Keramika
Alumina keramika je vrsta keramičkog materijala otpornog na habanje, koroziju i visoku čvrstoću. Široko se koristi i trenutno je najšire korištena kategorija visokotemperaturne strukturne keramike. Da bi se formirala masovna proizvodnja i ispunili zahtjevi pravilnog izgleda proizvoda, male količine mljevenja i lakog finog mljevenja, vrlo je važno odabrati metodu oblikovanja suhim presovanjem. Presovanje zahtijeva da blank bude prah određene gradacije, sa manje vlage i veziva. Stoga se suspenzija smjese nakon mljevenja kugli i finog drobljenja mora osušiti i granulirati kako bi se dobio prah sa boljom fluidnošću i većom gustinom. Granulacija sušenjem raspršivanjem postala je osnovna metoda za proizvodnju građevinske keramike i nove keramike. Prah pripremljen ovim postupkom ima dobru fluidnost, određeni udio velikih i malih čestica i dobru gustinu. Stoga je sušenje raspršivanjem najefikasnija metoda za pripremu suho presovanog praha.
Sušenje raspršivanjem je proces u kojem se tečni materijali (uključujući suspenziju) atomiziraju, a zatim pretvaraju u suhe praškaste materijale u vrućem mediju za sušenje. Materijali se atomiziraju u izuzetno fine sferne kapi magle. Zbog toga što su kapi magle vrlo fine i odnos površine i zapremine je vrlo velik, vlaga brzo isparava, a procesi sušenja i granulacije se završavaju u trenutku. Veličina čestica, sadržaj vlage i gustoća materijala mogu se kontrolirati podešavanjem parametara sušenja. Sferni prah ujednačenog kvaliteta i dobre ponovljivosti može se proizvesti primjenom tehnologije sušenja raspršivanjem, čime se skraćuje proces proizvodnje praha, olakšava automatska i kontinuirana proizvodnja i predstavlja efikasnu metodu za pripremu velikih količina finih suhih praškastih materijala od aluminijeve keramike.
2.1.1 Priprema suspenzije
Prvoklasni industrijski aluminijum oksid čistoće od 99% dodaje se sa oko 5% aditiva kako bi se dobio 95% porculanskog materijala, a kuglično mljevenje se vrši prema omjeru materijal:kugla:voda = 1:2:1, a vezivo, deflokulant i odgovarajuća količina vode dodaju se kako bi se dobila stabilna suspenzija. Relativna viskoznost se mjeri jednostavnim mjeračem protoka kako bi se odredio odgovarajući sadržaj čvrste materije u blatu, vrsta i doza deflokulanta.
2.1.2 Proces sušenja raspršivanjem
Glavni parametri procesa kontrole u procesu sušenja raspršivanjem su: a). Izlazna temperatura sušača. Generalno se kontroliše na 110℃. b). Unutrašnji prečnik mlaznice. Koristiti otvor od 0,16 mm ili 0,8 mm. c). Razlika pritiska ciklonskog separatora, kontrolisati na 220 Pa.
2.1.3 Inspekcija performansi praha nakon sušenja raspršivanjem
Određivanje vlage treba provesti prema uobičajenim metodama određivanja vlage u keramici. ČesticeMorfologija i veličina čestica su posmatrane mikroskopom. Fluidnost i gustina praha su testirane prema ASTM eksperimentalnim standardima za fluidnost i gustinu metalnog praha. Metoda je: pod uslovom da nema vibracija, 50 g praha (tačno do 0,01 g) prolazi kroz vrat staklenog lijevka prečnika 6 mm i dužine 3 mm za njegovu fluidnost; pod uslovom da nema vibracija, prah prolazi kroz isti stakleni lijevak i pada u posudu visine 25 mm iz istog staklenog lijevka. Gustoća bez vibracija je gustoća rastresitog pakovanja.
3.1.1 Priprema suspenzije
Kod procesa granulacije sušenjem raspršivanjem, priprema suspenzije je ključna. Sadržaj čvrstih materija, finoća i fluidnost suspenzije direktno će uticati na izlaz i veličinu čestica suvog praha.
Budući da je prah ove vrste aluminijumskog porculana neplodan, potrebno je dodati odgovarajuću količinu veziva kako bi se poboljšale karakteristike oblikovanja blanka. Uobičajeno korištene organske tvari poput dekstrina, polivinil alkohola, karboksimetilceluloze, polistirena itd. U ovom eksperimentu odabran je polivinil alkohol (PVA), vezivo topljivo u vodi. Osjetljiviji je na vlažnost okoline, a promjena vlažnosti okoline značajno će utjecati na svojstva suhog praha.
