Cerámica

3.1.1 Preparación da suspensión

Usando o proceso de granulación por secado por pulverización, a preparación da lama é unha clave crucial. O contido de sólidos, a finura e a fluidez da lama afectarán directamente a produción e o tamaño das partículas do po seco.

Debido a que o po deste tipo de porcelana de alúmina é estéril, é necesario engadir unha cantidade axeitada de aglutinante para mellorar o rendemento de conformado da peza en bruto. Substancias orgánicas de uso común como dextrina, alcohol polivinílico, carboximetilcelulosa, poliestireno, etc. Neste experimento seleccionouse o alcohol polivinílico (PVA), un aglutinante soluble en auga. É máis sensible á humidade ambiental e o cambio na humidade ambiental afectará significativamente as propiedades do po seco.

O alcohol polivinílico ten moitos tipos diferentes, diferentes graos de hidrólise e grao de polimerización, o que afectará o proceso de secado por pulverización. O seu grao xeral de hidrólise e grao de polimerización afectarán o proceso de secado por pulverización. A súa dosificación adoita ser do 0,14 ao 0,15 % en peso. A adición dunha cantidade excesiva fará que o po de granulación por pulverización forme partículas de po seco e duro para evitar que as partículas se deformen durante o prensado. Se as características das partículas non se poden eliminar durante o prensado, estes defectos almacenaranse no corpo verde e non se poderán eliminar despois da cocción, o que afectará a calidade do produto final. A adición de aglutinante cunha forza verde demasiado pequena aumentará a perda de operación. O experimento mostra que cando se engade unha cantidade adecuada de aglutinante, obsérvase a sección do lingote verde ao microscopio. Pódese ver que cando a presión aumenta de 3 MPa a 6 MPa, a sección aumenta suavemente e hai un pequeno número de partículas esféricas. Cando a presión é de 9 MPa, a sección é lisa e basicamente non hai partículas esféricas, pero a alta presión levará á estratificación do lingote verde. O PVA ábrese a uns 200 ℃

Comezar a queimar e escorrer a uns 360 ℃. Para disolver o aglutinante orgánico e humedecer as partículas do lingote, formar a intercapa líquida entre as partículas, mellorar a plasticidade do lingote, reducir a fricción entre as partículas e a fricción entre os materiais e o molde, promover o aumento da densidade do lingote prensado e a homoxeneización da distribución da presión, e tamén engadir a cantidade axeitada de plastificante, como a glicerina, o ácido etílico oxálico, etc.

Dado que o aglutinante é un polímero macromolecular orgánico, o método para engadilo á suspensión tamén é moi importante. É mellor engadir o aglutinante preparado á lama uniforme co contido de sólidos requirido. Deste xeito, pódese evitar que as materias orgánicas non disoltas e non dispersas entren na suspensión e pódense reducir os posibles defectos despois da cocción. Cando se engade o aglutinante, a suspensión xérase facilmente mediante moenda de bolas ou axitación. O aire envolto na pinga está no po seco, o que fai que as partículas secas sexan ocas e reduce a densidade do volume. Para solucionar este problema, pódense engadir antiespumantes.

Debido aos requisitos económicos e técnicos, requírese un alto contido de sólidos. Dado que a capacidade de produción do secador se refire á auga de evaporación por hora, a lama con alto contido de sólidos aumentará significativamente a produción de po seco. Cando o contido de sólidos aumenta do 50 % ao 75 %, a produción do secador duplicarase.

