Keramiikka
Alumiinioksidikeraaminen on kulutusta kestävä, korroosionkestävä ja erittäin luja keraaminen materiaali. Sitä käytetään laajalti, ja se on tällä hetkellä eniten käytetty korkean lämpötilan rakennekeramiikan luokka. Massatuotannon mahdollistamiseksi ja säännöllisen tuotteen ulkonäön, pienen jauhatusmäärän ja helpon hienojauhatuksen vaatimusten täyttämiseksi on erittäin tärkeää valita kuivapuristusmenetelmä. Puristusmuovaus edellyttää, että aihio on tietyn rakeisuuden omaavaa jauhetta, jossa on vähemmän kosteutta ja sideainetta. Siksi kuulamyllyn ja hienon murskauksen jälkeinen liete on kuivattava ja rakeistettava, jotta saadaan parempi juoksevuus ja suurempi irtotiheys. Sumukuivausrakeistuksesta on tullut perusmenetelmä rakennuskeramiikan ja uusien keramiikoiden tuotannossa. Tällä menetelmällä valmistetulla jauheella on hyvä juoksevuus, tietty osuus suuria ja pieniä hiukkasia ja hyvä irtotiheys. Siksi sumukuivaus on tehokkain menetelmä kuivapuristetun jauheen valmistamiseksi.
Suihkukuivaus on prosessi, jossa nestemäiset materiaalit (mukaan lukien liete) sumutetaan ja muunnetaan sitten kuiviksi jauhemateriaaleiksi kuumassa kuivausväliaineessa. Materiaalit sumutetaan erittäin hienoiksi pallomaisiksi sumupisaroiksi, koska sumupisarat ovat erittäin hienojakoisia ja pinta-alan suhde tilavuuteen on erittäin suuri. Kosteus haihtuu nopeasti, ja kuivaus- ja rakeistusprosessit suoritetaan hetkessä. Materiaalien hiukkaskokoa, kosteuspitoisuutta ja tiheyttä voidaan säätää säätämällä kuivausparametreja. Suihkukuivaustekniikalla voidaan tuottaa tasalaatuista ja toistettavaa pallomaista jauhetta, mikä lyhentää jauheen tuotantoprosessia, helpottaa automaattista ja jatkuvaa tuotantoa ja on tehokas menetelmä hienojen alumiinioksidikeraamisten kuivien jauhemateriaalien laajamittaiseen valmistukseen.
2.1.1 Lietteen valmistus
Ensiluokkaiseen teollisuusalumiiniin, jonka puhtaus on 99 %, lisätään noin 5 % lisäaineita 95 % posliinimateriaalin valmistamiseksi, ja kuulamyllyjauhatus suoritetaan materiaali: kuula:vesi = 1:2:1 -suhteen mukaisesti, ja sideaine, deflokkulantti ja sopiva määrä vettä lisätään stabiilin suspensiolietteen valmistamiseksi. Suhteellinen viskositeetti mitataan yksinkertaisella virtausmittarilla sopivan mudan kiinteän aineen pitoisuuden, deflokkulantin tyypin ja annostuksen määrittämiseksi.
2.1.2 Suihkukuivausprosessi
Suihkukuivausprosessin tärkeimmät säätöprosessiparametrit ovat: a). Kuivaimen ulostulolämpötila. Yleensä säädetään 110 ℃:een. b). Suuttimen sisähalkaisija. Käytä 0,16 mm:n tai 0,8 mm:n aukkoa. c). Syklonierottimen paine-ero, säätö 220 Pa:ssa.
2.1.3 Jauheen suorituskyvyn tarkastus suihkukuivauksen jälkeen
Kosteuden määritys on suoritettava yleisten keraamisten kosteudenmääritysmenetelmien mukaisesti. HiukkanenMorfologiaa ja hiukkaskokoa tarkkailtiin mikroskoopilla. Jauheen juoksevuus ja tiheys testattiin ASTM:n metallijauheen juoksevuutta ja tiheyttä koskevien kokeellisten standardien mukaisesti. Menetelmä on seuraava: tärinän puuttuessa 50 g jauhetta (tarkkuus 0,01 g) kulkee lasisuppilon kaulan läpi, jonka halkaisija on 6 mm ja pituus 3 mm juoksevuuden varmistamiseksi. Tärinän puuttuessa jauhe kulkee saman lasisuppilon läpi ja putoaa samasta lasisuppilosta 25 mm korkeaan astiaan. Tärinän puuttuessa jauhe putoaa irtonaisen pakkaustiheyden mukaan.