Polivinil alkohol ima mnogo različitih vrsta, različitih stepena hidrolize i stepena polimerizacije, što će uticati na proces sušenja raspršivanjem. Njegov opšti stepen hidrolize i stepen polimerizacije će uticati na proces sušenja raspršivanjem. Njegova doza je obično 0,14 - 0,15 težinskih%. Dodavanje previše će uzrokovati da prah za granulaciju raspršivanjem formira tvrde suhe čestice praha, što će spriječiti deformaciju čestica tokom presovanja. Ako se karakteristike čestica ne mogu eliminisati tokom presovanja, ovi nedostaci će se pohraniti u sirovom materijalu i neće se moći eliminisati nakon pečenja, što će uticati na kvalitet konačnog proizvoda. Dodavanje premale količine veziva će povećati gubitke tokom rada. Eksperiment pokazuje da kada se doda odgovarajuća količina veziva, presjek sirovog komada se posmatra pod mikroskopom. Može se vidjeti da kada se pritisak poveća sa 3 MPa na 6 MPa, presjek se postepeno povećava i postoji mali broj sfernih čestica. Kada je pritisak 9Mpa, presjek je gladak i u osnovi nema sferičnih čestica, ali visoki pritisak će dovesti do stratifikacije zelenog komada. PVA se otvara na oko 200 ℃.
Počinje goreti i cijediti se na temperaturi od oko 360 ℃. Da bi se rastvorilo organsko vezivo i navlažile čestice gredice, formira se tečni međusloj između čestica, poboljšala plastičnost gredice, smanjilo trenje između čestica i trenje između materijala i kalupa, podstaklo povećanje gustine presovane gredice i homogenizacija raspodjele pritiska, a također se dodaje odgovarajuća količina plastifikatora, od kojih se najčešće koriste glicerin, etil oksalna kiselina itd.
Budući da je vezivo organski makromolekularni polimer, metoda dodavanja veziva u suspenziju je također vrlo važna. Najbolje je pripremljeno vezivo dodati u ujednačenu suspenziju s potrebnim sadržajem čvrstih tvari. Na taj način se može izbjeći unošenje nerastvorenih i nedisperznih organskih tvari u suspenziju, a mogu se smanjiti i mogući nedostaci nakon pečenja. Kada se doda vezivo, suspenzija se lako stvara kugličnim mljevenjem ili miješanjem. Zrak umotan u kapljicu nalazi se u suhom prahu, što čini suhe čestice šupljima i smanjuje zapreminsku gustoću. Kako bi se riješio ovaj problem, mogu se dodati sredstva protiv pjenjenja.
Zbog ekonomskih i tehničkih zahtjeva, potreban je visok sadržaj čvrstih materija. Budući da se proizvodni kapacitet sušare odnosi na količinu vode koja isparava po satu, suspenzija sa visokim sadržajem čvrstih materija će značajno povećati prinos suhog praha. Kada se sadržaj čvrstih materija poveća sa 50% na 75%, prinos sušare će se povećati za dva puta.
Nizak sadržaj čvrstih materija je glavni razlog za formiranje šupljih čestica. U procesu sušenja, voda migrira na površinu kapljice i nosi čvrste čestice, što čini unutrašnji dio kapljice šupljim; ako se oko kapljice formira elastični film niske propusnosti, zbog male brzine isparavanja, temperatura kapljice se povećava, a voda isparava iz unutrašnjeg dijela, što uzrokuje ispupčenje kapljice. U oba slučaja, oblik kugle čestica će biti uništen, a nastat će šuplje prstenaste ili čestice u obliku jabuke ili kruške, što će smanjiti fluidnost i gustoću suhog praha. Osim toga, suspenzija s visokim sadržajem čvrstih materija može smanjiti...
U kratkom procesu sušenja, smanjenje procesa sušenja može smanjiti količinu ljepila koje se prenosi na površinu čestica zajedno s vodom, kako bi se izbjeglo da koncentracija veziva na površini čestica bude veća nego u središtu, tako da čestice imaju tvrdu površinu i da se čestice ne deformišu i ne drobe tokom procesa presovanja i oblikovanja, te da se smanji masa obrađenog komada. Stoga, da bi se dobio visokokvalitetni suhi prah, sadržaj čvrste materije u suspenziji mora se povećati.
