Что такое грануляция керамического порошка Si3N4?

Керамика из нитрида кремния (Si3N4) обладает превосходными механическими свойствами, такими как высокая прочность, высокая твердость, хорошая вязкость разрушения и уникальные самосмазывающиеся свойства, которые стали горячей точкой исследований высокопроизводительной керамики.

Керамические порошки Si3N4 являются основным сырьем для получения керамики Si3N4. Способ грануляции порошков является ключевым этапом, влияющим на свойства керамики, который оказывает важное влияние на плотность и механические свойства конечных керамических изделий Si3N4. Поэтому для получения высокоэффективной керамики Si3N4 очень важно изучить метод грануляции порошка Si3N4 и выбрать оптимальную схему обработки порошка в соответствии с реальной производственной ситуацией.

Метод гранулирования керамических порошков нитрида кремния

В промышленном производстве методы гранулирования керамических порошков Si3N4 в основном включают сухое вальцевое гранулирование, холодное изостатическое прессование и гранулирование распылением. По сравнению с другими оксидными керамическими порошками, керамика Si3N4 более чувствительна к температуре в процессе спекания, поэтому к ней предъявляются более высокие требования по размеру частиц порошка и постоянству морфологии поверхности.

1. Сухая валковая грануляция

Сухая валковая грануляция относится к процессу сухой экструзии, в котором керамический порошок Si3N4 с содержанием воды менее 10% спрессовывается в лист, а затем материал в форме блока превращается в гранулированный материал в соответствии с требованиями использования через процесс дробления, гранулирования и просеивания. Сухая роликовая грануляция в основном опирается на внешнее давление, чтобы сделать порошок через два вместо вращающегося зазора ролик сжатия в лист. В процессе прокатки фактическая плотность материала может увеличиться в 1,5-3 раза, чтобы удовлетворить определенные требования к прочности.

Преимуществами технологии сухой роликовой грануляции являются высокая эффективность грануляции и низкая себестоимость. По сравнению с распылительной грануляцией, грануляция под сухим давлением требует меньшего содержания связующего.

2. Гранулирование под холодным изостатическим давлением

Грануляция холодным изостатическим давлением относится к процессу грануляции, в котором керамический порошок Si3N4 помещается в определенную форму, а затем помещается в оборудование холодного изостатического давления, чтобы быть спрессованным в заготовку через процесс холодного изостатического давления, а затем разбивается и просеивается дробилкой. Преимущество грануляции под холодным изостатическим давлением заключается в том, что она использует преимущества несжимаемости жидкой среды и равномерной передачи давления, так что на образец можно равномерно давить со всех сторон, чтобы обеспечить равномерное и постоянное давление во всех направлениях порошка.

3. Грануляция распылением

Гранулирование распылением относится к методу гранулирования, при котором смешанная суспензия непосредственно распыляется в горячий воздух и быстро высушивается для получения сферических частиц порошка правильной формы. Обычно для смешивания суспензии Si3N4 и гранулята используется центробежное оборудование или оборудование для грануляции под давлением, так что порошок Si3N4 распределяется равномерно. Таким образом, сферичность частиц Si3N4 и текучесть порошка были улучшены, а гранулометрический состав порошка был улучшен. Сферические порошки Si3N4 с высокой однородностью и консистенцией были получены путем оптимизации параметров процесса распылительной грануляции. Такие факторы, как температура, давление, скорость подачи, время смешивания и тип связующего вещества, оказывают важное влияние на размер и дисперсность порошка Si3N4 после грануляции.

Преимущества процесса грануляции распылением заключаются в том, что он позволяет избежать агломерации и седиментации компонентов в суспензии, сохранить исходную однородность суспензии и получить равномерный гранулометрический состав и хорошую текучесть. Технология распылительной грануляции позволяет реализовать непрерывное автоматическое производство, повысить эффективность производства и снизить уровень загрязнения пылью. Применение технологии распылительной грануляции может улучшить плотность и однородность заготовки, а также ее спекаемость. Технология распылительной грануляции широко используется в химической промышленности, металлургии, керамике, цементе, пищевой промышленности, медицине и других областях промышленности.

Кроме того, выбор связующего вещества также является важным фактором в процессе гранулирования распылением. В настоящее время для распылительной грануляции обычно используются такие связующие вещества, как фенольная смола и поливиниловый спирт. Этиленгликоль легко растворяется в этаноле и может быть полностью перемешан в шаровой мельнице. После обработки частицы порошка становятся однородными, с хорошей сферичностью и высокой активностью при спекании.

Из технологии гранулирования керамического порошка Si3N4 видно, что технология последующей обработки порошка представляет собой системную инженерию, включающую множество подразделений, относящихся к разным дисциплинам и категориям. Как новая отрасль, грануляция порошка привлекает все больше внимания. С быстрым развитием технологий и оборудования для грануляции, грануляция порошка получила широкое распространение.

- КОНЕЦ -

Об авторе

Кэти Монтанес - научный сотрудник проекта Stanford Advanced Materials (SAM). В свое время она занимала должность профессора-исследователя в университетской школе материаловедения и инженерии, а сейчас отвечает за тестирование характеристик и техническое руководство продукцией SAM, такой как огнеупорные металлы, керамика, лабораторные тигли, шлифовальные бруски и т.д.