Keramika
Alumīnija oksīda keramika ir nodilumizturīgs, korozijizturīgs un augstas izturības keramikas materiāls. Tā tiek plaši izmantota un pašlaik ir visplašāk izmantotā augstas temperatūras strukturālās keramikas kategorija. Lai veidotu masveida ražošanu un atbilstu regulāra produkta izskata, neliela maluma daudzuma un vieglas smalkas malšanas prasībām, ir ļoti svarīgi izvēlēties sausās presēšanas formēšanas metodi. Kompresijas formēšanai ir nepieciešams, lai sagatave būtu pulveris ar noteiktu gradāciju, ar mazāku mitruma un saistvielu daudzumu. Tāpēc pēc lodīšu malšanas un smalkas sasmalcināšanas iegūtā maisījuma suspensija ir jāizžāvē un jāgranulē, lai iegūtu pulveri ar labāku plūstamību un lielāku tilpuma blīvumu. Izsmidzināšanas žāvēšanas granulēšana ir kļuvusi par pamatmetodi būvkeramikas un jaunas keramikas ražošanā. Ar šo procesu sagatavotajam pulverim ir laba plūstamība, noteikts lielu un mazu daļiņu īpatsvars un labs tilpuma blīvums. Tāpēc izsmidzināšanas žāvēšana ir visefektīvākā metode sausā presētā pulvera pagatavošanai.
Izsmidzināšanas žāvēšana ir process, kurā šķidri materiāli (tostarp suspensija) tiek atomizēti un pēc tam karstā žāvēšanas vidē pārveidoti sausos pulverveida materiālos. Materiāli tiek atomizēti ārkārtīgi smalkās sfēriskās miglas pilienos, jo miglas piles ir ļoti smalkas un virsmas laukuma un tilpuma attiecība ir ļoti liela, mitrums ātri iztvaiko, un žāvēšanas un granulēšanas procesi tiek pabeigti acumirklī. Materiālu daļiņu izmēru, mitruma saturu un tilpuma blīvumu var kontrolēt, pielāgojot žāvēšanas darbības parametrus. Izmantojot izsmidzināšanas žāvēšanas tehnoloģiju, var iegūt sfērisku pulveri ar vienādu kvalitāti un labu atkārtojamību, tādējādi saīsinot pulvera ražošanas procesu, veicinot automātisku un nepārtrauktu ražošanu un izmantojot efektīvu metodi smalku alumīnija oksīda keramikas sauso pulverveida materiālu liela mēroga sagatavošanai.
2.1.1 Šķidruma sagatavošana
Pirmās klases rūpnieciskajam alumīnija oksīdam ar 99% tīrības pakāpi pievieno aptuveni 5% piedevu, lai pagatavotu 95% porcelāna materiālu, un lodīšu malšanu veic atbilstoši materiāla:lodītes:ūdens attiecībai 1:2:1, un pievieno saistvielu, deflokulantu un atbilstošu ūdens daudzumu, lai pagatavotu stabilu suspensijas vircu. Relatīvo viskozitāti mēra ar vienkāršu plūsmas mērītāju, lai noteiktu atbilstošu dubļu cietvielu saturu, deflokulantiņa veidu un devu.
2.1.2 Žāvēšanas ar izsmidzināšanu process
Galvenie vadības procesa parametri izsmidzināšanas žāvēšanas procesā ir: a). Žāvētāja izejas temperatūra. Parasti tiek kontrolēta pie 110 ℃. b). Sprauslas iekšējais diametrs. Izmantojiet 0,16 mm vai 0,8 mm atveres plāksni. c). Ciklona separatora spiediena starpība, vadība pie 220 Pa.
2.1.3 Pulvera veiktspējas pārbaude pēc žāvēšanas ar izsmidzināšanu
Mitruma noteikšana jāveic saskaņā ar vispārpieņemtajām keramikas mitruma noteikšanas metodēm. DaļiņuMorfoloģija un daļiņu izmērs tika novēroti mikroskopā. Pulvera plūstamība un tilpuma blīvums tiek pārbaudīti saskaņā ar ASTM eksperimentālajiem standartiem metāla pulvera plūstamībai un tilpuma blīvumam. Metode ir šāda: bez vibrācijas 50 g pulvera (ar precizitāti līdz 0,01 g) iziet cauri stikla piltuves kakliņam ar diametru 6 mm un garumu 3 mm tā plūstamības pārbaudei; bez vibrācijas pulveris iziet cauri tai pašai stikla piltuvei un no tās pašas stikla piltuves iekrīt 25 mm augstā traukā. Nevibrējošais blīvums ir brīvais iepakojuma blīvums.
