent dels materials es poden controlar ajustant els paràmetres de l'operació d'assecat. Es pot produir pols esfèrica amb una qualitat uniforme i bona repetibilitat mitjançant l'adopció de la tecnologia d'assecat per polvorització, escurçant així el procés de producció de pols, facilitant la producció automàtica i contínua i sent un mètode eficaç per a la preparació a gran escala de materials en pols seca de ceràmica d'alúmina fina.
2.1.1 Preparació de la suspensió
L'alúmina industrial de primera classe amb una puresa del 99% s'afegeix amb aproximadament un 5% d'additius per preparar material de porcellana del 95%, i la mòlta de boles es realitza segons la proporció de material: bola: aigua = 1: 2: 1, i s'afegeix aglutinant, desfloculant i la quantitat adequada d'aigua per preparar una suspensió estable. La viscositat relativa es mesura amb un simple cabalímetre per determinar el contingut sòlid de fang adequat, el tipus i la dosi del desfloculant.
2.1.2 Procés d'assecat per polvorització
Els principals paràmetres del procés de control en el procés d'assecat per polvorització són: a). La temperatura de sortida de l'assecador. Generalment es controla a 110 ℃. b). Diàmetre interior del broquet. Utilitzeu una placa d'orifici de 0,16 mm o 0,8 mm. c), Diferència de pressió del separador ciclònic, control a 220 Pa.
2.1.3 Inspecció del rendiment de la pols després de l'assecat per polvorització
La determinació de la humitat s'ha de dur a terme segons els mètodes habituals de determinació de la humitat ceràmica. La partículaLa morfologia i la mida de les partícules es van observar mitjançant microscopi. La fluïdesa i la densitat a granel de la pols es proven d'acord amb els estàndards experimentals ASTM per a la fluïdesa i la densitat a granel de la pols metàl·lica. El mètode és: en condicions de no vibració, 50 g de pols (amb una precisió de 0,01 g) passen a través d'un coll d'embut de vidre amb un diàmetre de 6 mm i una longitud de 3 mm per a la seva fluïdesa; en condicions de no vibració, la pols passa a través del mateix embut de vidre i cau en un recipient de 25 mm d'alçada des del mateix embut de vidre. La densitat no vibrant és la densitat d'empaquetament solt.
3.1.1 Preparació de la pasta
Mitjançant el procés de granulació per assecat per polvorització, la preparació de la pasta és crucial. El contingut de sòlids, la finesa i la fluïdesa del fang afectaran directament la producció i la mida de les partícules de la pols seca.
Com que la pols d'aquest tipus de porcellana d'alúmina és estèril, cal afegir una quantitat adequada d'aglutinant per millorar el rendiment de conformació de la peça en blanc. Substàncies orgàniques d'ús comú com la dextrina, l'alcohol polivinílic, la carboximetilcel·lulosa, el poliestirè, etc. En aquest experiment es va seleccionar l'alcohol polivinílic (PVA), un aglutinant soluble en aigua. És més sensible a la humitat ambiental, i el canvi d'humitat ambiental afectarà significativament les propietats de la pols seca.
L'alcohol polivinílic té molts tipus diferents, diferents graus d'hidròlisi i grau de polimerització, que afectaran el procés d'assecat per polvorització. El seu grau general d'hidròlisi i grau de polimerització afectaran el procés d'assecat per polvorització. La seva dosi sol ser del 0,14 al 0,15% en pes. L'addició d'una quantitat excessiva farà que la pols de granulació per polvorització formi partícules de pols seca i dures per evitar que les partícules es deformin durant el premsat. Si les característiques de les partícules no es poden eliminar durant el premsat, aquests defectes s'emmagatzemaran al cos verd i no es podran eliminar després de la cocció, cosa que afectarà la qualitat del producte final. L'addició d'aglutinant amb massa poca força verda augmentarà les pèrdues operatives. L'experiment mostra que quan s'afegeix una quantitat adequada d'aglutinant, la secció del lingot verd s'observa al microscopi. Es pot veure que quan la pressió augmenta de 3 MPa a 6 MPa, la secció augmenta suaument i hi ha un petit nombre de partícules esfèriques. Quan la pressió és de 9Mpa, la secció és llisa i bàsicament no hi ha partícules esfèriques, però l'alta pressió conduirà a l'estratificació del lingot verd. El PVA s'obre a uns 200 ℃
Començar a cremar i escórrer a uns 360 ℃. Per dissoldre l'aglutinant orgànic i humitejar les partícules de la palanquilla, formar la intercapa líquida entre les partícules, millorar la plasticitat de la palanquilla, reduir la fricció entre les partícules i la fricció entre els materials i el motlle, promoure l'augment de la densitat de la palanquilla premsada i l'homogeneïtzació de la distribució de la pressió, i també afegir la quantitat adequada de plastificant, els més utilitzats són la glicerina, l'àcid etil oxàlic, etc.