Suspenzija koja se koristi za sušenje raspršivanjem treba imati dovoljnu fluidnost i što manje vlage. Ako se viskoznost suspenzije smanji uvođenjem više vode, ne samo da se povećava potrošnja energije za sušenje, već se smanjuje i gustoća proizvoda. Stoga je potrebno smanjiti viskoznost suspenzije uz pomoć koagulanta. Osušena suspenzija sastoji se od nekoliko mikrona ili manjih čestica, što se može smatrati koloidnim disperznim sistemom. Teorija koloidne stabilnosti pokazuje da na čestice suspenzije djeluju dvije sile: van der Waalsova sila (Coulombova sila) i elektrostatička sila odbijanja. Ako je sila uglavnom gravitacija, doći će do aglomeracije i flokulacije. Ukupna potencijalna energija (VT) interakcije između čestica povezana je s njihovom udaljenošću, tokom koje je VT u nekom trenutku zbir gravitacijske energije VA i odbojne energije VR. Kada VT između čestica predstavlja maksimalnu pozitivnu potencijalnu energiju, to je sistem depolimerizacije. Za datu suspenziju, VA je sigurna, tako da stabilnost sistema zavisi od funkcija koje kontrolišu VR: površinskog naboja čestica i debljine dvostrukih električnih slojeva. Debljina dvosloja je obrnuto proporcionalna kvadratnom korijenu valentne veze i koncentraciji ravnotežnog iona. Kompresija dvostrukog sloja može smanjiti potencijalnu barijeru flokulacije, tako da valentna veza i koncentracija ravnotežnih iona u rastvoru moraju biti niske. Najčešće korišteni deemulgatori su HCI, HNO3, NaOH, (CH)3noh (kvaternarni amin), GA itd.
Budući da je suspenzija keramičkog praha aluminijevog oksida 95 na bazi vode neutralna i alkalna, mnogi koagulanti koji imaju dobar učinak razrjeđivanja drugih keramičkih suspenzija gube svoju funkciju. Stoga je vrlo teško pripremiti suspenziju s visokim sadržajem čvrstih tvari i dobrom fluidnošću. Neplodna suspenzija aluminijevog oksida, koja pripada amfoternom oksidu, ima različite procese disocijacije u kiselim ili alkalnim medijima i formira status disocijacije različitog sastava i strukture micela. pH vrijednost suspenzije će direktno utjecati na stepen disocijacije i adsorpcije, što rezultira promjenom ζ potencijala i odgovarajućom flokulacijom ili disocijacijom.
Aluminijeva suspenzija ima maksimalnu vrijednost pozitivnog i negativnog ζ potencijala u kiseloj ili alkalnoj sredini. U ovom trenutku, viskoznost suspenzije je u najnižoj vrijednosti stanja dekoagulacije, dok kada je suspenzija u neutralnom stanju, njena viskoznost se povećava i dolazi do flokulacije. Utvrđeno je da se fluidnost suspenzije znatno poboljšava, a viskoznost suspenzije smanjuje dodavanjem odgovarajućeg deemulgatora, tako da je njena vrijednost viskoznosti blizu vrijednosti vode. Fluidnost vode mjerena jednostavnim viskozimetrom je 3 sekunde / 100 ml, a fluidnost suspenzije je 4 sekunde / 100 ml. Viskoznost suspenzije se smanjuje, tako da se sadržaj čvrstih materija u suspenziji može povećati na 60%, a može se formirati stabilno pakovanje. Kako se proizvodni kapacitet sušare odnosi na isparavanje vode na sat, tako se odnosi i na suspenziju.
3.1.2 Kontrola glavnih parametara u procesu sušenja raspršivanjem
Strujanje zraka u tornju za sušenje utječe na vrijeme sušenja, vrijeme zadržavanja, preostalu vodu i lijepljenje kapljica na stijenke. U ovom eksperimentu, proces miješanja kapljica zraka je miješani tok, tj. vrući plin ulazi u toranj za sušenje s vrha, a mlaznica za raspršivanje je postavljena na dnu tornja za sušenje, formirajući fontanasti mlaz, a kapljica je parabola, tako da se kapljice miješaju sa zrakom u suprotnom smjeru, a kada kapljica dosegne vrh hoda, postaje nizvodni tok i raspršuje se u konusni oblik. Čim kapljica uđe u toranj za sušenje, ubrzo će dostići maksimalnu brzinu sušenja i ući u fazu sušenja konstantnom brzinom. Dužina faze sušenja konstantnom brzinom ovisi o sadržaju vlage u kapljici, viskoznosti blata, temperaturi i vlažnosti suhog zraka. Granična tačka C od faze sušenja konstantnom brzinom do faze brzog sušenja naziva se kritična tačka. U ovom trenutku, površina kapljice više ne može održavati zasićeno stanje migracijom vode. Sa smanjenjem brzine isparavanja, temperatura kapljica raste, a površina kapljica u tački D je zasićena, formirajući sloj tvrde ljuske. Isparavanje se pomiče u unutrašnjost, a brzina sušenja nastavlja opadati. Daljnje uklanjanje vode povezano je s propusnošću vlage tvrde ljuske. Stoga je potrebno kontrolirati razumne radne parametre.
