Kerámia
Az alumínium-oxid kerámia egyfajta kopásálló, korrózióálló és nagy szilárdságú kerámia anyag. Széles körben használják, és jelenleg a legelterjedtebb kategóriája a magas hőmérsékletű szerkezeti kerámiáknak. A tömeggyártás és a szabályos termékmegjelenés, a kis őrlési mennyiség és a könnyű finomőrlés követelményeinek való megfelelés érdekében nagyon fontos a száraz préselés formázási módszerének megválasztása. A préseléses öntés megköveteli, hogy a nyersanyag bizonyos szemcseméretű por legyen, kevesebb nedvességgel és kötőanyaggal. Ezért a golyósőrlés és finom zúzás utáni keverék szuszpenzióját szárítani és granulálni kell, hogy jobb folyékonyságú és nagyobb térfogatsűrűségű port kapjunk. A porlasztva szárításos granulálás az építőkerámiák és az új kerámiák gyártásának alapvető módszerévé vált. Az ezzel az eljárással előállított por jó folyékonysággal, bizonyos arányban tartalmaz nagy és kis részecskéket, és jó térfogatsűrűséggel rendelkezik. Ezért a porlasztva szárítás a leghatékonyabb módszer a szárazon préselt por előállítására.
A porlasztva szárítás egy olyan eljárás, amelynek során folyékony anyagokat (beleértve a szuszpenziót is) porlasztanak, majd forró szárítóközegben száraz porrá alakítanak. Az anyagokat rendkívül finom, gömb alakú ködcseppekké porítják, mivel a ködcseppek nagyon finomak és a felület-térfogat arányuk nagyon nagy, a nedvesség gyorsan elpárolog, és a szárítási és granulálási folyamatok azonnal befejeződnek. Az anyagok részecskemérete, nedvességtartalma és térfogatsűrűsége a szárítási működési paraméterek beállításával szabályozható. A porlasztva szárítási technológia alkalmazásával egyenletes minőségű és jó ismételhetőségű gömb alakú por állítható elő, ezáltal lerövidítve a por előállítási folyamatát, megkönnyítve az automatikus és folyamatos termelést, és hatékony módszert jelentve a finom alumínium-oxid kerámia száraz poranyagok nagymértékű előállítására.
2.1.1 A zagy elkészítése
Az első osztályú, 99%-os tisztaságú ipari alumínium-oxidot körülbelül 5% adalékanyaggal adják hozzá, hogy 95%-os porcelán anyagot kapjanak, majd golyósőrlést végeznek az anyag:golyó:víz = 1:2:1 arányban, majd kötőanyagot, deflokkulánst és megfelelő mennyiségű vizet adnak hozzá a stabil szuszpenziós iszap előállításához. A relatív viszkozitást egy egyszerű áramlásmérővel mérik, hogy meghatározzák a megfelelő iszap szilárdanyag-tartalmát, a deflokkuláns típusát és adagolását.
2.1.2 Porlasztva szárítási eljárás
A porlasztva szárítási folyamat fő szabályozási folyamatparaméterei a következők: a). A szárító kimeneti hőmérséklete. Általában 110 ℃-on szabályozott. b). A fúvóka belső átmérője. 0,16 mm-es vagy 0,8 mm-es fúvókalemezt kell használni. c). Ciklonleválasztó nyomáskülönbség, 220 Pa szabályozás.
2.1.3 A por teljesítményének ellenőrzése porlasztásos szárítás után
A nedvességmeghatározást a kerámia nedvességmeghatározására használt szokásos módszerek szerint kell elvégezni. A részecskékA morfológiát és a részecskeméretet mikroszkóppal figyelték meg. A por folyékonyságát és térfogatsűrűségét az ASTM kísérleti szabványai szerint vizsgálták a fémporok folyékonyságára és térfogatsűrűségére vonatkozóan. A módszer a következő: rezgés hiányában 50 g por (0,01 g pontossággal) áthalad egy 6 mm átmérőjű és 3 mm hosszú üvegtölcsér nyakán a folyékonysága szempontjából; rezgés hiányában a por áthalad ugyanazon az üvegtölcséren, és ugyanabból az üvegtölcsérből egy 25 mm magas tartályba esik. A rezgésmentes sűrűség a laza csomagolási sűrűség.