Com que l'aglutinant és un polímer macromolecular orgànic, el mètode d'afegir-lo a la suspensió també és molt important. És millor afegir l'aglutinant preparat al fang uniforme amb el contingut sòlid necessari. D'aquesta manera, es pot evitar que les matèries orgàniques no dissoltes i no disperses s'incorporin a la suspensió i es poden reduir els possibles defectes després de la cocció. Quan s'afegeix l'aglutinant, la suspensió es genera fàcilment mitjançant mòlta de boles o agitació. L'aire embolicat a la gota es troba a la pols seca, cosa que fa que les partícules seques siguin buides i redueix la densitat del volum. Per resoldre aquest problema, es poden afegir antiespumants.
A causa dels requisits econòmics i tècnics, es requereix un alt contingut de sòlids. Com que la capacitat de producció de l'assecador es refereix a l'aigua d'evaporació per hora, la suspensió amb un alt contingut de sòlids augmentarà significativament la producció de pols seca. Quan el contingut de sòlids augmenta del 50% al 75%, la producció de l'assecador augmentarà al doble.
El baix contingut sòlid és la principal raó de la formació de partícules buides. En el procés d'assecat, l'aigua migra a la superfície de la gota i transporta partícules sòlides, cosa que fa que la part interior de la gota quedi buida; si es forma una pel·lícula elàstica de baixa permeabilitat al voltant de la gota, a causa de la baixa velocitat d'evaporació, la temperatura de la gota augmenta i l'aigua s'evapora de la part interior, cosa que fa que la gota s'inflequi. En ambdós casos, la forma de bola de les partícules es destruirà i es produiran partícules anulars buides, en forma de poma o en forma de pera, cosa que reduirà la fluïdesa i la densitat a granel de la pols seca. A més, la suspensió amb un alt contingut sòlid pot reduir
En un procés d'assecat curt, la reducció del procés d'assecat pot reduir la quantitat d'adhesiu transferit a la superfície de les partícules juntament amb l'aigua, per tal d'evitar que la concentració d'aglutinant a la superfície de les partícules sigui més gran que al centre, de manera que les partícules tinguin una superfície dura i no es deformin ni s'aixafin durant el procés de premsat i conformat, cosa que redueix la massa corporal del toll. Per tant, per obtenir pols seca d'alta qualitat, cal augmentar el contingut sòlid de la pasta.
La suspensió utilitzada per a l'assecat per polvorització ha de tenir prou fluïdesa i la menor humitat possible. Si es redueix la viscositat de la suspensió introduint més aigua, no només augmenta el consum d'energia de l'assecat, sinó que també es redueix la densitat a granel del producte. Per tant, cal reduir la viscositat de la suspensió amb l'ajuda d'un coagulant. La suspensió seca està composta per diverses micres o partícules més petites, que es poden considerar com un sistema de dispersió col·loïdal. La teoria de l'estabilitat col·loïdal mostra que hi ha dues forces que actuen sobre les partícules de suspensió: la força de van der Waals (força de Coulomb) i la força de repulsió electrostàtica. Si la força és principalment gravitatòria, es produirà aglomeració i floculació. L'energia potencial total (VT) de la interacció entre partícules està relacionada amb la seva distància, durant la qual VT en algun moment és la suma de l'energia gravitatòria VA i l'energia repulsiva VR. Quan VT entre partícules presenta l'energia potencial positiva màxima, és el sistema de despolimerització. Per a una suspensió determinada, VA és cert, de manera que l'estabilitat del sistema són aquelles funcions que controlen VR: la càrrega superficial de les partícules i el gruix de les capes elèctriques dobles. El gruix de la bicapa és inversament proporcional a l'arrel quadrada de l'enllaç de valència i la concentració de l'ió d'equilibri. La compressió de doble capa pot reduir la barrera potencial de floculació, de manera que l'enllaç de valència i la concentració d'ions d'equilibri a la solució han de ser baixes. Els desemulsionants utilitzats habitualment són HCI, HNO3, NaOH, (CH)3noh (amina quaternària), GA, etc.