3.1.1 Šķidruma sagatavošana
Izmantojot izsmidzināšanas žāvēšanas granulēšanas procesu, suspensijas sagatavošana ir izšķiroša nozīme. Cietvielu saturs, smalkums un dūņu plūstamība tieši ietekmēs sausā pulvera ražu un daļiņu izmēru.
Tā kā šāda veida alumīnija oksīda porcelāna pulveris ir neauglīgs, ir nepieciešams pievienot atbilstošu daudzumu saistvielas, lai uzlabotu sagataves formēšanas īpašības. Bieži izmantotas organiskas vielas, piemēram, dekstrīns, polivinilspirts, karboksimetilceluloze, polistirols utt. Šajā eksperimentā tika izvēlēts polivinilspirts (PVA), ūdenī šķīstoša saistviela. Tas ir jutīgāks pret apkārtējās vides mitrumu, un apkārtējās vides mitruma izmaiņas būtiski ietekmēs sausā pulvera īpašības.
Polivinilspirtam ir daudz dažādu veidu, dažādas hidrolīzes un polimerizācijas pakāpes, kas ietekmēs izsmidzināšanas žāvēšanas procesu. Tā vispārējā hidrolīzes pakāpe un polimerizācijas pakāpe ietekmēs izsmidzināšanas žāvēšanas procesu. Tā deva parasti ir 0,14–0,15 svara%. Pārāk liela daudzuma pievienošana izraisīs cietu, sausu pulvera daļiņu veidošanos, kas novērš daļiņu deformāciju presēšanas laikā. Ja daļiņu īpašības nevar novērst presēšanas laikā, šie defekti tiks uzkrāti jaunajā sagatavē un tos nevarēs novērst pēc apdedzināšanas, kas ietekmēs gatavā produkta kvalitāti. Pārāk maza saistvielas pievienošana un pārāk maza zaļās izturības palielināšana palielinās ekspluatācijas zudumus. Eksperiments rāda, ka, pievienojot atbilstošu saistvielas daudzumu, zaļās sagataves šķērsgriezums ir novērojams mikroskopā. Var redzēt, ka, palielinot spiedienu no 3 MPa līdz 6 MPa, šķērsgriezums palielinās vienmērīgi, un ir neliels skaits sfērisku daļiņu. Kad spiediens ir 9 MPa, šķērsgriezums ir gluds, un tajā praktiski nav sfērisku daļiņu, bet augstais spiediens novedīs pie zaļās sagataves stratifikācijas. PVA atver aptuveni 200 ℃ temperatūrā.
Sāciet dedzināt un noteciniet aptuveni 360 ℃ temperatūrā. Lai izšķīdinātu organisko saistvielu un samitrinātu sagataves daļiņas, veidojiet šķidru starpslāni starp daļiņām, uzlabojiet sagataves plastiskumu, samaziniet berzi starp daļiņām un berzi starp materiāliem un veidni, veiciniet presētās sagataves blīvuma palielināšanos un spiediena sadalījuma homogenizāciju, kā arī pievienojiet atbilstošu plastifikatora daudzumu, parasti izmanto glicerīnu, etilskābenskābi utt.
Tā kā saistviela ir organisks makromolekulārs polimērs, ļoti svarīga ir arī saistvielas pievienošanas metode suspensijai. Vislabāk ir pievienot sagatavoto saistvielu viendabīgai masai ar nepieciešamo cietvielu saturu. Tādā veidā var izvairīties no neizšķīdušo un neizkliedēto organisko vielu nonākšanas suspensijā un samazināt iespējamos defektus pēc apdedzināšanas. Pievienojot saistvielu, suspensiju var viegli iegūt, malot lodīšu malšanas tehnikā vai maisot. Pilienā iesaiņotais gaiss atrodas sausajā pulverī, kas padara sausās daļiņas dobas un samazina tilpuma blīvumu. Lai atrisinātu šo problēmu, var pievienot putu slāpētājus.
Ekonomisko un tehnisko prasību dēļ ir nepieciešams augsts cietvielu saturs. Tā kā žāvētāja ražošanas jauda attiecas uz iztvaikošanas ūdeni stundā, virca ar augstu cietvielu saturu ievērojami palielinās sausā pulvera ražību. Kad cietvielu saturs palielinās no 50% līdz 75%, žāvētāja ražība palielināsies divas reizes.