3.1.1 A zagy elkészítése
A porlasztva szárításos granulálási eljárás alkalmazásakor a zagy előkészítése kulcsfontosságú. Az iszap szilárdanyag-tartalma, finomsága és folyékonysága közvetlenül befolyásolja a száraz por hozamát és részecskeméretét.
Mivel az ilyen típusú alumínium-oxid porcelán pora kopár, megfelelő mennyiségű kötőanyagot kell hozzáadni a nyersdarab formázási teljesítményének javítása érdekében. Gyakran használt szerves anyagok, például dextrin, polivinil-alkohol, karboximetil-cellulóz, polisztirol stb. Ebben a kísérletben a polivinil-alkoholt (PVA), egy vízben oldódó kötőanyagot választottuk. Ez érzékenyebb a környezeti páratartalomra, a környezeti páratartalom változása jelentősen befolyásolja a száraz por tulajdonságait.
A polivinil-alkoholnak sokféle fajtája létezik, eltérő hidrolízis- és polimerizációs foka van, ami befolyásolja a porlasztva szárítási folyamatot. Általános hidrolízis- és polimerizációs foka befolyásolja a porlasztva szárítási folyamatot. Adagolása általában 0,14-0,15 tömeg%. A túl nagy mennyiség hozzáadása kemény, száraz porrészecskéket képez a porlasztva, ami megakadályozza a részecskék deformálódását a préselés során. Ha a részecskék jellemzőit nem lehet kiküszöbölni a préselés során, ezek a hibák a zöld testben tárolódnak, és az égetés után sem lehet kiküszöbölni, ami befolyásolja a végtermék minőségét. A túl kevés kötőanyag hozzáadása növeli a működési veszteséget. A kísérlet azt mutatja, hogy megfelelő mennyiségű kötőanyag hozzáadása esetén a zöld tuskó keresztmetszete mikroszkóp alatt megfigyelhető. Látható, hogy amikor a nyomást 3 MPa-ról 6 MPa-ra növelik, a keresztmetszet egyenletesen növekszik, és kevés gömb alakú részecske jelenik meg. 9 MPa nyomáson a metszet sima, és alapvetően nincsenek gömb alakú részecskék, de a nagy nyomás a zöld tuskó rétegződéséhez vezet. A PVA-t körülbelül 200 ℃-on nyitják meg.
Kezdje el égetni, és körülbelül 360 ℃-on ürítse ki. A szerves kötőanyag feloldása és a tuskó részecskék nedvesítése érdekében folyékony közbenső réteget képezzen a részecskék között, javítsa a tuskó képlékenységét, csökkentse a részecskék közötti súrlódást és az anyagok és a forma közötti súrlódást, elősegítse a préselt tuskó sűrűségének növekedését és a nyomáseloszlás homogenizálását, valamint a megfelelő mennyiségű lágyítót is adja hozzá, általában glicerint, etil-oxálsavat stb. használnak.
Mivel a kötőanyag egy szerves makromolekuláris polimer, a kötőanyag zagyhoz való hozzáadásának módja is nagyon fontos. A legjobb, ha az előkészített kötőanyagot a kívánt szilárdanyag-tartalmú egyenletes zagyba adjuk. Ily módon elkerülhető, hogy az oldatlan és diszpergálatlan szerves anyagok a zagyba kerüljenek, és csökkenthetők az égetés utáni esetleges hibák. A kötőanyag hozzáadásakor a zagy könnyen előállítható golyósőrléssel vagy keveréssel. A cseppekbe zárt levegő a száraz porban van, ami a száraz részecskéket üregessé teszi és csökkenti a térfogatsűrűséget. A probléma megoldása érdekében habzásgátlókat lehet hozzáadni.
Gazdasági és műszaki követelmények miatt magas szilárdanyag-tartalom szükséges. Mivel a szárító termelési kapacitása az óránkénti párolgási vízmennyiségre vonatkozik, a magas szilárdanyag-tartalmú zagy jelentősen növeli a száraz por hozamát. Amikor a szilárdanyag-tartalom 50%-ról 75%-ra nő, a szárító teljesítménye a kétszeresére nő.