Com que la suspensió a base d'aigua de pols ceràmica d'alúmina 95 és neutra i alcalina, molts coagulants que tenen un bon efecte diluent sobre altres suspensions ceràmiques perden la seva funció. Per tant, és molt difícil preparar la suspensió amb un alt contingut de sòlids i bona fluïdesa. La suspensió d'alúmina estèril, que pertany a l'òxid amfòter, té diferents processos de dissociació en medis àcids o alcalins, i forma l'estat de dissociació de diferents composicions i estructures micel·lars. El valor del pH de la suspensió afectarà directament el grau de dissociació i adsorció, resultant en el canvi de potencial ζ i la corresponent floculació o dissociació.
La suspensió d'alúmina té el valor màxim de potencial ζ positiu i negatiu en un medi àcid o alcalí. En aquest moment, la viscositat de la suspensió es troba en el valor més baix de l'estat de descoagulació, mentre que quan la suspensió està en estat neutre, la seva viscositat augmenta i es produeix la floculació. Es constata que la fluïdesa de la suspensió millora considerablement i la viscositat es redueix afegint un desemulsionant adequat, de manera que el seu valor de viscositat s'acosta al de l'aigua. La fluïdesa de l'aigua mesurada amb un viscosímetre simple és de 3 segons/100 ml i la fluïdesa de la suspensió és de 4 segons/100 ml. La viscositat de la suspensió es redueix, de manera que el contingut sòlid de la suspensió es pot augmentar fins al 60% i es pot formar un empaquetament estable. Com que la capacitat de producció de l'assecador es refereix a l'evaporació d'aigua per hora, també ho fa la suspensió.
3.1.2 Control dels principals paràmetres en el procés d'assecat per polvorització
El patró de flux d'aire a la torre d'assecatge afecta el temps d'assecatge, el temps de retenció, l'aigua residual i l'adherència a la paret de les gotes. En aquest experiment, el procés de barreja d'aire de gotes és de flux mixt, és a dir, el gas calent entra a la torre d'assecatge des de la part superior i la boquilla atomitzadora s'instal·la a la part inferior de la torre d'assecatge, formant un polvoritzador de font, i la gota és paràbola, de manera que la barreja de gotes amb l'aire és a contracorrent i, quan la gota arriba a la part superior del recorregut, es converteix en un flux aigües avall i polvoritza en forma cònica. Tan bon punt la gota entra a la torre d'assecatge, aviat arribarà a la velocitat màxima d'assecatge i entrarà a l'etapa d'assecatge a velocitat constant. La durada de l'etapa d'assecatge a velocitat constant depèn del contingut d'humitat de la gota, la viscositat del fang, la temperatura i la humitat de l'aire sec. El punt límit C des de l'etapa d'assecatge a velocitat constant fins a l'etapa d'assecatge ràpid s'anomena punt crític. En aquest moment, la superfície de la gota ja no pot mantenir l'estat saturat per la migració d'aigua. Amb la disminució de la velocitat d'evaporació, la temperatura de les gotes augmenta i la superfície de les gotes al punt D se satura, formant una capa de closca dura. L'evaporació es mou cap a l'interior i la velocitat d'assecat continua disminuint. L'eliminació addicional d'aigua està relacionada amb la permeabilitat a la humitat de la closca dura. Per tant, cal controlar els paràmetres de funcionament raonables.