Zems cietvielu saturs ir galvenais dobu daļiņu veidošanās iemesls. Žāvēšanas procesā ūdens migrē uz piliena virsmu un pārnēsā cietās daļiņas, kas padara piliena iekšējo daļu dobu; ja ap pilienu veidojas elastīga plēve ar zemu caurlaidību, zemā iztvaikošanas ātruma dēļ piliena temperatūra paaugstinās un ūdens iztvaiko no iekšējās daļas, kas izraisa piliena izspiedumu. Abos gadījumos daļiņu lodveida forma tiks iznīcināta, un veidosies dobas gredzenveida, ābola vai bumbierveida daļiņas, kas samazinās sausā pulvera plūstamību un tilpuma blīvumu. Turklāt suspensija ar augstu cietvielu saturu var samazināt
Īsā žāvēšanas procesā žāvēšanas procesa samazināšana var samazināt līmes daudzumu, kas kopā ar ūdeni tiek pārnests uz daļiņu virsmu, lai izvairītos no tā, ka saistvielas koncentrācija uz daļiņu virsmas ir lielāka nekā centrā, lai daļiņām būtu cieta virsma, un daļiņas presēšanas un formēšanas procesā nedeformētos un nesadruptu, tādējādi samazinot sagataves ķermeņa masu. Tāpēc, lai iegūtu augstas kvalitātes sauso pulveri, ir jāpalielina suspensijas cietvielu saturs.
Žāvēšanai ar izsmidzināšanu izmantotajai suspensijai jābūt pietiekami plūstošai un ar pēc iespējas mazāku mitruma saturu. Ja suspensijas viskozitāti samazina, ievadot vairāk ūdens, palielinās ne tikai žāvēšanas enerģijas patēriņš, bet arī samazinās produkta tilpuma blīvums. Tāpēc ir nepieciešams samazināt suspensijas viskozitāti ar koagulanta palīdzību. Žāvēto suspensiju veido vairāki mikroni vai mazākas daļiņas, kuras var uzskatīt par koloīdu dispersijas sistēmu. Koloidālās stabilitātes teorija parāda, ka uz suspensijas daļiņām iedarbojas divi spēki: van der Valsa spēks (Kulona spēks) un elektrostatiskais atgrūšanas spēks. Ja spēks galvenokārt ir gravitācija, notiks aglomerācija un flokulācija. Mijiedarbības kopējā potenciālā enerģija (VT) starp daļiņām ir saistīta ar to attālumu, kura laikā VT kādā brīdī ir gravitācijas enerģijas VA un atgrūšanas enerģijas VR summa. Kad VT starp daļiņām uzrāda maksimālo pozitīvo potenciālo enerģiju, tā ir depolimerizācijas sistēma. Dotajai suspensijai VA ir noteikta, tāpēc sistēmas stabilitāti nosaka tās funkcijas, kas kontrolē VR: daļiņu virsmas lādiņš un dubulto elektrisko slāņu biezums. Divslāņu biezums ir apgriezti proporcionāls valences saites kvadrātsaknei un līdzsvara jonu koncentrācijai. Divslāņu saspiešana var samazināt flokulācijas potenciālo barjeru, tāpēc valences saitei un līdzsvara jonu koncentrācijai šķīdumā jābūt zemai. Visbiežāk izmantotie deemulgatori ir HCI, HNO3, NaOH, (CH3)3noh (kvaternārais amīns), GA utt.
Tā kā uz ūdens bāzes veidotā 95 alumīnija oksīda keramikas pulvera suspensija ir neitrāla un sārmaina, daudzi koagulanti, kuriem ir laba atšķaidoša iedarbība uz citām keramikas suspensijām, zaudē savu funkciju. Tāpēc ir ļoti grūti pagatavot suspensiju ar augstu cietvielu saturu un labu plūstamību. Neauglīgai alumīnija oksīda suspensijai, kas pieder pie amfotēriskā oksīda, skābā vai sārmainā vidē ir atšķirīgi disociācijas procesi, un tā veido dažāda sastāva un struktūras micellu disociācijas stāvokli. Suspensijas pH vērtība tieši ietekmēs disociācijas un adsorbcijas pakāpi, kā rezultātā mainīsies ζ potenciāls un notiks atbilstošā flokulācija vai disociācija.
