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科普讲解超细陶瓷超细复合掺合料的团聚及解决措施

来源:云更新 时间:2021-05-16 15:03:58 浏览次数:

超细复合掺合料团聚是陶瓷资料制造进程中一个不容忽视的问题,对特种陶瓷来说更是尤为重要,它关联到陶瓷的烧结,陶瓷的微观结构,进而影响陶瓷资料的机能。   一、团聚体在个别原始粉料(超轻微粉)中经常含有一定数量......

超细复合掺合料是陶瓷资料制造进程中一个不容忽视的问题,对特种陶瓷来说更是尤为重要,它关联到陶瓷的烧结,陶瓷的微观结构,进而影响陶瓷资料的机能。


一、团聚体

在个别原始粉料超细复合掺合料中经常含有一定数量的在一定力作用下结合成微粉团,即团聚体。团聚体内的颗粒称为一级颗粒,它们之间的气孔称为一级气孔,团聚体自身称为二级颗粒。


团聚体结构示用意1所示:

图1 团聚体结构示用意


二、超轻微粉的团聚的品种

团聚体的品种按作使劲的性质分为两种情势:一是硬团聚,二是软团聚。

软团聚由颗粒间的范德华力、库仑力或毛细管等较弱的力所致。该团聚可能通过溶剂疏散或者施加略微的机械力如超声、研磨等方法消除。


原料在煅烧或者高温处理进程中因为产生较强的化学键合形成的微粒团称为“硬团聚体”,个别外力难以将它拆开,需经过特别工艺才干消除。


a.软团聚体;b.硬团聚体

图2 超轻微粉软团聚体与硬团聚体的结构示用意


三、超轻微粉团聚对烧结度的影响

无论是“软团聚体”还是“硬团聚体”,其尺寸、散布、数量及性质对烧结体的显微结构与机能均有较大的影响。


1、超细复合掺合料团聚对烧结温度的影响

将原料破碎时,不仅颗粒名义产生变更,而且内部结构也产生局部变形,成为高能活化状况,原料破碎的颗粒越细,体系的能量越高,烧结的推能源就越大,越有利于烧结,从而导致烧结温度降落。而当超轻微粉中存在团聚体时,可能导致坯体沉积密度降落、状况不均匀,同时,因为团聚体内颗粒烧结温度高于团聚体之间的烧结温度,故会使所需烧结温度进步。


超细、粒度均匀,无团聚物的氧化铝粉,可比个别氧化铝陶瓷烧结温度降落300-400℃。降落超轻微粉的团聚水平在一定水平上可能有效的降落陶瓷的烧结温度。


2、超轻微粉团聚对烧结致密度的影响

对在氧化铝粉中掺入未了NiO研究表明,素坯在1735℃的氧化气氛中烧结6个小时,烧结后的密度随团聚水平变更而变更。其结果见下表1


浆料的搅拌时光加长,AF(50)值越小,烧结密度越高。


AF(50)=中位尺寸团聚体的直径/微粒的等价球直径,AF(50)值越大,说明超轻微粉团聚越重大,AF(50)=1说明超轻微粉多少乎不团聚体。


3、超细复合掺合料团聚对微观结构的影响

在超轻微粉中不含团聚体时,因为原料颗粒渺小且均一,易于制备微观结构均匀的产品。若利用原料含有较多的团聚体,尤其是硬团聚体时,只能得到低密度高孔隙率的素坯及烧结体,得到的烧结体气孔较大,无奈得到高密度的多晶资料。大气孔存在于晶界及晶粒内,仅是再进一步烧结,这些气孔也无奈消除,相反会引起二次重结晶。为避免二次重结晶,当粒度无奈做到小而均匀时,应利用较大的颗粒,以避免二次结晶而使气孔率增加。


4、超轻微粉团聚对烧结机能的影响

超细复合掺合料团聚对烧结的微观结构、烧结温度、致密度有较大的影响,从而影响烧结体的机能,也就必定使烧结体强度、韧性及坚固性降落。


四、介质中把持超轻微粉团聚的方法

因为超轻微粉团聚会导致烧结成品的品德无奈保障,因此须要采取一定的工艺以减少或者消除超轻微粉团聚体对成品德量的影响。


“软团聚”因为质点间的作使劲较弱,故个别采取恰当的疏散技巧即可消除或减弱之,从而得到均匀的高密度坯体。


而硬团聚则因为质点间属于化学键合,作使劲较大,故不仅不易疏散,也不易破碎,只能得到气孔散布不均的低密度坯体。


导致超细粉团聚的重要起因有颗粒尺寸小,名义能高,易产生团聚以降落名义能;颗粒名义易聚集电荷,使其牢固性降落,易产生团聚;颗粒名义存在氢键或其余不饱跟键,引起颗粒间彼此吸附;存储环境空气湿度大使其粘接力增大易产生团聚等。


