Ceramica
A ceramica d'alumina hè un tipu di materiale ceramicu resistente à l'usura, à a currusione è à alta resistenza. Hè largamente aduprata è hè attualmente a categuria più largamente aduprata di ceramica strutturale à alta temperatura. Per furmà una pruduzzione di massa è risponde à i requisiti di l'aspettu regulare di u produttu, di a piccula quantità di macinazione è di a faciule macinazione fina, hè assai necessariu sceglie u metudu di furmazione di pressatura a seccu. U stampaggio à compressione richiede chì u pezzu grezzu sia una polvere cù una certa gradazione, cù menu umidità è legante. Dunque, a sospensione di u batch dopu a macinazione à palle è a frantumazione fina deve esse secca è granulata per ottene a polvere cù una migliore fluidità è una densità di massa più alta. A granulazione per essiccazione à spruzzu hè diventata u metudu basicu per a pruduzzione di ceramica da custruzzione è di nova ceramica. A polvere preparata da questu prucessu hà una bona fluidità, una certa proporzione di particelle grande è chjuche, è una bona densità di massa. Dunque, l'essiccazione à spruzzu hè u metudu più efficace per preparà a polvere pressata a seccu.
L'asciugatura à spruzzu hè un prucessu in u quale i materiali liquidi (cumpresi i fanghi) sò atomizzati è dopu cunvertiti in materiali in polvere secca in un mediu di asciugatura caldu. I materiali sò atomizzati in gocce di nebbia sferiche estremamente fini, per via di e gocce di nebbia chì sò assai fini è u rapportu trà a superficia è u vulume hè assai grande, l'umidità evapora rapidamente, è i prucessi di asciugatura è granulazione sò cumpletati in un istante. A dimensione di e particelle, u cuntenutu di umidità è a densità di massa di i materiali ponu esse cuntrullati aghjustendu i parametri di l'operazione di asciugatura. A polvere sferica cù una qualità uniforme è una bona ripetibilità pò esse prudutta aduttendu a tecnulugia di asciugatura à spruzzu, accurtendu cusì u prucessu di pruduzzione di polvere, facilitendu a pruduzzione automatica è cuntinua, è essendu un metudu efficace per a preparazione à grande scala di materiali in polvere secca di ceramica d'allumina fina.
2.1.1 Preparazione di a sospensione
L'alumina industriale di prima classe cù una purezza di 99% hè aghjunta cù circa 5% di additivi per preparà materiale di porcellana à 95%, è a macinazione à palle hè realizata secondu u rapportu di materiale: palla: acqua = 1: 2: 1, è legante, deflocculante è quantità adatta d'acqua sò aghjunti per preparà una sospensione stabile. A viscosità relativa hè misurata cù un semplice misuratore di flussu per determinà u cuntenutu solidu di fangu adattatu, u tipu è a dosa di deflocculante.
2.1.2 Prucessu di asciugatura à spruzzu
I principali parametri di u prucessu di cuntrollu in u prucessu di asciugatura à spruzzatura sò: a). A temperatura di uscita di l'asciugatrice. Generalmente cuntrullata à 110 ℃. b). Diametru internu di l'ugellu. Aduprate una piastra di orifiziu di 0,16 mm o 0,8 mm. c), Differenza di pressione di u separatore ciclonicu, cuntrollu à 220 Pa.
2.1.3 Ispezione di e prestazioni di a polvere dopu l'asciugatura à spruzzu
A determinazione di l'umidità deve esse realizata secondu i metudi cumuni di determinazione di l'umidità ceramica. A particellaA morfologia è a dimensione di e particelle sò state osservate à u microscopiu. A fluidità è a densità di massa di a polvere sò state testate secondu i standard sperimentali ASTM per a fluidità è a densità di massa di a polvere metallica. U metudu hè: in cundizione di assenza di vibrazioni, 50 g di polvere (precisa à 0,01 g) passa per un collu d'imbutu di vetru cù un diametru di 6 mm è una lunghezza di 3 mm per a so fluidità; In cundizione di assenza di vibrazioni, a polvere passa per u listessu imbutu di vetru è cade in un cuntainer altu 25 mm da u listessu imbutu di vetru. A densità senza vibrazioni hè a densità di imballaggio scioltu.