3.1.1 Lietteen valmistus
Suihkukuivausrakeistusprosessissa lietteen valmistus on ratkaisevan tärkeää. Lietteen kiintoainepitoisuus, hienous ja juoksevuus vaikuttavat suoraan kuivajauheen tuotokseen ja hiukkaskokoon.
Koska tämäntyyppisen alumiinioksidiposliinin jauhe on karua, on tarpeen lisätä oikea määrä sideainetta aihion muovausominaisuuksien parantamiseksi. Yleisesti käytettyjä orgaanisia aineita, kuten dekstriiniä, polyvinyylialkoholia, karboksimetyyliselluloosaa, polystyreeniä jne. Tässä kokeessa valittiin vesiliukoinen sideaine polyvinyylialkoholi (PVA). Se on herkempi ympäristön kosteudelle, ja ympäristön kosteuden muutos vaikuttaa merkittävästi kuivajauheen ominaisuuksiin.
Polyvinyylialkoholia on monenlaista, ja sen hydrolyysi- ja polymeroitumisaste vaihtelee suuresti, mikä vaikuttaa sumutuskuivausprosessiin. Sen yleinen hydrolyysi- ja polymeroitumisaste vaikuttaa sumutuskuivausprosessiin. Sen annostus on yleensä 0,14–0,15 painoprosenttia. Liian suuri määrä aiheuttaa sumutusjauheen kovien kuivien hiukkasten muodostumisen, mikä estää hiukkasten muodonmuutoksen puristuksen aikana. Jos hiukkasten ominaisuuksia ei voida poistaa puristuksen aikana, nämä viat varastoituvat raakakappaleeseen, eikä niitä voida poistaa polton jälkeen, mikä vaikuttaa lopputuotteen laatuun. Liian pieni sideaineen lisäys ja liian pieni raakalujuus lisäävät toimintahäviöitä. Koe osoittaa, että kun sideainetta lisätään oikea määrä, vihreän aihion poikkileikkaus näkyy mikroskoopilla. Voidaan nähdä, että kun painetta nostetaan 3 MPa:sta 6 MPa:han, poikkileikkaus kasvaa tasaisesti ja pallomaisia hiukkasia on vähän. Kun paine on 9 MPa, poikkileikkaus on sileä, eikä siinä ole periaatteessa pallomaisia hiukkasia, mutta korkea paine johtaa vihreän aihion kerrostumiseen. PVA avataan noin 200 ℃:ssa.
Aloita polttaminen ja valuta noin 360 ℃:ssa. Orgaanisen sideaineen liuottamiseksi ja aihion hiukkasten kostuttamiseksi muodosta hiukkasten väliin nestemäinen välikerros, paranna aihion plastisuutta, vähennä hiukkasten välistä kitkaa ja materiaalien ja muotin välistä kitkaa, edistä puristetun aihion tiheyden kasvua ja paineen jakautumisen homogenisointia sekä lisää sopiva määrä pehmitintä, yleisesti käytettyjä ovat glyseriini, etyylioksaalihappo jne.
Koska sideaine on orgaaninen makromolekyylipolymeeri, myös sideaineen lisäämistapa lietteeseen on erittäin tärkeä. Valmis sideaine on parasta lisätä tasaiseen lieteeseen, jossa on vaadittu kiintoainepitoisuus. Tällä tavoin voidaan välttää liukenemattomien ja dispergoimattomien orgaanisten aineiden pääsy lietteeseen ja vähentää mahdollisia polton jälkeisiä virheitä. Kun sideaine lisätään, liete on helppo muodostaa jauhatuskuulassa tai sekoittamalla. Pisaraan kääritty ilma on kuivassa jauheessa, mikä tekee kuivista hiukkasista onttoja ja vähentää niiden tilavuustiheyttä. Tämän ongelman ratkaisemiseksi voidaan lisätä vaahdonestoaineita.
Taloudellisista ja teknisistä syistä johtuen tarvitaan korkeaa kiintoainepitoisuutta. Koska kuivaimen tuotantokapasiteetti viittaa haihdutusveteen tunnissa, korkean kiintoainepitoisuuden omaava liete lisää merkittävästi kuivajauheen tuotantoa. Kun kiintoainepitoisuus nousee 50 prosentista 75 prosenttiin, kuivaimen tuotanto kaksinkertaistuu.
