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【原創(chuàng)】氮化硅陶瓷為什么要選擇噴霧造粒?


來源:中國粉體網(wǎng)   土豆兒

[導(dǎo)讀]  噴霧造?煞鄹纳屏系某淠顟B(tài),提高素坯的密實(shí)度。

中國粉體網(wǎng)訊  


一、什么是噴霧造粒?


噴霧造粒就是通過采用高速攪拌磨將料漿混勻,然后用高壓噴霧器將料漿噴入造粒塔中進(jìn)行霧化,塔中的霧滴被熱氣流干燥成顆粒狀粉體,通過控制料漿中顆粒表面的酒精的揮發(fā)速率等,可以制備出具備優(yōu)異流動(dòng)性的粉料,這可粉改善料的充模狀態(tài),提高素坯的密實(shí)度。


二、為什么選擇噴霧造粒?


純氮化硅無法通過固相燒結(jié)達(dá)到致密化,必須添加燒結(jié)助劑,與氮化硅粉末表面的氧化硅形成液相而實(shí)現(xiàn)致密化,燒結(jié)助劑與氮化硅粉的密度、粒度、分散性等各不相同,為保證在混料過程中各組分的均勻性,必須對(duì)混料過程的濕化學(xué)工藝和條件進(jìn)行嚴(yán)格控制。


較為傳統(tǒng)的混料工藝過程為:混合-烘干-造粒-過篩。通過延長混合時(shí)間可以改善各組分在料漿中的均勻性,但是由于烘干過程較長,各組分之間的密度差異大,使原本的均勻分散狀態(tài)會(huì)發(fā)生重新團(tuán)聚和沉淀,同時(shí)手工造粒過程中極易引入雜物污染粉料,并且造粒后的顆粒形狀不規(guī)則,粉料的流動(dòng)性差,粉料粒度分布的均勻性和穩(wěn)定性較差,粉料的松裝密度低,導(dǎo)致素坯的密度降低。當(dāng)素坯中殘留的氣孔較多、添加劑分散不均勻時(shí),對(duì)燒結(jié)致密化帶來了較大難度,最終導(dǎo)致產(chǎn)品性能降低。


而解決以上問題的方法就是采用噴霧造粒工藝。


三、噴霧造粒的過程



1.混勻料漿。按照一定的比例,將氮化硅粉、助劑、酒精及粘結(jié)劑等加入到攪拌缸中,通過一定時(shí)間的高速混料,將各個(gè)組分混勻。


2.料漿霧化。料漿由供料系統(tǒng)中的隔膜泵以一定壓力從噴嘴噴入干燥塔,壓力的能量轉(zhuǎn)換為動(dòng)能,料漿由下向上從噴嘴噴出,形成一層高速的液膜,液膜隨即分裂為液滴。


3.霧粒干燥成球。霧粒與熱氣以混合流的方式工作,熱氣是通過頂蓋上的熱氣分配器進(jìn)入塔內(nèi),熱風(fēng)分配器產(chǎn)生一股向下的流線氣流,霧滴由下向上噴入熱氣流。


4.顆粒粉料卸出。干燥形成的球形顆粒粉料在干燥塔內(nèi)逐漸沉降,與熱氣分離,塔下部的漏斗型腔使顆粒料匯集并由出料口卸出。


四、噴霧造粒過程的影響因素分析


1.料漿固含量


造粒粉的干燥過程可以理解為料漿中液相的揮發(fā)過程,當(dāng)料漿固含量增加,經(jīng)過氣動(dòng)隔膜泵時(shí),單位質(zhì)量中料漿的動(dòng)能減少,霧化出的液滴直徑變大,同時(shí)由于液滴中液相的含量少,液相的蒸發(fā)時(shí)間縮短,使得顆粒內(nèi)部的氣孔率降低,最終噴出的粉料顆粒尺寸大,松裝密度高。在料漿的配制混勻過程中,只有嚴(yán)格控制料漿的固含量,才能實(shí)現(xiàn)對(duì)噴霧造粒粉料尺寸及松裝密度的控制,目前漿料的固相含量以45%~55%為較佳。