3.1.1 Preparazione di a pasta
Cù u prucessu di granulazione per essiccazione à spruzzatura, a preparazione di a pasta hè una chjave cruciale. U cuntenutu di solidi, a finezza è a fluidità di u fangu affettanu direttamente a pruduzzione è a dimensione di e particelle di a polvere secca.
Siccomu a polvere di stu tipu di porcellana d'alumina hè sterile, hè necessariu aghjunghje una quantità adatta di legante per migliurà e prestazioni di furmazione di u blank. Sustanze organiche cumunemente aduprate cum'è destrina, alcolu polivinilicu, carbossimetilcellulosa, polistirene, ecc. L'alcolu polivinilicu (PVA), un legante solubile in acqua, hè statu sceltu in questu esperimentu. Hè più sensibile à l'umidità ambientale, cù u cambiamentu di l'umidità ambientale influenzerà significativamente e proprietà di a polvere secca.
L'alcol polivinilicu hà parechji tipi diversi, diversi gradi d'idrolisi è gradi di polimerizazione, chì affettanu u prucessu di asciugatura à spruzzu. U so gradu generale d'idrolisi è u so gradu di polimerizazione affettanu u prucessu di asciugatura à spruzzu. A so dosa hè di solitu 0,14-0,15% in pesu. L'aghjunta di troppu farà chì a polvere di granulazione à spruzzu formi particelle di polvere secca è dura per impedisce à e particelle di deformassi durante a pressatura. Se e caratteristiche di e particelle ùn ponu esse eliminate durante a pressatura, questi difetti saranu almacenati in u corpu verde è ùn ponu esse eliminati dopu a cottura, ciò chì affettarà a qualità di u pruduttu finale. L'aghjunta di legante cù una forza verde troppu bassa aumenterà a perdita di funziunamentu. L'esperimentu mostra chì quandu si aghjusta una quantità adatta di legante, a sezione di a billetta verde hè osservata sottu à u microscopiu. Si pò vede chì quandu a pressione hè aumentata da 3Mpa à 6Mpa, a sezione hè aumentata senza intoppi, è ci hè un picculu numeru di particelle sferiche. Quandu a pressione hè 9Mpa, a sezione hè liscia, è ùn ci sò praticamente micca particelle sferiche, ma l'alta pressione porta à a stratificazione di billetta verde. U PVA hè apertu à circa 200 ℃
Cuminciate à brusgià, è sguttate à circa 360 ℃. Per dissolve u legante organicu è bagnà e particelle di billetta, formate u stratu intermediu liquidu trà e particelle, migliurà a plasticità di a billetta, riduce l'attritu trà e particelle è l'attritu trà i materiali è u stampu, prumove l'aumentu di a densità di a billetta pressata è l'omogeneizazione di a distribuzione di a pressione, è ancu aghjunghje a quantità adatta di plastificante, cumunemente usati sò glicerina, acidu etil ossalicu, ecc.
Siccomu u ligante hè un polimeru macromoleculare organicu, u metudu di aghjunghje u ligante in a pasta hè ancu assai impurtante. Hè megliu aghjunghje u ligante preparatu in u fangu uniforme cù u cuntenutu solidu necessariu. In questu modu, si pò evità chì e materie organiche micca dissolte è micca disperse sianu purtate in a pasta, è i pussibuli difetti dopu a cottura ponu esse ridutti. Quandu u ligante hè aghjuntu, a pasta hè facilmente generata da a macinazione à palle o da l'agitazione. L'aria avvolta in a goccia hè in a polvere secca, ciò chì rende e particelle secche cave è riduce a densità di u vulume. Per risolve stu prublema, si ponu aghjunghje antischiuma.
A causa di esigenze ecunomiche è tecniche, hè necessariu un altu cuntenutu di solidi. Siccomu a capacità di pruduzzione di l'asciugatrice si riferisce à l'acqua d'evaporazione per ora, a pasta cù un altu cuntenutu di solidi aumenterà significativamente a pruduzzione di polvere secca. Quandu u cuntenutu di solidi aumenta da 50% à 75%, a pruduzzione di l'asciugatrice aumenterà di duie volte.
