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氧化锆陶瓷粉体制备需干燥处理,这几种方法你了解多少?

们所熟知的手机氧化锆陶瓷后盖的粉体制备的常用方法有沉淀法和水热法,其实这两种方法均属于液相法制备,其它制备方法还有固相法和气相法。在通过液相法制备的粉体是必须要经过干燥处理的,本文将针对陶瓷粉体主流的干燥方法做一个汇总


陶瓷粉体的干燥是针对液相法制备的粉体而设定的,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。

据业内人士透露,目前手机陶瓷背板用氧化锆粉体干燥常用的方法之一是喷雾干燥,能够得到高流动性的,有利于烧结加工致密化的纳米级氧化锆粉体。

粉体干燥方法还有很多种,下面小编主要介绍热风干燥、红外线干燥、喷雾干燥和冰冻干燥四种方法,对氧化锆陶瓷粉体同样适用。


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陶瓷粉体进行干燥的方法,需在特定的干燥器中进行。 

  • 优点:干燥时速度快且可连续大量干燥。

  • 缺点:干燥陶瓷粉体时需要粉碎且对块状的干燥效果不理想。

热分干燥主要分为3种干燥工艺制度:低湿高温干燥、低湿逐渐升温干燥和控制湿度干燥,这是根据热空气温度和湿度的不同进行控制来划分的。


1
低湿高温干燥

低湿高温干燥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,粉体内水分快速蒸发,进而对粉体进行干燥处理。

但粉体层厚时,干燥过程中容易出现粉体表面水分蒸发很快,而分体内部因热量扩散不均,造成粉体“干面”现象。因此,该方法只适用于薄陶瓷粉体层的加热干燥。


2
低湿逐渐升温干燥

低湿逐渐升温干燥是在干燥过程中,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。

该方法多用于厚陶瓷粉体层的加热干燥。但其缺点是干燥时间长,干燥效率也低。


3
控制湿度干燥

控制湿度干燥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。

该方法制度合理,适用于量大、粉体层厚的干燥,但需要配置能够调控干燥介质湿度和温度的干燥设备。

闪蒸干燥属于热风干燥的一种,是固体流态化的一种干燥方式,干燥主机具有机械分散和干燥物料粒度调正功能,高含湿膏糊状、滤饼状物料进入干燥主机后与被加热的热风混合,物料在热风与机械分散力作用下形成颗粒流态化,瞬间完成热质交换,干燥后的物料进入捕集器获得粉状产品。

图 闪蒸干燥系统示意图


二、红外线干燥



红外线干燥法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。使红外辐射源符合被干燥粉体的吸收特性,才能达到良好的干燥效果。粉体对红外线的吸收与其分子结构密切相关,要通过共振作用,加剧质点的热运动而引起吸收,必须使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。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结果。

  • 优点: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:不适用于厚粉体层的加热干燥。


三、喷雾干燥




喷雾干燥法是将溶液分散成小液滴喷入热风中,使之迅速干燥的方法。在干燥室内,用喷雾器把混合的盐(如硫酸盐)水溶液雾化成10~20μm或更细的球状液滴,这些液滴在经过燃料燃烧产生的热气体是被快速干燥,得到类似中空球的圆粒粉料,并且成分保持不变。喷雾干燥法也是一种广泛使用的造粒法。

喷雾干燥法根据喷雾器类型不同,分为三种:压力式喷雾干燥、气流式喷雾干燥、离心式喷雾干燥。

  • 优点:易得到流动性好的球状团粒,在干燥的同时得到了造粒了的颗粒,且颗粒具有较好的流动性,易于成型;产量大、可连续生产;工艺简单,自动化水平高,能够减轻劳动强度;

  •  缺点:该方法需要大型装备,投资费用比较高;难以得到微粉体


图 喷雾干燥系统示意图,图片来自百度文库


图 喷雾干燥后的粉体状态,图片由常州力马干燥科技有限公司提供


四、冰冻干燥



冰冻干燥技术用来制备高纯超细陶瓷粉体,由冰冻和干燥两个主要环节组成。


图 冰冻干燥法原理示意图,图片来自百度文库


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℃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。

冰冻干燥法可较好地消除陶瓷粉体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。

  • 优点:(1)纯度高,化学均匀性好。(2)细度高,粒径分布较集中,可以得到0.01~0.05μm级的超细粉末。(3)比表面大,化学活性好,易于成型电子陶瓷。(4)晶粒较细(微米级),密度较高(达理论密度99%以上)。

  • 缺点:1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冰冻干燥设备投资较高,工艺控制比较复杂,成本较高,且该方法不能连续处理。

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。


五、小结

 
除了以上5种粉体干燥方法外,还有微波干燥等方法就不在此一一赘述了。陶瓷粉体干燥方法有很多种,不同方法有各自的特点及适用范围,需要在实际制备中,根据不同的陶瓷粉体选择相应的干燥方法,以得到理想的干燥效果。

来源:《陶瓷粉体常用的干燥方法》,作者诸爱珍

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