2.進(jìn)出口溫度


料漿中液相的揮發(fā)依靠的是熱氣流,而熱氣流來源于噴塔進(jìn)口溫度。

當(dāng)進(jìn)口溫度較高時(shí),塔頂熱氣流溫度較高,霧滴升到高處遇到大量熱氣流,液滴表面會(huì)迅速揮發(fā)形成殼,形成的殼阻止了內(nèi)部液相大量揮發(fā),殼內(nèi)壓力升高,到達(dá)一定程度后,會(huì)引起殼爆炸;同時(shí)由于溫度過高,料漿中的有機(jī)粘結(jié)劑發(fā)生嚴(yán)重的固化,使得粘結(jié)劑的性能降低,最終影響粉料的壓制性能。出口溫度過高,霧滴能很快干燥,會(huì)造成粉料顆粒過細(xì),松裝密度高,同時(shí)也易造成噴嘴堵塞。


反之出口溫度過低時(shí),霧滴中溶劑蒸發(fā)慢,易出現(xiàn)粘壁現(xiàn)象,且粉料顆粒強(qiáng)度不夠,破碎顆粒較多,流動(dòng)性較差。


進(jìn)口溫度可以用控制加熱溫度及功率等來調(diào)控,而出口溫度無法通過設(shè)備供熱系統(tǒng)控制,其調(diào)節(jié)是通過控制進(jìn)口溫度,進(jìn)料速度、漿料固含量等來控制。


3.供料泵壓力及進(jìn)料速率


當(dāng)進(jìn)料速率一定時(shí),霧化壓力越大,料漿動(dòng)能越大,較大壓力的料漿經(jīng)過小尺寸噴嘴形成的霧滴直徑就越小,霧滴會(huì)迅速干燥,最終形成的顆粒尺寸偏小,同時(shí)細(xì)小的顆粒會(huì)被抽風(fēng)機(jī)抽取而進(jìn)入除塵系統(tǒng),使得可用粉量降低。


當(dāng)供料泵壓力一定時(shí),進(jìn)料速率越大,形成的霧滴直徑越大,噴霧造粒后顆粒尺寸大,同時(shí)由于溶劑來不及蒸發(fā),使粉料的濕度增大,致使粉料的流動(dòng)性變差。


供料泵壓力與進(jìn)料速率需搭配合理,供料壓力過大,進(jìn)料速率較小時(shí),霧滴噴射高,與頂部的高溫空氣接觸面大,溶劑蒸發(fā)過快,導(dǎo)致顆粒破裂,無法形成理想粒度的粉料;當(dāng)供料壓力過小,進(jìn)料速率較大時(shí),霧滴噴射高度較低,由于塔底部位溫度低,且霧滴尺寸太大,霧滴的溶劑來不及揮發(fā)就落下,會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的粘壁現(xiàn)象,同時(shí)顆粒尺寸大,流動(dòng)性差。


4.粘結(jié)劑含量


噴霧造粒過程粘結(jié)劑主要起到分散粉料,增加顆粒強(qiáng)度,改善脫模效果等作用。


當(dāng)粘結(jié)劑加入量過高時(shí),料漿粘稠度明顯增加,長分子鏈相互橋連,限制了粒子間的運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致料漿的流動(dòng)性和分散性差;同時(shí)由于粘結(jié)劑含量過高,在燒結(jié)致密化過程中,粘結(jié)劑留下的空洞太多,且造粒過程中容易出現(xiàn)堵槍和粘壁現(xiàn)象。


當(dāng)粘結(jié)劑含量過低時(shí),噴霧造粒所制備的顆粒強(qiáng)度較低,顆粒尺寸變小。顆粒表面的粘結(jié)劑含量過少,影響其流動(dòng)性和脫模性。


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