Un bassu cuntenutu di solidi hè a ragione principale di a furmazione di particelle cave. In u prucessu di asciugatura, l'acqua migra versu a superficia di a goccia è porta particelle solide, ciò chì rende a parte interna di a goccia cava; se si forma una pellicola elastica à bassa permeabilità intornu à a goccia, per via di a bassa velocità di evaporazione, a temperatura di a goccia aumenta, è l'acqua evapora da a parte interna, ciò chì face chì a goccia si gonfi. In i dui casi, a forma di palla di e particelle serà distrutta, è si pruduceranu particelle anulari cave o in forma di mela o in forma di pera, ciò chì riducerà a fluidità è a densità di massa di a polvere secca. Inoltre, a sospensione cù un altu cuntenutu di solidi pò riduce
In un prucessu di siccatura cortu, a riduzione di u prucessu di siccatura pò riduce a quantità di adesivo trasferitu à a superficia di e particelle inseme cù l'acqua, in modu da evità chì a cuncentrazione di legante nantu à a superficia di e particelle sia più grande di u centru, affinchì e particelle abbianu una superficia dura, è e particelle ùn si deforminu è ùn si schiaccinu micca durante u prucessu di pressatura è furmazione, riducendu a massa corporea di a billetta. Dunque, per ottene una polvere secca di alta qualità, u cuntenutu solidu di a pasta deve esse aumentatu.
A pasta liquida aduprata per l'asciugatura à spruzzu deve avè una fluidità sufficiente è a minima umidità pussibule. Se a viscosità di a pasta liquida hè ridutta introducendu più acqua, micca solu u cunsumu energeticu di l'asciugatura hè aumentatu, ma ancu a densità di u pruduttu hè ridutta. Dunque, hè necessariu riduce a viscosità di a pasta liquida cù l'aiutu di un coagulante. A pasta liquida secca hè cumposta da parechji micron o particelle più chjuche, chì ponu esse cunsiderate cum'è un sistema di dispersione colloidale. A teoria di a stabilità colloidale mostra chì ci sò duie forze chì agiscenu nantu à e particelle di sospensione: a forza di van der Waals (forza di Coulomb) è a forza di repulsione elettrostatica. Sè a forza hè principalmente a gravità, si verificanu agglomerazione è flocculazione. L'energia potenziale tutale (VT) di l'interazione trà e particelle hè ligata à a so distanza, durante a quale VT à un certu puntu hè a somma di l'energia gravitazionale VA è di l'energia repulsiva VR. Quandu VT trà e particelle presenta l'energia potenziale pusitiva massima, hè u sistema di depolimerizazione. Per una data sospensione VA hè certa, dunque a stabilità di u sistema hè quelle funzioni chì cuntrolanu VR: a carica superficiale di e particelle è u spessore di i doppi strati elettrici. U spessore di u doppiu stratu hè inversamente proporzionale à a radice quadrata di u ligame di valenza è a cuncentrazione di l'ioni d'equilibriu. A cumpressione à doppiu stratu pò riduce a barriera potenziale di flocculazione, dunque u ligame di valenza è a cuncentrazione di l'ioni d'equilibriu in a suluzione devenu esse bassi. I demulsionanti cumunemente usati sò HCI, HNO3, NaOH, (CH)3noh (amina quaternaria), GA, ecc.
Siccomu a pasta à basa d'acqua di polvere ceramica d'alumina 95 hè neutra è alcalina, parechji coagulanti chì anu un bon effettu diluente nantu à altre pastiglie ceramiche perdenu a so funzione. Dunque, hè assai difficiule di preparà a pasta cù un altu cuntenutu di solidi è una bona fluidità. A pasta d'alumina sterile, chì appartene à l'ossidu anfotericu, hà diversi prucessi di dissociazione in mezi acidi o alcalini, è forma u statu di dissociazione di diverse cumpusizioni è strutture di micelle. U valore di pH di a pasta influenzerà direttamente u gradu di dissociazione è adsorbimentu, risultendu in u cambiamentu di u putenziale ζ è a flocculazione o dissociazione currispondente.
