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陶瓷粉体常用的几种干燥方法

zlzl
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楼主 发表于:2015-10-09 16:58:13
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        陶瓷粉体的制备方法很多,从制备粉体的原料所处的状态来分,可分为三大类型:液相制备、固相制备和气相制备。每一种类型又包含几种不同的生产方法。液相合成粉体是目前实验室和工业上广泛采用的一种类型。液相制备粉体分为熔液法和溶液法两种,其中溶液法是较常用的方法。


        溶液法制备的粉体必须经过干燥处理,也就是将粉体中含有的水分,以气态的形式从粉体中分离出来。溶液制备陶瓷粉体时,一般的方法是通过干燥处理,直接生成复合金属盐或直接煅烧为氧化物粉体。


一、热风干燥


        热风干燥即热空气干燥,是利用热空气作干燥 介质对粉体进行干燥的方法,需在特定的干燥器中进行。根据热空气温度和湿度的不同进行控制,主要有3种干燥工艺制度。


(1)低湿高温干燥


        该方法是采用低湿度的干热空气作介质,使粉体在整个干燥过程中始终处于湿度低、温度高的干燥环境。由于热空气湿度低、温度高,在干燥过程中,粉体表面水分蒸发很快,因而传到粉体内部的热量较少,这样就容易形成内低、外高的温度梯度,引起热扩散的方向向内而阻碍内扩散的顺利进行。粉体层厚时,这种作用就越显得突出,以致内扩散速度不能赶上外扩散对水分蒸发的需求,造成粉体“干面”现象。因此,这种方法只适于薄粉体层的加热干燥。


(2)低湿逐渐升温干燥


        该方法是在干燥过程中,使热空气始终保持低的湿度,而使其温度逐渐升高,目的是使粉体的干燥速度由小至大渐进增加,从而减小粉体的内外温差和内扩散阻力,以保证粉体内外扩散速度的相互适 应,避免粉体出现“干面”现象。此法多用于厚粉体层的加热干燥。但其干燥时间长,干燥效率也低。


(3)控制湿度干燥


        该方法是按照干燥过程的规律与特点,通过对干燥介质湿度的控制,合理调节粉体在不同干燥阶段的干燥速度。干燥初期,粉体处于预热阶段,为使粉体内外能够均匀受热,此时需要保持介质的高湿度,以限制粉体表层的水分气化与蒸发,从而使介质提供的热量通过粉体表面循序渐进地传向粉体内层,达到良好的预热目的。当粉体内外被均匀预热后,再把介质温度降低到一定程度,使之顺利进入等速干燥阶段。此时,由于坯体内外温度均匀一致,而使水分的内扩散能够满足外扩散需求,使内外扩散协调而顺利地进行。干燥后期,即当干燥过程由等速进入降速阶段以后,可将干燥介质的湿度降至最低并提高温度,以加快粉体的干燥速度。这种方法,制度合理,适用于量大、粉体层厚的干燥,但需要具备能调控干燥介质湿度和温度的干燥设备。


        优点为:用热风干燥法干燥粉体时速度快,可连续大量干燥。缺点为:用热风干燥法干燥粉体时需要粉碎,对块状的干燥效果不理想。

二、红外线干燥


       红外线是一种电磁波,在电磁波谱中位于可见 光波与微波之间,其波长范围是0.76-1000um。红外线可划分为两个区域,把波长小于5.6um(0.76-5.6um),离红色光较近的,称为近红外线;而把波长大于5.6um(5.6-1000um)离红色光较远的,称为远红外线。


       红外线干燥粉体是利用红外辐射能直接照射被加热粉体,并通过粉体对红外线的吸收,实现能量的传递和转换。因此,要达到良好的干燥效果,就要使红外辐射源符合被干燥粉体的吸收特性。


       粉体对红外线的吸收与其分子结构密切相关,只有粉体中分子本身的固有振动频率与射入的红外线频率一致或相近时,才能通过共振作用,加剧质点的热运动而引起吸收。因此,利用红外线干燥技术,只要使其辐射源产生的红外波能被所干燥粉体吸收,就能获得满意的干燥效果。