El contingut d'humitat de la pols seca es determina principalment per la temperatura de sortida de l'assecador per polvorització. El contingut d'humitat afecta la densitat aparent i la fluïdesa de la pols seca i determina la qualitat de la peça en brut premsada. El PVA és sensible a la humitat. En diferents condicions de contingut d'humitat, la mateixa quantitat de PVA pot causar una duresa diferent de la capa superficial de les partícules de pols seca, cosa que fa que la determinació de la pressió fluctuï i la qualitat de la producció sigui inestable durant el procés de premsat. Per tant, la temperatura de sortida s'ha de controlar estrictament per garantir el contingut d'humitat de la pols seca. Generalment, la temperatura de sortida s'ha de controlar a 110 ℃ i la temperatura d'entrada s'ha d'ajustar en conseqüència. La temperatura d'entrada no és superior a 400 ℃, generalment controlada a uns 380 ℃. Si la temperatura d'entrada és massa alta, la temperatura de l'aire calent a la part superior de la torre es sobreescalfarà. Quan les gotes de boira pugen al punt més alt i es troben amb aire sobreescalfat, per a la pols ceràmica que conté aglutinant, l'efecte de l'aglutinant es reduirà i, finalment, el rendiment de premsat de la pols seca es veurà afectat. En segon lloc, si la temperatura d'entrada és massa alta, la vida útil de l'escalfador també es veurà afectada i la pell de l'escalfador caurà i entrarà a la torre d'assecat amb aire calent, contaminant la pols seca. Sota la condició que la temperatura d'entrada i la temperatura de sortida es determinin bàsicament, la temperatura de sortida també es pot ajustar mitjançant la pressió de la bomba d'alimentació, la diferència de pressió del separador ciclònic, el contingut sòlid de la suspensió i altres factors.
Diferència de pressió del separador ciclònic. La diferència de pressió del separador ciclònic és gran, cosa que augmentarà la temperatura de sortida, augmentarà la recollida de partícules fines i reduirà el rendiment de l'assecador.
3.1.3 Propietats de la pols assecada per polvorització
La fluïdesa i la densitat d'empaquetament de la pols ceràmica d'alúmina preparada mitjançant el mètode d'assecat per polvorització són generalment millors que les preparades mitjançant el procés habitual. La pols de granulació manual no pot fluir a través del dispositiu de detecció sense vibració, i la pols de granulació per polvorització sí que ho pot fer completament. En referència a la norma ASTM per a proves de fluïdesa i densitat aparent de la pols metàl·lica, es va mesurar la densitat aparent i la fluïdesa de les partícules obtingudes mitjançant assecat per polvorització en diferents condicions de contingut d'aigua. Vegeu la Taula 1.
Taula 1 densitat solta i fluïdesa de la pols assecada per polvorització
Taula 1 Densitat i cabal de la pols
| Contingut d'humitat (%) | 1.0 | 1.6 | 2.0 | 2.2 | 4.0 |
| Densitat d'estanquitat (g/cm3) | 1.15 | 1.14 | 1.16 | 1.18 | 1.15 |
| Liquiditat (s) | 5.3 | 4.7 | 4.6 | 4.9 | 4.5 |
El contingut d'humitat de la pols assecada per polvorització generalment es controla entre l'1 i el 3%. En aquest moment, la fluïdesa de la pols és bona, cosa que pot complir els requisits del modelat per premsat.
DG1 és la densitat de la pols de granulació feta a mà i DG2 és la densitat de la pols per a la granulació per polvorització.
La pols granulada a mà es prepara mitjançant mòlta de boles, assecat, tamisat i granulació.
Taula 2 densitat de pols premsades formades per granulació manual i granulació per polvorització
Taula 2 Densitat del cos verd
| Pressió (MPA) | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
| DG1 (g/cm3) | 2.32 | 2.32 | 2.32 | 2.33 | 2.36 | 2.4 |
| DG2 (g/cm3) | 2.36 | 2.46 | 2.53 | 2,56 | 2,59 | 2,59 |
La mida de partícula i la morfologia de la pols es van observar mitjançant microscopi. Es pot veure que les partícules són bàsicament esfèriques i sòlides, amb una interfície clara i una superfície llisa. Algunes partícules tenen forma de poma, pera o pont, cosa que representa el 3% del total. La distribució de la mida de les partícules és la següent: la mida màxima de les partícules és de 200 μm (<1%), la mida mínima de les partícules és de 20 μm (individuals), la majoria de les partícules tenen unes 100 μm (50%) i la majoria de les partícules tenen unes 50 μm (20%). La pols produïda per assecat per polvorització es sinteritza a 1650 graus i la densitat és de 3170 g/cm3.3.
(1) Es pot obtenir una pasta d'alúmina 95 amb un contingut sòlid del 60% utilitzant PVA com a aglutinant, afegint-hi el coagulant i el lubricant adequats.
(2) Un control raonable dels paràmetres de l'operació d'assecat per polvorització pot obtenir una pols seca ideal.
(3) mitjançant l'adopció del procés d'assecat per polvorització, es pot produir pols d'alúmina 95, que és adequada per al procés de premsat en sec a granel. La seva densitat solta és d'aproximadament 1,1 g/cm3.3i la densitat de sinterització és de 3170 g/cm3.