A pasta d'alumina hà u valore massimu di putenziale ζ pusitivu è negativu in un ambiente acidu o alcalinu. In questu mumentu, a viscosità di a pasta hè in u valore u più bassu di u statu di decoagulazione, mentre chì quandu a pasta hè in cundizione neutra, a so viscosità aumenta è si verifica a flocculazione. Si trova chì a fluidità di a pasta hè assai migliorata è a viscosità di a pasta hè ridutta aghjunghjendu un demulsionante adattatu, in modu chì u so valore di viscosità sia vicinu à quellu di l'acqua. A fluidità di l'acqua misurata da un viscosimetru simplice hè di 3 secondi / 100 ml, è a fluidità di a pasta hè di 4 secondi / 100 ml. A viscosità di a pasta hè ridutta, in modu chì u cuntenutu solidu in a pasta pò esse aumentatu à 60%, è si pò furmà un imballaggio stabile. Siccomu a capacità di pruduzzione di l'asciugatore si riferisce à l'evaporazione di l'acqua per ora, cusì a sospensione.
3.1.2 Cuntrollu di i principali parametri in u prucessu di asciugatura à spruzzatura
U mudellu di flussu d'aria in a torre di asciugatura affetta u tempu di asciugatura, u tempu di ritenzione, l'acqua residuale è l'adesione di e gocce à u muru. In questu esperimentu, u prucessu di mischju d'aria di e gocce hè un flussu mistu, vale à dì, u gasu caldu entra in a torre di asciugatura da a cima, è l'ugellu atomizatore hè installatu in fondu à a torre di asciugatura, furmendu un spruzzu di funtana, è a goccia hè una parabola, dunque a goccia chì si mischia cù l'aria hè in contracorrente, è quandu a goccia ghjunghje à a cima di u colpu, diventa un flussu à valle è spruzza in forma cònica. Appena a goccia entra in a torre di asciugatura, ghjunghjerà prestu à a velocità massima di asciugatura è entrerà in a fase di asciugatura à velocità costante. A lunghezza di a fase di asciugatura à velocità costante dipende da u cuntenutu di umidità di a goccia, da a viscosità di u fangu, da a temperatura è da l'umidità di l'aria secca. U puntu di cunfine C da a fase di asciugatura à velocità costante à a fase di asciugatura rapida hè chjamatu puntu criticu. À questu tempu, a superficia di a goccia ùn pò più mantene u statu saturatu per via di a migrazione di l'acqua. Cù a diminuzione di a velocità di evaporazione, a temperatura di e gocce aumenta, è a superficia di e gocce à u puntu D hè saturata, furmendu un stratu di gusciu duru. L'evaporazione si move versu l'internu, è a velocità di asciugatura cuntinueghja à calà. L'ulteriore eliminazione di l'acqua hè ligata à a permeabilità à l'umidità di u gusciu duru. Dunque, hè necessariu cuntrullà i parametri di funziunamentu ragiunevuli.
U cuntenutu d'umidità di a polvere secca hè principalmente determinatu da a temperatura di uscita di l'asciugatore à spruzzu. U cuntenutu d'umidità affetta a densità apparente è a fluidità di a polvere secca, è determina a qualità di u pezzu grezzu pressatu. U PVA hè sensibile à l'umidità. In diverse cundizioni di cuntenutu d'umidità, a stessa quantità di PVA pò causà una durezza diversa di u stratu superficiale di e particelle di polvere secca, ciò chì face chì a determinazione di a pressione fluttui è a qualità di a produzzione sia instabile durante u prucessu di pressatura. Dunque, a temperatura di uscita deve esse strettamente cuntrullata per assicurà u cuntenutu d'umidità di a polvere secca. In generale, a temperatura di uscita deve esse cuntrullata à 110 ℃, è a temperatura d'entrata deve esse aghjustata di cunseguenza. A temperatura d'entrata ùn hè micca più di 400 ℃, generalmente cuntrullata à circa 380 ℃. Se a temperatura d'entrata hè troppu alta, a temperatura di l'aria calda in cima à a torre si surriscaldarà. Quandu e gocce di nebbia ghjunghjenu à u puntu più altu è scontranu l'aria surriscaldata, per a polvere ceramica chì cuntene legante, l'effettu di u legante serà riduttu, è infine a prestazione di pressatura di a polvere secca serà affettata. In segundu locu, se a temperatura d'entrata hè troppu alta, a vita di serviziu di u riscaldatore serà ancu affettata, è a pelle di u riscaldatore cascherà è entrerà in a torre di asciugatura cù aria calda, inquinendu a polvere secca. Sottu a cundizione chì a temperatura d'entrata è a temperatura di uscita sò basicamente determinate, a temperatura di uscita pò ancu esse aghjustata da a pressione di a pompa di alimentazione, a differenza di pressione di u separatore ciclonicu, u cuntenutu solidu di a fanghiglia è altri fattori.