Alumīnija oksīda suspensijai ir maksimālā pozitīvā un negatīvā ζ potenciāla vērtība skābā vai sārmainā vidē. Šajā laikā suspensijas viskozitāte ir dekoagulācijas stāvokļa zemākajā vērtībā, savukārt, kad suspensija ir neitrālā stāvoklī, tās viskozitāte palielinās un notiek flokulācija. Pievienojot atbilstošu deemulgatoru, suspensijas plūstamība ievērojami uzlabojas un viskozitāte samazinās, lai tās viskozitātes vērtība būtu tuva ūdens viskozitātes vērtībai. Ūdens plūstamība, ko mēra ar vienkāršu viskozimetru, ir 3 sekundes / 100 ml, un suspensijas plūstamība ir 4 sekundes / 100 ml. Suspensijas viskozitāte samazinās, tāpēc cietvielu saturu suspensijā var palielināt līdz 60% un veidot stabilu pildījumu. Tā kā žāvētāja ražošanas jauda attiecas uz ūdens iztvaikošanu stundā, tā veidojas suspensija.
3.1.2 Galveno parametru kontrole izsmidzināšanas žāvēšanas procesā
Žāvēšanas torņa gaisa plūsmas modelis ietekmē pilienu žāvēšanas laiku, aiztures laiku, atlikušo ūdeni un pielipšanu pie sienām. Šajā eksperimentā pilienu gaisa sajaukšanas process ir jaukta plūsma, tas ir, karstā gāze ieplūst žāvēšanas tornī no augšas, un izsmidzināšanas sprausla ir uzstādīta žāvēšanas torņa apakšā, veidojot strūklakas aerosolu, un piliens ir parabolas formā, tāpēc pilienu sajaukšanās ar gaisu notiek pretplūsmā, un, kad piliens sasniedz gājiena augšdaļu, tas kļūst par lejupvērstu plūsmu un izsmidzina konisku formu. Tiklīdz piliens nonāk žāvēšanas tornī, tas drīz sasniegs maksimālo žāvēšanas ātrumu un nonāks nemainīga ātruma žāvēšanas posmā. Pastāvīga ātruma žāvēšanas posma ilgums ir atkarīgs no piliena mitruma satura, dubļu viskozitātes, sausā gaisa temperatūras un mitruma. Robežpunktu C no nemainīga ātruma žāvēšanas posma līdz ātrai žāvēšanas posmam sauc par kritisko punktu. Šajā laikā piliena virsma vairs nevar uzturēt piesātināto stāvokli, migrējot ūdenim. Samazinoties iztvaikošanas ātrumam, pilienu temperatūra paaugstinās, un pilienu virsma D punktā ir piesātināta, veidojot cieta apvalka slāni. Iztvaikošana virzās uz iekšpusi, un žūšanas ātrums turpina samazināties. Turpmāka ūdens izvadīšana ir saistīta ar cietā apvalka mitruma caurlaidību. Tāpēc ir nepieciešams kontrolēt saprātīgus darbības parametrus.
Sausā pulvera mitruma saturu galvenokārt nosaka izsmidzināšanas žāvētāja izejas temperatūra. Mitruma saturs ietekmē sausā pulvera tilpuma blīvumu un plūstamību, kā arī nosaka presētās sagataves kvalitāti. PVA ir jutīgs pret mitrumu. Dažādos mitruma satura apstākļos vienāds PVA daudzums var izraisīt atšķirīgu sausā pulvera daļiņu virsmas slāņa cietību, kā rezultātā spiediena noteikšana svārstās un ražošanas kvalitāte presēšanas procesā ir nestabila. Tāpēc izejas temperatūra ir stingri jākontrolē, lai nodrošinātu sausā pulvera mitruma saturu. Parasti izejas temperatūra jākontrolē 110 ℃ robežās, un ieplūdes temperatūra attiecīgi jāpielāgo. Ieplūdes temperatūra nedrīkst pārsniegt 400 ℃, parasti aptuveni 380 ℃ robežās. Ja ieplūdes temperatūra ir pārāk augsta, karstā gaisa temperatūra torņa augšpusē pārkarst. Kad miglas pilieni paceļas līdz augstākajam punktam un saskaras ar pārkarsētu gaisu, keramikas pulverī, kas satur saistvielu, saistvielas iedarbība samazināsies un visbeidzot tiks ietekmēta sausā pulvera presēšanas veiktspēja. Otrkārt, ja ieplūdes temperatūra ir pārāk augsta, tiks ietekmēts arī sildītāja kalpošanas laiks, un sildītāja apvalks nokritīs un ar karstu gaisu nonāks žāvēšanas tornī, piesārņojot sauso pulveri. Ar nosacījumu, ka ieplūdes temperatūra un izejas temperatūra ir pamatā noteiktas, izejas temperatūru var regulēt arī ar padeves sūkņa spiedienu, ciklona separatora spiediena starpību, vircas cietvielu saturu un citiem faktoriem.
