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      一文了解氮化硅陶瓷粉體造粒技術

      發布時間:2020-07-06

      硅陶瓷具有高強度、高硬度、良好的斷裂韌性等優異力學性能,并具有獨特的自潤滑性能,成為高性能陶瓷的研究熱點。氮化硅陶瓷粉體是制備氮化硅陶瓷的關鍵原料,粉體的造粒處理方式是影響陶瓷性能的關鍵步驟,對最終氮化硅陶瓷產品的致密度、力學性能等都具有重要影響。因此,研究氮化硅粉體的造粒處理方法,并根據實際生產情況選取最佳的粉料處理方案對于高性能氮化硅陶瓷的制備具有重要意義。

       圖1 氮化硅陶瓷制品

      一、氮化硅陶瓷粉體的造粒方法

      在工業生產中,氮化硅陶瓷粉體造粒方法主要有干法輥壓造粒技術、冷等靜壓技術、噴霧造粒技術等。與其他氧化物陶瓷粉體相比,氮化硅陶瓷燒結過程中對溫度更加敏感,因此對粉體顆粒的大小以及表面形態的一致性具有較高的要求。

      1干法輥壓造粒技術

      干法輥壓造粒技術是采用干法擠壓工藝技術,將含水量<10%氮化硅陶瓷粉體進行壓縮成片,再經過破碎、整粒、篩分工藝,使片塊狀物料變成符合使用要求的顆粒狀物料。干法輥壓造粒主要靠外部加壓方式,使粉體通過兩個反而旋轉的輥輪間隙,壓縮成片。在輥壓過程中,物料的實際密度能增大1.5-3倍,從而達到一定的強度要求。

      干法輥壓造粒技術優點是:具有造粒效率高、生產成本低等優點。與噴霧造粒相比,干壓造粒所需粘結劑含量低。


      圖2 干法輥壓造粒技術示意圖

      2冷等靜壓造粒技術

      冷等靜壓造粒技術是將氮化硅陶瓷粉體放入特定模具后,再置于冷等靜壓設備中,經過冷等靜壓工藝壓制成坯體,再通過破碎機破碎,過篩,完成造粒過程。冷等靜壓造粒技術優點是利用了液體介質不可壓縮的特點和均勻傳遞壓力的特點,可實現從各個方向對試樣進行均勻加壓,確保粉體各個方向所受到的壓強均勻且大小不變。


      圖3 冷等靜壓設備

      3噴霧造粒技術

      噴霧造粒是指將混合好的料漿直接噴霧到熱空氣中,快速干燥并得到形狀規則的球狀粉粒的造粒方法。通常采用離心式或壓力式噴霧造粒設備對混合后的氮化硅漿料實行邊攪拌邊造粒,從而使得氮化硅粉體均勻分布,從而提高氮化硅顆粒的球形度和粉料的流動性,并改善粉料的粒徑分布。優化噴霧造粒工藝參數,制備出成分高均勻、高一致性的氮化硅球形粉體。噴霧造粒過程中溫度、壓力、供料速度以及攪拌時間、粘結劑的種類等因素對造粒后氮化硅粉料粒徑尺寸、分散性具有重要影響。


      圖4 噴霧造粒工藝流程示意圖

      噴霧造粒工藝優點是:可以避免料漿中各組份發生再團聚和沉降分離,可以保持料漿原有的均勻性并且得到的粒度分布均勻,流動性好。噴霧造粒工藝可實現連續自動化生產,可以提高生產效率,減少粉塵污染。應用噴霧造粒工藝顆粒形狀規則,有利于提高素坯的密度及均勻性,進而改善生坯燒結性能。噴霧造粒工藝目前已經廣泛用在化工、冶金、陶瓷、水泥、食品、醫藥等工業領域。

      此外,粘結劑的選擇也是噴霧造粒工藝中重要的影響因素,目前噴霧造粒常用的粘結劑有酚醛樹脂、聚乙烯醇等。聚乙二醇易溶于乙醇,通過滾動球磨能夠充分的混合,處理后所得粉料顆粒均勻,球形度好,燒結活性高。

      二、結語

      從氮化硅陶瓷粉體造粒技術可以看出,粉體后處理工程是一個包括多學科、多門類的諸多單元操作的系統工程,粉體造粒作為一個新興的行業,正越來越受到人們的重視,其技術和造粒設備的發展日新月異,應用范圍也越來越廣,其范圍已超越了原來的粉體技術的定義,應注重多個專業的交叉和融合,從而進一步推進我國粉體工業的持續提升。



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