Alhainen kiintoainepitoisuus on onttojen hiukkasten muodostumisen pääsyy. Kuivumisprosessissa vesi siirtyy pisaran pinnalle ja kuljettaa mukanaan kiinteitä hiukkasia, mikä tekee pisaran sisäosasta onton. Jos pisaran ympärille muodostuu alhaisen läpäisevyyden omaava elastinen kalvo, pienen haihtumisnopeuden vuoksi pisaran lämpötila nousee ja vesi haihtuu sisäosasta, mikä saa pisaran pullistumaan. Molemmissa tapauksissa hiukkasten pallomainen muoto tuhoutuu ja muodostuu onttoja rengasmaisia, omenanmuotoisia tai päärynänmuotoisia hiukkasia, mikä vähentää kuivajauheen juoksevuutta ja tiheyttä. Lisäksi korkean kiintoainepitoisuuden omaava liete voi vähentää...
Lyhyessä kuivausprosessissa kuivausprosessin lyhentäminen voi vähentää hiukkasten pinnalle veden mukana siirtyvän liiman määrää, jotta vältetään sideaineen pitoisuuden nousu hiukkasten pinnalla keskipisteen yläpuolella. Näin hiukkasilla on kova pinta, eivätkä ne muodonmuutos- tai murskaannu puristus- ja muovausprosessin aikana. Tämä vähentää aihion painoa. Siksi lietteen kiinteän aineen pitoisuutta on lisättävä korkealaatuisen kuivajauheen saamiseksi.
Ruiskukuivaukseen käytettävän lietteen tulisi olla riittävän juoksevaa ja mahdollisimman vähän kosteutta. Jos lietteen viskositeettia vähennetään lisäämällä vettä, kuivauksen energiankulutus kasvaa, mutta myös tuotteen tiheys pienenee. Siksi on tarpeen vähentää lietteen viskositeettia koagulantin avulla. Kuivattu liete koostuu useiden mikronien tai pienemmistä hiukkasista, joita voidaan pitää kolloidisena dispersiojärjestelmänä. Kolloidisen stabiilisuuden teoria osoittaa, että suspensiohiukkasiin vaikuttaa kaksi voimaa: van der Waalsin voima (Coulombin voima) ja sähköstaattinen hylkimisvoima. Jos voima on pääasiassa painovoimaa, tapahtuu agglomeraatiota ja flokkulaatiota. Hiukkasten välisen vuorovaikutuksen kokonaispotentiaalienergia (VT) liittyy niiden etäisyyteen, jonka aikana VT on jossain vaiheessa gravitaatioenergian VA ja hylkimisenergian VR summa. Kun hiukkasten välinen VT edustaa suurinta positiivista potentiaalienergiaa, kyseessä on depolymeroitunut järjestelmä. Tietyssä suspensiossa VA on varma, joten järjestelmän stabiilius perustuu VR:ää sääteleviin toimintoihin: hiukkasten pintavaraukseen ja kaksoissähköisten kerrosten paksuuteen. Kaksoiskerroksen paksuus on kääntäen verrannollinen valenssisidoksen neliöjuureen ja tasapainoionien pitoisuuteen. Kaksoiskerroksen puristus voi pienentää flokkulaation potentiaalivallia, joten valenssisidoksen ja tasapainoionien pitoisuuden liuoksessa on oltava alhaiset. Yleisesti käytettyjä emulsioiden poistoaineita ovat HCI, HNO3, NaOH, (CH3)3noh (kvaternäärinen amiini), GA jne.
Koska 95-prosenttisen alumiinioksidikeraamisen jauheen vesipohjainen liete on neutraali ja emäksinen, monet koagulantit, joilla on hyvä laimennusvaikutus muihin keraamisiin lieteisiin, menettävät toimintansa. Siksi on erittäin vaikeaa valmistaa lietettä, jolla on korkea kiintoainepitoisuus ja hyvä juoksevuus. Karu alumiinioksidiliete, joka kuuluu amfoteerisiin oksideihin, käy läpi erilaisia dissosiaatioprosesseja happamassa tai emäksisessä väliaineessa ja muodostaa erilaisia misellikoostumuksia ja -rakenteita. Lietteen pH-arvo vaikuttaa suoraan dissosiaatio- ja adsorptioasteeseen, mikä johtaa ζ-potentiaalin muutokseen ja vastaavaan flokkulaatioon tai dissosiaatioon.