Ciklona separatora spiediena starpība. Ciklona separatora spiediena starpība ir liela, kas palielinās izejas temperatūru, palielinās smalko daļiņu savākšanu un samazinās žāvētāja ražu.
3.1.3 Izsmidzinot žāvēta pulvera īpašības
Ar izsmidzināšanas žāvēšanas metodi sagatavotā alumīnija keramikas pulvera plūstamība un blīvums parasti ir labāks nekā ar parasto procesu sagatavotajam. Manuāli granulētais pulveris nevar plūst cauri detektoram bez vibrācijas, savukārt izsmidzināšanas granulētais pulveris to var pilnībā izdarīt. Atsaucoties uz ASTM standartu metāla pulvera plūstamības un tilpuma blīvuma pārbaudei, tika mērīts ar izsmidzināšanas žāvēšanu iegūto daļiņu tilpuma blīvums un plūstamība dažādos ūdens satura apstākļos. Skatīt 1. tabulu.
1. tabula. Izsmidzinot žāvēta pulvera irdenais blīvums un plūstamība
1. tabula Pulvera blīvums un plūsmas ātrums
| Mitruma saturs (%) | 1.0 | 1.6 | 2.0 | 2.2 | 4.0 |
| Hermētiskuma blīvums (g/cm3) | 1.15 | 1.14 | 1.16 | 1.18 | 1.15 |
| Likviditāte | 5.3 | 4.7 | 4.6 | 4.9 | 4.5 |
Izsmidzinot žāvēta pulvera mitruma saturu parasti kontrolē 1–3% robežās. Šajā laikā pulvera plūstamība ir laba, kas var atbilst presēšanas formēšanas prasībām.
DG1 ir ar rokām gatavota granulācijas pulvera blīvums, un DG2 ir pulvera blīvums izsmidzināšanas granulācijai.
Ar rokām granulēto pulveri sagatavo, malot lodīšu dzirnavās, žāvējot, sijājot un granulējot.
2. tabula. Manuālās granulācijas un izsmidzināšanas granulācijas ceļā veidoto presēto pulveru blīvums.
2. tabula. Zaļā ķermeņa blīvums
| Spiediens (MPA) | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
| DG1 (g/cm²3) | 2.32 | 2.32 | 2.32 | 2.33 | 2.36 | 2.4 |
| DG2 (g/cm²3) | 2.36 | 2.46 | 2.53 | 2.56 | 2.59 | 2.59 |
Pulvera daļiņu izmērs un morfoloģija tika novērota mikroskopā. Var redzēt, ka daļiņas pamatā ir cietas, sfēriskas, ar skaidru saskarni un gludu virsmu. Dažas daļiņas ir ābola, bumbierveida vai tiltiņveida, veidojot 3% no kopējā daļiņu skaita. Daļiņu izmēru sadalījums ir šāds: maksimālais daļiņu izmērs ir 200 μm (< 1%), minimālais daļiņu izmērs ir 20 μm (atsevišķas), lielākā daļa daļiņu ir aptuveni 100 μm (50%), un lielākā daļa daļiņu ir aptuveni 50 μm (20%). Ar izsmidzināšanas žāvēšanu iegūtais pulveris tiek saķepināts 1650 grādu temperatūrā, un tā blīvums ir 3170 g/cm³.3.
(1) Izmantojot PVA kā saistvielu, pievienojot atbilstošu koagulantu un smērvielu, var iegūt 95 alumīnija oksīda suspensiju ar 60% cietvielu saturu.
(2) saprātīga izsmidzināšanas žāvēšanas darbības parametru kontrole var iegūt ideālu sauso pulveri.
(3) Izmantojot izsmidzināšanas žāvēšanas procesu, var iegūt 95. alumīnija oksīda pulveri, kas ir piemērots sausai presēšanai bez taras. Tā irdenais blīvums ir aptuveni 1,1 g/cm³.3un saķepināšanas blīvums ir 3170 g/cm3.