用于把持超轻微粉团聚的方法机械疏散、干燥处理、静电疏散、特别干燥、有机物洗涤、共沸蒸馏、超声空化等。


1、机械疏散

通过机械力作用强迫将团聚的超轻微粉颗粒离开,请求机械力必须大于颗粒间的粘接力。

机械疏散法个别包含研磨、个别球磨、振动球磨、胶体磨跟机械搅拌。个别用于避免跟破坏颗粒间的软团聚。其疏散后果较好,但易引入杂质,或转变超轻微粉名义特点、晶型结构等性质,当机械力结束后,团聚也可能会再次产生。


2、干燥处理

干燥处理是指通过破坏跟避免颗粒间形成的液桥来把持超轻微粉团聚的方法。有内加热跟外加热两种方法。

内加热有红外加热跟微波加热,加热时因为介质的气化进程在团聚体内部进行,降落了超轻微粉之间的毛细管作使劲,从而可能减少超轻微粉之间的硬团聚。外加热时,介质气化会在团聚体的名义进行,内部的液体可能通过毛细管输送到名义,但超轻微粉间毛细管的作用不可避免。


3、静电疏散

静电疏散式利用“异性相吸、同性相斥”的原理,为超轻微粉颗粒通电,使其带上同种电荷,增加排斥反应来把持团聚。

其方法有:接触带电、感应带电跟电晕带电。


4、特别干燥

特别干燥工艺是在干燥处理的基本上,为避免粉末团聚体因为失水而发僵硬结而研究的一种特别工艺。特别干燥工艺中常用的干燥有冷冻干燥、超流体干燥跟喷雾干燥。


冷冻干燥,又称升华干燥,是将含水物料冷冻到冰点以下,使水转变为冰,而后在较高真空下将冰转变为蒸气而除去的干燥方法 ”。水在冰冻后体积会产生膨胀,使团聚体离开,同时固态的形成避免了超轻微粉的从新团聚。


超流体干燥是利用超临界流体的特点将超轻微粉形成的胶体中的有机物除去的干燥方法。


喷雾干燥是体系化技巧利用于物料干燥的一种方法,于干燥室中将稀料经雾化后,在与热空气的接触中,水分敏捷气化,即得到干燥产品,该法能直接使溶液、乳浊液干燥成粉状或颗粒状制品,可省去蒸发、破碎等工序。


喷雾干燥法干燥进程十分敏捷,可直接干燥成粉末,生产效力高,生产才干大,产品德量高,可能在较大范畴内转变操作前提以把持产品的品质指标;毛病是设备较庞杂,粉末回收装置价格较高,热效力不高,热消耗大。


图3 喷雾干燥器


5、有机物洗涤

有机物洗涤是利用液态的名义张力小的有机物去洗涤团聚的超轻微粉,置换团聚超轻微粉名义吸附的水分,减小氢键作用跟毛细管力,从而把持超轻微粉团聚的方法。


6、共沸蒸馏

共沸蒸馏法是利用与水共沸的共沸剂将待蒸馏的含有水、乙酸跟乙酸甲酯等的混淆物共沸蒸馏的方法。常用的共沸剂为二甲、甲苯、苯醇等有机溶剂。


将滤饼跟有机溶剂进行搅拌,混淆后移至蒸馏瓶共沸,滤饼脱水后再加热至沸点,经过一定时光后,有机溶剂即可排出,随后对滤饼进行干燥跟煅烧,即可制得疏松无团聚的超轻微粉。


7、超声空化

超声波是一种频率高于20 kHz的声波,方向性好,穿透才干强,易于获得较集中的声能。


利用超声空化时产生的局部高温、高压、强冲击波跟微射流等,可能较大幅度地弱化微粒间的作用能,有效避免超轻微粉微团聚,从而达到充分疏散。


五、储运超轻微粉进程中对超轻微粉团聚的把持办法

超微超轻微粉不可存储过长时光,做好制备跟利用连接进行,在贮存跟运输进程要避免或尽量减少包装间的彼此挤压,并且存储在阴凉、干燥、避光的处所,运输进程中要避免超轻微粉受潮挤压等。


1、超轻微粉的包装

因为超轻微粉的粒度小,假如产生受潮、雨淋或挤压就会产生二次团聚,因此通常采取真空等情势密封超轻微粉后利用塑料跟纸筒进行包装。如Zn

O、TiO2等金属氧化物超轻微粉的包装。



2、钝化处理

钝化就是对新制备的超轻微粉在与大气接触前进行名义氧化。通常是在惰性气体的环境下进行钝化,以把持超轻微粉名义的氧化速度。钝化之后的超轻微粉名义会生产一层氧化膜以隔离超轻微粉与空气接触,进步超轻微粉的温度性,有利于储运超轻微粉进程的牢固性。


3、溶剂贮存

溶剂存储是一种用溶剂维护纳米超轻微粉的有效存储方法。依据利用请求,选用特定的溶剂配成浆液以保存颗粒间的均匀性及疏松性,减少颗粒之间的团聚产生。


4、防聚结处理

将少量的增加剂如抗静电剂、防潮剂、偶联剂等加入超轻微粉中,以妨碍超轻微粉的团聚。


超轻微粉圈 作者:小白

参考来源1:刘大成/超轻微粉团聚及解决办法

参考来源2:刘剑/超轻微粉团聚的把持办法