Az alacsony szilárdanyag-tartalom a fő oka az üreges részecskék kialakulásának. A száradás során a víz a csepp felületére vándorol, és szilárd részecskéket szállít, ami üregessé teszi a csepp belső részét; ha egy alacsony áteresztőképességű rugalmas film képződik a csepp körül, az alacsony párolgási sebesség miatt a csepp hőmérséklete megemelkedik, és a víz elpárolog a belső részből, ami a csepp kidudorodását okozza. Mindkét esetben a részecskék gömb alakja megsemmisül, és üreges, gyűrű alakú, alma alakú vagy körte alakú részecskék keletkeznek, ami csökkenti a száraz por folyékonyságát és térfogatsűrűségét. Ezenkívül a magas szilárdanyag-tartalmú zagy csökkentheti...
Rövid szárítási folyamat esetén a szárítási folyamat lerövidítése csökkentheti a részecskék felületére a vízzel együtt átvitt ragasztó mennyiségét, így elkerülhető, hogy a kötőanyag koncentrációja a részecskék felületén nagyobb legyen, mint a középpontban, így a részecskék kemény felületűek lesznek, és a részecskék nem deformálódnak és nem törnek össze a préselés és alakítás során, ezáltal csökkentve a tuskó tömegét. Ezért a kiváló minőségű száraz por előállításához növelni kell a zagy szilárdanyag-tartalmát.
A porlasztva szárításhoz használt zagynak elegendő folyékonysággal és a lehető legkevesebb nedvességgel kell rendelkeznie. Ha a zagy viszkozitását több víz hozzáadásával csökkentjük, nemcsak a szárítás energiafogyasztása nő, hanem a termék térfogatsűrűsége is csökken. Ezért szükséges a zagy viszkozitásának csökkentése koaguláns segítségével. A szárított zagy néhány mikron vagy annál kisebb részecskékből áll, amelyek kolloid diszperziós rendszernek tekinthetők. A kolloid stabilitás elmélete azt mutatja, hogy két erő hat a szuszpenzió részecskéire: a van der Waals-erő (Coulomb-erő) és az elektrosztatikus taszítóerő. Ha az erő főként gravitációs, akkor agglomeráció és flokkuláció történik. A részecskék közötti kölcsönhatás teljes potenciális energiája (VT) a távolságukkal függ össze, amely során a VT egy adott ponton a gravitációs energia (VA) és a taszító energia (VR) összege. Amikor a részecskék közötti VT a maximális pozitív potenciális energiát mutatja, akkor a rendszer depolimerizálódott. Egy adott szuszpenzió esetén a VA biztos, tehát a rendszer stabilitását azok a funkciók biztosítják, amelyek a VR-t szabályozzák: a részecskék felületi töltése és a kettős elektromos rétegek vastagsága. A kettős réteg vastagsága fordítottan arányos a vegyértékkötés négyzetgyökével és az egyensúlyi ion koncentrációjával. A kettős réteg összenyomódása csökkentheti a flokkuláció potenciálgátját, ezért a vegyértékkötésnek és az egyensúlyi ionok koncentrációjának az oldatban alacsonynak kell lennie. A gyakran használt demulgeálószerek a HCI, HNO3, NaOH, (CH3)3noh (kvaterner amin), GA stb.
Mivel a 95-ös alumínium-oxid kerámia por vízbázisú szuszpenziója semleges és lúgos, sok olyan koaguláns, amely jó hígító hatással van más kerámia szuszpenziókra, elveszíti funkcióját. Ezért nagyon nehéz előállítani magas szilárdanyag-tartalmú és jó folyékonyságú szuszpenziót. Az amfoter oxidokhoz tartozó kopár alumínium-oxid szuszpenzió savas vagy lúgos közegben eltérő disszociációs folyamatokat mutat, és különböző micellaösszetételű és szerkezetű disszociációs állapotot képez. A szuszpenzió pH-értéke közvetlenül befolyásolja a disszociáció és az adszorpció mértékét, ami a ζ potenciál változását és a megfelelő flokkulációt vagy disszociációt eredményezi.