Un baixo contido en sólidos é a principal razón para a formación de partículas ocas. No proceso de secado, a auga migra á superficie da pinga e transporta partículas sólidas, o que fai que a parte interior da pinga sexa oca; se se forma unha película elástica de baixa permeabilidade arredor da pinga, debido á baixa velocidade de evaporación, a temperatura da pinga aumenta e a auga evapórase da parte interior, o que fai que a pinga se incha. En ambos os casos, a forma de bóla das partículas destruirase e produciranse partículas anulares ocas, con forma de mazá ou de pera, o que reducirá a fluidez e a densidade aparente do po seco. Ademais, a suspensión con alto contido en sólidos pode reducir

Nos procesos de secado curtos, a redución do proceso de secado pode reducir a cantidade de adhesivo transferido á superficie das partículas xunto coa auga, para evitar que a concentración de aglutinante na superficie das partículas sexa maior que no centro, de xeito que as partículas teñan unha superficie dura e non se deformen nin esmaguen no proceso de prensado e conformado, o que reduce a masa corporal do lingote. Polo tanto, para obter un po seco de alta calidade, débese aumentar o contido de sólidos da suspensión.

A suspensión empregada para o secado por pulverización debe ter suficiente fluidez e a menor humidade posible. Se se reduce a viscosidade da suspensión introducindo máis auga, non só aumenta o consumo de enerxía do secado, senón que tamén se reduce a densidade aparente do produto. Polo tanto, é necesario reducir a viscosidade da suspensión coa axuda dun coagulante. A suspensión seca está composta por varias micras ou partículas máis pequenas, que se poden considerar como un sistema de dispersión coloidal. A teoría da estabilidade coloidal mostra que existen dúas forzas que actúan sobre as partículas da suspensión: a forza de van der Waals (forza de Coulomb) e a forza de repulsión electrostática. Se a forza é principalmente a gravidade, producirase aglomeración e floculación. A enerxía potencial total (VT) da interacción entre as partículas está relacionada coa súa distancia, durante a cal VT nalgún momento é a suma da enerxía gravitacional VA e a enerxía repulsiva VR. Cando VT entre as partículas presenta a máxima enerxía potencial positiva, trátase do sistema de despolimerización. Para unha suspensión dada, VA é certa, polo que a estabilidade do sistema son as funcións que controlan VR: a carga superficial das partículas e o grosor das capas eléctricas dobres. O grosor da bicapa é inversamente proporcional á raíz cadrada da ligazón de valencia e á concentración do ión de equilibrio. A compresión de dobre capa pode reducir a barreira potencial de floculación, polo que se require que a ligazón de valencia e a concentración de ións de equilibrio na solución sexan baixas. Os desemulsionantes comúnmente utilizados son HCI, HNO3, NaOH, (CH)3noh (amina cuaternaria), GA, etc.

Debido a que a suspensión a base de auga de po cerámico de alúmina 95 é neutra e alcalina, moitos coagulantes que teñen un bo efecto diluínte noutras suspensións cerámicas perden a súa función. Polo tanto, é moi difícil preparar a suspensión cun alto contido de sólidos e boa fluidez. A suspensión de alúmina estéril, que pertence ao óxido anfotérico, ten diferentes procesos de disociación en medios ácidos ou alcalinos e forma o estado de disociación de diferentes composicións e estruturas micelares. O valor do pH da suspensión afectará directamente o grao de disociación e adsorción, o que resultará no cambio do potencial ζ e a correspondente floculación ou disociación.

A suspensión de alúmina ten o valor máximo de potencial ζ positivo e negativo en medio ácido ou alcalino. Neste momento, a viscosidade da suspensión está no valor máis baixo do estado de descoagulación, mentres que cando a suspensión está en condición neutra, a súa viscosidade aumenta e prodúcese a floculación. Obsérvase que a fluidez da suspensión mellora moito e a viscosidade da suspensión redúcese engadindo un desemulsionante axeitado, de xeito que o seu valor de viscosidade é próximo ao da auga. A fluidez da auga medida cun viscosímetro simple é de 3 segundos/100 ml e a fluidez da suspensión é de 4 segundos/100 ml. A viscosidade da suspensión redúcese, de xeito que o contido de sólidos na suspensión pode aumentarse ata o 60 % e pode formarse un empaquetado estable. Dado que a capacidade de produción do secador se refire á evaporación de auga por hora, tamén se pode formar unha suspensión.