Alumiinilietteellä on suurin positiivinen ja negatiivinen ζ-potentiaali happamassa tai emäksisessä väliaineessa. Tällöin lietteen viskositeetti on dekoagulaatiotilan alimmassa arvossa, kun taas neutraalissa tilassa sen viskositeetti kasvaa ja tapahtuu flokkulaatiota. On havaittu, että lietteen juoksevuus paranee huomattavasti ja lietteen viskositeetti pienenee lisäämällä sopivaa emulsioidenpoistajaa, niin että sen viskositeettiarvo on lähellä veden viskositeettia. Yksinkertaisella viskosimetrillä mitattu veden juoksevuus on 3 sekuntia / 100 ml ja lietteen juoksevuus on 4 sekuntia / 100 ml. Lietteen viskositeetti pienenee, niin että lietteen kiintoainepitoisuus voidaan nostaa 60 prosenttiin ja muodostaa vakaa pakkaus. Koska kuivaimen tuotantokapasiteetti viittaa veden haihtumiseen tunnissa, niin suspensio.
3.1.2 Suihkukuivausprosessin tärkeimpien parametrien hallinta
Kuivaustornin ilmavirtauskuvio vaikuttaa pisaroiden kuivumisaikaan, viipymäaikaan, jäännösveteen ja seinämän tarttumiseen. Tässä kokeessa pisaroiden ilman sekoitusprosessi on sekavirtaus, eli kuuma kaasu tulee kuivaustorniin ylhäältä ja sumutussuutin on asennettu kuivaustornin pohjalle muodostaen suihkulähteen suihkun, joka on paraabelin muotoinen. Pisaran sekoittuminen ilman kanssa on vastavirtainen. Kun pisara saavuttaa iskun huipun, siitä tulee alavirtavirtaus ja suihkuaa kartiomaiseksi. Heti kun pisara saapuu kuivaustorniin, se saavuttaa pian suurimman kuivausnopeuden ja siirtyy vakionopeuden kuivausvaiheeseen. Vakionopeuden kuivausvaiheen pituus riippuu pisaran kosteuspitoisuudesta, mudan viskositeetista sekä kuivan ilman lämpötilasta ja kosteudesta. Rajapistettä C vakionopeuden kuivausvaiheesta nopeaan kuivausvaiheeseen kutsutaan kriittiseksi pisteeksi. Tällöin pisaran pinta ei enää pysty ylläpitämään kylläistä tilaa veden siirtymisen ansiosta. Haihtumisnopeuden laskiessa pisaroiden lämpötila nousee ja pisaroiden pinta pisteessä D kyllästyy muodostaen kovan kuoren kerroksen. Haihtuminen siirtyy sisätiloihin ja kuivumisnopeus hidastuu edelleen. Veden poistuminen lisää riippuu kovan kuoren kosteuden läpäisevyydestä. Siksi on tarpeen kontrolloida kohtuullisia toimintaparametreja.
Kuivajauheen kosteuspitoisuus määräytyy pääasiassa suihkukuivaimen ulostulolämpötilan mukaan. Kosteuspitoisuus vaikuttaa kuivajauheen irtotiheyteen ja juoksevuuteen ja määrää puristetun aihion laadun. PVA on herkkä kosteudelle. Eri kosteuspitoisuuksissa sama PVA-määrä voi aiheuttaa kuivajauhehiukkasten pintakerroksen kovuuden vaihteluita, mikä aiheuttaa paineen vaihteluita ja tuotannon laadun epävakautta puristusprosessin aikana. Siksi ulostulolämpötilaa on valvottava tarkasti kuivajauheen kosteuspitoisuuden varmistamiseksi. Yleensä ulostulolämpötilan tulisi olla 110 ℃ ja sisääntulolämpötilan tulisi olla säädetty vastaavasti. Sisääntulolämpötila ei saa olla yli 400 ℃, yleensä noin 380 ℃. Jos sisääntulolämpötila on liian korkea, tornin yläosassa olevan kuuman ilman lämpötila ylikuumenee. Kun sumupisarat nousevat korkeimpaan kohtaan ja kohtaavat ylikuumentuneen ilman, keraaminen jauhe, joka sisältää sideainetta, heikentää sideaineen vaikutusta ja lopulta kuivajauheen puristuskykyyn vaikuttaa. Toiseksi, jos tulolämpötila on liian korkea, myös lämmittimen käyttöikä heikkenee ja lämmittimen kuori putoaa ja tulee kuumalla ilmalla kuivaustorniin saastuttaen kuivajauheen. Jos tulolämpötila ja lähtölämpötila on periaatteessa määritetty, lähtölämpötilaa voidaan säätää myös syöttöpumpun paineella, syklonierottimen paine-erolla, lietteen kiinteällä pitoisuudella ja muilla tekijöillä.