Az alumínium-oxid zagy savas vagy lúgos közegben mutatja a maximális pozitív és negatív ζ potenciált. Ekkor a zagy viszkozitása a dekoagulációs állapot legalacsonyabb értékében van, míg semleges állapotban a viszkozitása megnő, és flokkuláció történik. Megállapították, hogy a zagy folyékonysága jelentősen javul, és a zagy viszkozitása csökken megfelelő demulgeálószer hozzáadásával, így viszkozitási értéke közel van a vízéhez. A víz folyékonysága egy egyszerű viszkozitásmérővel mérve 3 másodperc / 100 ml, a zagy folyékonysága pedig 4 másodperc / 100 ml. A zagy viszkozitása csökken, így a zagy szilárdanyag-tartalma 60%-ra növelhető, és stabil töltet alakulhat ki. Mivel a szárító termelési kapacitása az óránkénti víz elpárolgására vonatkozik, a szuszpenzió is ilyen.
3.1.2 A porlasztva szárítási folyamat fő paramétereinek szabályozása
A szárítótoronyban lévő levegő áramlási mintázata befolyásolja a cseppek szárítási idejét, tartózkodási idejét, maradék víztartalmát és faltapadását. Ebben a kísérletben a cseppek levegőkeverési folyamata vegyes áramlású, azaz a forró gáz felülről jut be a szárítótoronyba, a porlasztó fúvóka pedig a szárítótorony aljára van felszerelve, szökőkútszerű permetet képezve, és a csepp parabola alakú, így a cseppek a levegővel ellenáramúak, és amikor a csepp eléri a löket tetejét, lefelé irányuló áramlássá válik, és kúpos alakot ölt. Amint a csepp belép a szárítótoronyba, hamarosan eléri a maximális szárítási sebességet, és belép az állandó sebességű szárítási szakaszba. Az állandó sebességű szárítási szakasz hossza a csepp nedvességtartalmától, az iszap viszkozitásától, a száraz levegő hőmérsékletétől és páratartalmától függ. Az állandó sebességű szárítási szakasz és a gyors szárítási szakasz közötti C határpontot kritikus pontnak nevezzük. Ekkor a csepp felülete már nem tudja fenntartani a telített állapotot a víz migrációja révén. A párolgási sebesség csökkenésével a cseppek hőmérséklete emelkedik, és a D pontban lévő cseppek felülete telítődik, kemény héjréteget képezve. A párolgás a belső térbe vándorol, és a száradási sebesség tovább csökken. A további vízkiválasztás a kemény héj nedvességáteresztő képességével függ össze. Ezért szükséges az ésszerű működési paraméterek szabályozása.
A száraz por nedvességtartalmát főként a szórószárító kimeneti hőmérséklete határozza meg. A nedvességtartalom befolyásolja a száraz por térfogatsűrűségét és folyékonyságát, valamint meghatározza a préselt alapanyag minőségét. A PVA érzékeny a páratartalomra. Különböző nedvességtartalom mellett azonos mennyiségű PVA eltérő keménységet okozhat a száraz porrészecskék felületi rétegében, ami a nyomás meghatározását ingadozássá és a gyártási minőség instabillá tételét okozza a préselési folyamat során. Ezért a kimeneti hőmérsékletet szigorúan ellenőrizni kell a száraz por nedvességtartalmának biztosítása érdekében. Általában a kimeneti hőmérsékletet 110 ℃-on kell szabályozni, a bemeneti hőmérsékletet pedig ennek megfelelően kell beállítani. A bemeneti hőmérséklet nem haladhatja meg a 400 ℃-ot, általában körülbelül 380 ℃-on szabályozzák. Ha a bemeneti hőmérséklet túl magas, a torony tetején lévő forró levegő hőmérséklete túlmelegszik. Amikor a ködcseppek a legmagasabb pontra emelkednek és túlmelegedett levegővel találkoznak, a kötőanyagot tartalmazó kerámiapor esetében a kötőanyag hatása csökken, és végül a száraz por préselési teljesítménye is romlik. Másodszor, ha a bemeneti hőmérséklet túl magas, a fűtőberendezés élettartama is romlik, a fűtőberendezés héja leesik, és forró levegővel belép a szárítótoronyba, szennyezve a száraz port. Abban a feltételben, hogy a bemeneti és a kimeneti hőmérséklet alapvetően meghatározott, a kimeneti hőmérsékletet a betápláló szivattyú nyomása, a ciklonleválasztó nyomáskülönbsége, a zagy szilárdanyag-tartalma és egyéb tényezők is befolyásolhatják.