3.1.2 Control dos principais parámetros no proceso de secado por pulverización

O patrón de fluxo de aire na torre de secado afecta o tempo de secado, o tempo de retención, a auga residual e a adherencia das pingas á parede. Neste experimento, o proceso de mestura de aire por pingas é de fluxo mixto, é dicir, o gas quente entra na torre de secado pola parte superior e a boquilla atomizadora instálase na parte inferior da torre de secado, formando un pulverizador de fonte, e a pinga é parábola, polo que a mestura da pinga co aire é contracorrente e, cando a pinga chega á parte superior da carreira, convértese nun fluxo augas abaixo e pulveriza en forma cónica. En canto a pinga entra na torre de secado, alcanzará axiña a velocidade máxima de secado e entrará na fase de secado a velocidade constante. A duración da fase de secado a velocidade constante depende do contido de humidade da pinga, da viscosidade da lama, da temperatura e da humidade do aire seco. O punto límite C desde a fase de secado a velocidade constante ata a fase de secado rápido chámase punto crítico. Neste momento, a superficie da pinga xa non pode manter o estado saturado pola migración da auga. Coa diminución da taxa de evaporación, a temperatura das pinga aumenta e a superficie das pinga no punto D satúrase, formando unha capa de casca dura. A evaporación móvese cara ao interior e a velocidade de secado continúa a diminuír. A eliminación posterior da auga está relacionada coa permeabilidade á humidade da casca dura. Polo tanto, é necesario controlar os parámetros de funcionamento razoables.

O contido de humidade do po seco está determinado principalmente pola temperatura de saída do secador por pulverización. O contido de humidade afecta a densidade aparente e a fluidez do po seco e determina a calidade da peza prensada. O PVA é sensible á humidade. En diferentes condicións de contido de humidade, a mesma cantidade de PVA pode causar unha dureza diferente da capa superficial das partículas de po seco, o que fai que a determinación da presión flutúe e a calidade da produción sexa inestable durante o proceso de prensado. Polo tanto, a temperatura de saída debe controlarse estritamente para garantir o contido de humidade do po seco. En xeral, a temperatura de saída debe controlarse a 110 ℃ e a temperatura de entrada debe axustarse en consecuencia. A temperatura de entrada non é superior a 400 ℃, xeralmente controlada a uns 380 ℃. Se a temperatura de entrada é demasiado alta, a temperatura do aire quente na parte superior da torre sobrequentarase. Cando as pingas de néboa suben ao punto máis alto e atopan aire sobrequentado, para o po cerámico que contén aglutinante, o efecto do aglutinante reducirase e, finalmente, o rendemento de prensado do po seco verase afectado. En segundo lugar, se a temperatura de entrada é demasiado alta, a vida útil do quentador tamén se verá afectada e a pel do quentador caerá e entrará na torre de secado con aire quente, contaminando o po seco. Coa condición de que a temperatura de entrada e a temperatura de saída estean basicamente determinadas, a temperatura de saída tamén se pode axustar mediante a presión da bomba de alimentación, a diferenza de presión do separador ciclónico, o contido de sólidos da lama e outros factores.

Diferenza de presión do separador ciclónico. A diferenza de presión do separador ciclónico é grande, o que aumentará a temperatura de saída, aumentará a recollida de partículas finas e reducirá o rendemento do secador.

3.1.3 Propiedades do po secado por pulverización

A fluidez e a densidade de empaquetamento do po cerámico de alúmina preparado mediante o método de secado por pulverización son xeralmente mellores que as preparadas mediante o proceso habitual. O po de granulación manual non pode fluír a través do dispositivo de detección sen vibración, e o po de granulación por pulverización pode facelo completamente. En referencia á norma ASTM para probar a fluidez e a densidade aparente do po metálico, medíronse a densidade aparente e a fluidez das partículas obtidas mediante secado por pulverización en diferentes condicións de contido de auga. Véxase a Táboa 1.