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在陶瓷工业中,喷雾干燥(喷雾造粒)是将微细陶瓷粉体(如氧化铝、氧化锆、碳化硅等)与粘结剂、溶剂等混合制成浆料,然后喷雾干燥形成具有良好流动性和一定强度的球形颗粒,以满足后续干压成型、等静压成型等工艺的要求。这与普通喷雾干燥的主要区别在于,它追求的不是细粉,而是具有一定粒度分布的球形团聚颗粒。
陶瓷粉体喷雾造粒的工艺要点:
浆料制备(关键前工序): 浆料的性能直接决定了造粒颗粒的质量。
固含量: 尽可能提高浆料的固含量(通常要求>60wt%,甚至高达75-80%)。高固含意味着需蒸发的水分少,干燥能耗低,且颗粒更密实、强度更高。
分散性: 必须添加高效的分散剂(如聚丙烯酸铵、柠檬酸铵等),使纳米或微米级的陶瓷颗粒在浆料中充分分散,避免团聚。浆料的流变性(粘度)需要严格控制,以确保稳定雾化。
粘结剂与增塑剂: 加入PVA(聚乙烯醇)、PEG(聚乙二醇)等有机粘结剂,赋予干燥后的颗粒以足够的强度,在运输和成型过程中不易破碎。同时需考虑后续排胶工艺能否干净去除。
除泡: 浆料需经过真空除泡处理,避免雾化时产生空心颗粒或爆裂。
雾化器的选择: 陶瓷造粒几乎都采用压力式喷嘴或旋转雾化器。
压力式喷嘴: 产生的颗粒较粗,粒度分布较窄,颗粒呈实心球状,堆积密度高,非常适合干压成型。但喷嘴孔径小,易堵塞,对浆料过滤要求高。
旋转雾化器: 产量大,不易堵塞,适应高粘度浆料,但产生的颗粒较细,粒度分布较宽,且可能有部分空心颗粒。
干燥温度控制: 进风温度通常在200-300℃之间。核心是控制排风温度(通常90-110℃),它间接反映了颗粒的最终水分。排风温度过高,颗粒表面过快干燥形成硬壳,内部水分蒸发时会导致颗粒破裂或成为空心球;排风温度过低,颗粒水分过高,会粘壁、流动性差。
颗粒性能调控:
粒度分布: 通过调节雾化器转速(旋转式)或喷嘴压力与孔径(压力式),来控制造粒粉的粒度分布,以满足不同成型工艺的需求。一般要求-60目到+200目之间的颗粒占主体。
流动性: 球形度好的颗粒流动性佳,通常用休止角来衡量(要求<30°)。
堆密度与振实密度: 反映颗粒的致密程度,直接影响压坯的密度均匀性。
出料与冷却: 干燥后的热颗粒需立即冷却至40℃以下,防止粘结剂软化或吸潮。通常采用气力输送结合冷却器的方式,将造粒粉送入料仓陈化,使颗粒内外水分和应力分布均匀,然后才能用于成型。
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