A ciklonszeparátor nyomáskülönbsége. A ciklonszeparátor nyomáskülönbsége nagy, ami növeli a kimeneti hőmérsékletet, növeli a finom részecskék gyűjtését és csökkenti a szárító hozamát.
3.1.3 A porlasztva szárított por tulajdonságai
A porlasztva szárítással előállított alumínium-oxid kerámia por folyékonysága és csomagolási sűrűsége általában jobb, mint a hagyományos eljárással előállított poré. A kézi granulálású por nem tud rezgés nélkül átfolyni a detektoron, míg a porlasztva granulált por ezt teljes mértékben meg tudja tenni. A fémporok folyékonyságának és térfogatsűrűségének vizsgálatára vonatkozó ASTM szabvány alapján megmértük a porlasztva szárítással kapott részecskék térfogatsűrűségét és folyékonyságát különböző víztartalmú körülmények között. Lásd az 1. táblázatot.
1. táblázat A porlasztva szárított por laza sűrűsége és folyékonysága
1. táblázat Por sűrűsége és áramlási sebessége
| Nedvességtartalom (%) | 1.0 | 1.6 | 2.0 | 2.2 | 4.0 |
| Sűrűség (g/cm3) | 1.15 | 1.14 | 1.16 | 1.18 | 1.15 |
| Likviditás (ok) | 5.3 | 4.7 | 4.6 | 4.9 | 4.5 |
A porlasztva szárított por nedvességtartalmát általában 1-3% között szabályozzák. Ekkor a por folyékonysága jó, ami megfelel a préselési formázás követelményeinek.
A DG1 a kézzel készített granuláló por sűrűsége, a DG2 pedig a porlasztásos granuláláshoz használt por sűrűsége.
A kézzel granulált port golyósőrléssel, szárítással, szitálással és granulálással állítják elő.
2. táblázat: Kézi granulálással és porlasztásos granulálással előállított préselt porok sűrűsége
2. táblázat A zöld test sűrűsége
| Nyomás (MPA) | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
| DG1 (g/cm³3) | 2.32 | 2.32 | 2.32 | 2.33 | 2.36 | 2.4 |
| DG2 (g/cm³3) | 2.36 | 2.46 | 2.53 | 2.56 | 2.59 | 2.59 |
A por részecskeméretét és morfológiáját mikroszkóppal vizsgálták. Látható, hogy a részecskék alapvetően szilárd, gömb alakúak, tiszta határfelülettel és sima felülettel. Egyes részecskék alma alakúak, körte alakúak vagy áthidaltak, amelyek a teljes mennyiség 3%-át teszik ki. A részecskeméret-eloszlás a következő: a maximális részecskeméret 200 μm (< 1%), a minimális részecskeméret 20 μm (egyedi), a legtöbb részecske körülbelül 100 μm (50%), és a legtöbb részecske körülbelül 50 μm (20%). A porlasztva szárítással előállított port 1650 fokon szinterelik, sűrűsége 3170 g/cm³.3.
(1) 60% szilárdanyag-tartalmú 95-ös alumínium-oxid szuszpenziót lehet előállítani PVA kötőanyaggal, megfelelő koaguláns és kenőanyag hozzáadásával.
(2) a porlasztva szárítási működési paraméterek ésszerű szabályozásával ideális száraz port kaphatunk.
(3) porlasztva szárítási eljárással 95-ös alumínium-oxid por állítható elő, amely alkalmas ömlesztett száraz sajtolási eljárásra. Laza sűrűsége körülbelül 1,1 g/cm³.3és a szinterelési sűrűség 3170 g/cm3.