Differenza di pressione di u separatore ciclonicu. A differenza di pressione di u separatore ciclonicu hè grande, ciò chì aumenterà a temperatura di uscita, aumenterà a raccolta di particelle fini è riducerà u rendimentu di l'asciugatrice.
3.1.3 Proprietà di a polvere secca à spruzzu
A fluidità è a densità di imballaggio di a polvere ceramica d'alumina preparata per mezu di u metudu di asciugatura à spruzzu sò generalmente megliu cà quelle preparate per mezu di u prucessu abituale. A polvere di granulazione manuale ùn pò micca scorrere à traversu u dispusitivu di rilevazione senza vibrazioni, è a polvere di granulazione à spruzzu pò fà questu cumpletamente. Riferendusi à a norma ASTM per pruvà a fluidità è a densità di massa di a polvere metallica, a densità di massa è a fluidità di e particelle ottenute per asciugatura à spruzzu in diverse cundizioni di cuntenutu d'acqua sò state misurate. Vede a Tavula 1.
Tavula 1 densità sciolta è fluidità di polvere secca à spruzzu
Tavula 1 Densità di polvere è velocità di flussu
| Cuntenutu d'umidità (%) | 1.0 | 1.6 | 2.0 | 2.2 | 4.0 |
| Densità di strettezza (g/cm3) | 1.15 | 1.14 | 1.16 | 1.18 | 1.15 |
| Liquidità (e) | 5.3 | 4.7 | 4.6 | 4.9 | 4.5 |
U cuntenutu d'umidità di a polvere secca à spruzzu hè generalmente cuntrullatu à 1 - 3%. In questu mumentu, a fluidità di a polvere hè bona, chì pò risponde à i requisiti di stampaggio à pressa.
DG1 hè a densità di a polvere di granulazione fatta à manu, è DG2 hè a densità di a polvere per a granulazione à spray.
A polvere granulata à manu hè preparata per macinazione à palle, essiccazione, setacciatura è granulazione.
Tavula 2 densità di polveri pressate furmate da granulazione manuale è granulazione à spruzzu
Tavula 2 Densità di u corpu verde
| Pressione (MPA) | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
| DG1 (g/cm3) | 2.32 | 2.32 | 2.32 | 2.33 | 2.36 | 2.4 |
| DG2 (g/cm3) | 2.36 | 2.46 | 2.53 | 2.56 | 2.59 | 2.59 |
A dimensione di e particelle è a morfologia di a polvere sò state osservate à u microscopiu. Si pò vede chì e particelle sò basicamente sferiche solide, cù una interfaccia chjara è una superficia liscia. Alcune particelle anu a forma di mela, a forma di pera o sò à ponte, chì rapprisentanu u 3% di u totale. A distribuzione di a dimensione di e particelle hè a seguente: a dimensione massima di e particelle hè 200 μm (< 1%), a dimensione minima di e particelle hè 20 μm (individuale), a maiò parte di e particelle sò circa 100 μm (50%), è a maiò parte di e particelle sò circa 50 μm (20%). A polvere prodotta da l'essiccazione à spruzzo hè sinterizzata à 1650 gradi è a densità hè 3170 g/cm3.3.
(1) Una pasta d'alumina 95 cù un cuntenutu solidu di 60% pò esse ottenuta aduprendu PVA cum'è ligante, aghjunghjendu un coagulante è un lubrificante adatti.
(2) un cuntrollu raghjonevule di i parametri di l'operazione di asciugatura à spruzzatura pò ottene una polvere secca ideale.
(3) Aduttendu u prucessu di asciugatura à spruzzatura, si pò pruduce polvere d'alumina 95, chì hè adatta per u prucessu di pressatura à seccu in massa. A so densità libera hè di circa 1,1 g/cm3.3è a densità di sinterizzazione hè 3170 g/cm3.