Sadržaj vlage u suhom prahu uglavnom se određuje izlaznom temperaturom raspršivača. Sadržaj vlage utiče na gustinu i fluidnost suhog praha i određuje kvalitet presovanog materijala. PVA je osjetljiv na vlažnost. Pod različitim uslovima sadržaja vlage, ista količina PVA može uzrokovati različitu tvrdoću površinskog sloja čestica suhog praha, što dovodi do fluktuacije određivanja pritiska i nestabilnosti kvaliteta proizvodnje tokom procesa presovanja. Stoga, izlaznu temperaturu treba strogo kontrolisati kako bi se osigurao sadržaj vlage u suhom prahu. Generalno, izlaznu temperaturu treba kontrolisati na 110 ℃, a ulaznu temperaturu treba prilagoditi u skladu s tim. Ulazna temperatura ne smije prelaziti 400 ℃, generalno se kontroliše na oko 380 ℃. Ako je ulazna temperatura previsoka, temperatura vrućeg zraka na vrhu tornja će se pregrijati. Kada kapi magle dođu do najviše tačke i naiđu na pregrijani zrak, za keramički prah koji sadrži vezivo, učinak veziva će se smanjiti, a na kraju će biti pogođene i performanse presovanja suhog praha. Drugo, ako je ulazna temperatura previsoka, to će također utjecati na vijek trajanja grijača, a obloga grijača će otpadnuti i ući u toranj za sušenje s vrućim zrakom, zagađujući suhi prah. Pod uvjetom da su ulazna i izlazna temperatura u osnovi određene, izlazna temperatura se također može podesiti pritiskom pumpe za napajanje, razlikom pritiska ciklonskog separatora, sadržajem čvrstih tvari u suspenziji i drugim faktorima.
Razlika pritiska ciklonskog separatora. Razlika pritiska ciklonskog separatora je velika, što će povećati izlaznu temperaturu, povećati sakupljanje finih čestica i smanjiti prinos sušača.
3.1.3 Svojstva praha sušenog raspršivanjem
Fluidnost i gustoća pakiranja praha aluminijske keramike pripremljenog metodom sušenja raspršivanjem su uglavnom bolje od onih pripremljenih uobičajenim postupkom. Prah ručno granuliranog praha ne može teći kroz uređaj za detekciju bez vibracija, a prah granuliranog raspršivanjem to može u potpunosti. Prema ASTM standardu za ispitivanje fluidnosti i gustoće metalnog praha, izmjerene su gustoća i fluidnost čestica dobivenih sušenjem raspršivanjem pod različitim uvjetima sadržaja vode. Vidi Tabelu 1.
Tabela 1 rastresita gustina i fluidnost praha sušenog raspršivanjem
Tabela 1 Gustina i brzina protoka praha
| Sadržaj vlage (%) | 1.0 | 1.6 | 2.0 | 2.2 | 4.0 |
| Gustoća nepropusnosti (g/cm)3) | 1.15 | 1.14 | 1.16 | 1.18 | 1.15 |
| Likvidnost (e) | 5.3 | 4.7 | 4.6 | 4.9 | 4,5 |
Sadržaj vlage u prahu sušenom raspršivanjem se uglavnom kontroliše na 1-3%. U ovom trenutku, fluidnost praha je dobra, što može zadovoljiti zahtjeve presovanja.
DG1 je gustoća ručno napravljenog granulacijskog praha, a DG2 je gustoća praha za granulaciju raspršivanjem.
Ručno granulirani prah se priprema mljevenjem u kuglicama, sušenjem, prosijavanjem i granulacijom.
Tabela 2 gustina presovanih prahova formiranih ručnom granulacijom i granulacijom raspršivanjem
Tabela 2 Gustoća zelenog tijela
| Pritisak (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 |
Veličina i morfologija čestica praha posmatrane su mikroskopom. Može se vidjeti da su čestice u osnovi čvrste sferne, sa jasnom površinom i glatkom površinom. Neke čestice su oblika jabuke, kruške ili premošćene, što čini 3% od ukupnog broja. Raspodjela veličine čestica je sljedeća: maksimalna veličina čestica je 200 μm (< 1%), minimalna veličina čestica je 20 μm (pojedinačna), većina čestica je oko 100 μm (50%), a većina čestica je oko 50 μm (20%). Prah proizveden sušenjem raspršivanjem sinteruje se na 1650 stepeni, a gustina je 3170 g/cm.3.
(1) Suspenzija aluminijevog oksida 95 sa 60% sadržaja čvrstih materija može se dobiti korištenjem PVA kao veziva, dodavanjem odgovarajućeg koagulanta i lubrikanta.
(2) razumnom kontrolom parametara postupka sušenja raspršivanjem može se dobiti idealan suhi prah.
(3) primjenom postupka sušenja raspršivanjem može se proizvesti prah aluminijevog oksida 95, koji je pogodan za proces suhog presovanja u rasutom stanju. Njegova rastresita gustoća je oko 1,1 g/cm3a gustoća sinterovanja je 3170 g/cm3.