       优点为:红外线干燥只是被辐射面有效地加热,内部不受影响,适用于浆料、涂层的干燥以及含水率测定等仅需表面干燥的场合。缺点为:该方法不适用于厚粉体层的加热干燥。


三、喷雾干燥


       喷雾干燥法是将乳浊液或溶液用喷雾器喷入干 燥塔内进行雾化,这时进入塔内的雾滴即与从另一路进入塔内的热空气会合而进行干燥,雾滴中的水分受热空气的干燥作用,即在塔内蒸发,而成为干粉,然后经旋风分离器吸入料斗回收。


       优点为:很容易得到流动性好的球状团粒,即在 干燥的同时得到造粒了的颗粒。因此,在陶瓷生产中广泛被用来造粒。该方法造出的颗粒,其形状几乎完全是球形,具有较好的流动性,易于成型。产量大,可连续生产,简化了工艺,大大减轻了劳动强度,强度并为自动化成型工艺创造了良好条件。缺点为:该方法需要大型装置,而且难以得到微粉体。


四、冰冻干燥


       冰冻干燥技术用来制备高纯超细粉体。由冰冻和干燥两个主要环节组成。根据物理化学原理,盐溶液的凝固点低于水的凝固点,相应的蒸气压也下降,它处于四相共存———即固态的冰、固态的盐、饱和盐溶液和水蒸汽。


       冰冻干燥前,一般都先按化学式配制成一定浓度的金属盐溶液,在低温下(-40摄氏度)以下以离子态迅速凝结成冻珠,减压(0.1mmHg)升华即可除去水分。最后将金属盐进行分解,即成为所要求的超细粉末的氧化物。


       为了保证金属盐溶液的化学均匀性,减少组分 的偏离和浓度梯度,可以用水或其它既可冻结又容易升华的液体’如汽油、酒精、氯化汞、碘化物、酮茨-2等作溶剂,选择相互易于溶解的金属盐作溶质。金属盐的种类取决于材料的特性。常用的金属盐有硫酸盐和草酸盐等,而以草酸盐和硫酸盐最为普遍。


       冰冻干燥法可较好地消除粉料干燥过程中的团聚现象,这是因为含水物料在结冰时可以使固相颗粒保持其在水中时的均匀状态,冰升华时,由于没有水的表面张力作用,固相颗粒之间不会过分靠近,从而避免了团聚的产生。


       用冰冻干燥法制备的粉料有如下优点:


       (1)纯度高,化学均匀性好,它可以严格按照化学式来配料,各种组分以原子、离子或分子态进行混合,比化学共沉淀的成分偏离小,也没有球磨的磨屑沾染。


       (2)细度高, 粒径分布较集中,它可以得到0.01-0.05um级的超细粉末, 粒径分布范围集中。


       (3)比表面大,化学活性好,它和传统陶瓷工艺相比,可以降低烧结温度50-150摄氏度,缩短烧结时间5-10h。这对于易挥发和烧结温度较高的电子陶瓷具有很大的现实意义。


       (4)晶粒较细,密度较高。用冰冻干燥法制备的粉料所生产的电子陶瓷的晶粒为微米级,密度达理论密度的99%以上。如果与等静压连用, 还可以取得更好的效果。


       综上所述,采用冰冻干燥技术是获得高密度细晶粒电子陶瓷的重要途径。


       冰冻干燥法有如下缺点: 


       (1)易溶解又易升华的化学溶液较难选择, 溶液的pH值较难控制。 为了确保化学均匀性,应选择容易溶解且易升华的金属盐溶液。但是,金属盐的溶解度有所不同,有些添加物很难溶解,甚至在升华后也仍然有液相存在,对配方的准确性和化学均匀性有一定的影响。所以,选择适宜的化学溶液和控制化学溶液稳定性的最佳pH值较困难。


       (2)工业生产时,冰冻干燥设备的投资较高,工艺控制比较复杂,成本较高,且该方法不能连续处理。