Syklonierottimen paine-ero. Syklonierottimen paine-ero on suuri, mikä nostaa ulostulolämpötilaa, lisää hienojen hiukkasten kerääntymistä ja vähentää kuivaimen saantoa.
3.1.3 Suihkukuivatun jauheen ominaisuudet
Sumukuivausmenetelmällä valmistetun alumiinioksidikeraamisen jauheen juoksevuus ja pakkaustiheys ovat yleensä parempia kuin tavanomaisella menetelmällä valmistetun jauheen. Manuaalisesti rakeistettu jauhe ei voi virrata ilmaisinlaitteen läpi ilman tärinää, ja ruiskutettava jauhe pystyy tähän täydellisesti. Metallijauheen juoksevuuden ja irtotiheyden testausta koskevaa ASTM-standardia käyttäen mitattiin ruiskukuivauksella saatujen hiukkasten irtotiheys ja juoksevuus eri vesipitoisuusolosuhteissa. Katso taulukko 1.
Taulukko 1 Suihkukuivatun jauheen irtotiheys ja juoksevuus
Taulukko 1 Jauheen tiheys ja virtausnopeus
| Kosteuspitoisuus (%) | 1.0 | 1.6 | 2.0 | 2.2 | 4.0 |
| Tiiviystiheys (g/cm3) | 1.15 | 1.14 | 1.16 | 1.18 | 1.15 |
| Likviditeetti | 5.3 | 4.7 | 4.6 | 4.9 | 4.5 |
Suihkukuivatun jauheen kosteuspitoisuus pidetään yleensä 1–3 prosentissa. Tällöin jauheen juoksevuus on hyvä, mikä voi täyttää puristusmuovauksen vaatimukset.
DG1 on käsintehdyn rakeistusjauheen tiheys ja DG2 on ruiskutettavan rakeistusjauheen tiheys.
Käsin rakeistettu jauhe valmistetaan jauhamalla kuulamyllyssä, kuivaamalla, seulomalla ja rakeistamalla.
Taulukko 2 Manuaalisella rakeistuksella ja ruiskurakeistuksella muodostettujen puristettujen jauheiden tiheys
Taulukko 2 Vihreän kappaleen tiheys
| Paine (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 |
Jauheen hiukkaskokoa ja morfologiaa tutkittiin mikroskoopilla. Voidaan nähdä, että hiukkaset ovat pohjimmiltaan kiinteitä, pallomaisia, selkeällä rajapinnalla ja sileällä pinnalla. Jotkut hiukkaset ovat omenan, päärynän tai sillan muotoisia, ja ne muodostavat 3 % kokonaismäärästä. Hiukkaskokojakauma on seuraava: suurin hiukkaskoko on 200 μm (< 1 %), pienin hiukkaskoko on 20 μm (yksittäinen), useimmat hiukkaset ovat noin 100 μm (50 %) ja useimmat hiukkaset ovat noin 50 μm (20 %). Sumutuskuivauksella tuotettu jauhe sintrataan 1650 asteessa ja tiheys on 3170 g/cm³.3.
(1) Käyttämällä PVA:ta sideaineena ja lisäämällä sopivaa koagulanttia ja voiteluainetta voidaan saada 95-prosenttista alumiinioksidilietettä, jonka kiintoainepitoisuus on 60 %.
(2) Suihkukuivausoperaation parametrien kohtuullinen hallinta voi saada ihanteellisen kuivajauheen.
(3) sumutuskuivausmenetelmällä voidaan tuottaa 95-prosenttista alumiinioksidijauhetta, joka soveltuu kuivapuristusprosessiin. Sen irtotiheys on noin 1,1 g/cm³.3ja sintraustiheys on 3170 g/cm³3.
