第20章 陶瓷粉体原料制备工艺.doc

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第20章陶瓷粉体原料制备工艺
§20.1粉体制备工艺
传统的粉体制备工艺就是机械破碎法，生产量大，成本低，但杂质混入不可避免。
随着先进陶瓷的发展，各种反应合成法得以应用，优点是纯度高、粒度小、成分均匀，但成本高。
20.1.1传统粉体制备工艺
以机械力使原材料变细的方法在陶瓷工业中应用极为广泛。陶瓷原料进行破碎有利于提高成型坯体质量，提高致密程度并有利于烧结过程中各种物理化学反应的顺利进行，降低烧成温度。
一、颚式破碎机
颚式破碎机是陶瓷工业化生产所经常采用的一种粗碎设备，主要用于块状料的前级处理。设备结构简单，操作方便，产量高。但颚式破碎机的粉碎比不大(约4)，进料块度一般很大，因此出料粒度一般都较粗，而且粒度的调节范围也不大。
二、轧辊破碎机
轧辊破碎机的优点在于粉碎效率高，粉碎比大(＞60)，粒度较细(通常可达到44m)。但当细磨硬质原料时，由于轧辊转速高，磨损大，使得粉料中混入较多的铁，影响原料纯度，要求后续去铁。同时由于设备的特点，其粉料粒度分布比较窄，只宜用于处理有粒度分布要求的原料。
三、轮碾机
轮碾机是陶瓷工业化生产所常采用的一种破碎设备，也可用于混合物料。在轮碾机中，原料在碾盘与碾轮之间的相对滑动及碾轮的重力作用下被研磨、压碎。碾轮越重、尺寸越大，粉碎力越强。为了防止铁污染，经常采用石质碾轮和碾盘。轮碾机的粉碎比大(约10)，轮碾机处理的原料有一定的颗粒组成，要求的粒度越细，生产能力越低。轮碾机也可采用湿轮碾的方法。
四、球磨机
球磨机是工业生产普遍使用的细碎设备，也可用于混料。为了保证原材料的纯度，经常采用陶瓷作为衬里，也可采用高分子聚合物材料作为衬里，并以各种陶瓷球作为研磨球。
湿球磨所采用的介质对原料表面的裂缝有劈裂作用，间歇式湿球磨的粉碎效率比干球磨高，湿球磨所得到的粉料粒度可达几个微米。
球磨机转速对球磨机效率的影响。球磨机转速直接影响磨球在磨筒内的运动状态，转速过快，磨球附看在磨筒内壁，失去粉碎作用；转速太慢，低于临界转速太多，磨球在磨筒内上升不高就落下来，粉碎作用很小；当转速适当时，磨球紧贴在筒壁上，经过—段距离，磨球离开筒壁下落，给粉料以最大的冲击与研磨作用，具有最高的粉碎效率。球磨机的临界转速与球磨筒直径有关，直径越大，临界转速越小。它们之间的关系可用下列关系表示：D＞1.25m，N=35/D1/2，D＜1.25m，N=40/D1/2，其中N为接近临界转速的工作转速(r/min)，D为球磨筒有效内径(m)。
磨球对球磨机效率的影响。球磨时加入磨球越多、破碎效率越高，但过多的磨球将占据有效空间，导致整体效率降低。磨球的大小以及级配与球磨筒直径有关，可用公式：D(磨筒直径)/24＞d(磨球最大直径)＞90d0(原料粒度)来计算。磨球的比表面积越大，研磨效能越高，但也不能太小，必须兼顾磨球对原料的冲击作用。此外磨球的密度越大球磨效果越好。
水与电解质的加入量对球磨机效率的影响。湿磨时水的加入对球磨效率也有影响，根据经验，当料/水=1/(1.16~1.2)时球磨效率最高；为了提高效率，还可加入电解质使原料颗粒表面形成胶粘吸附层，对颗粒表面的微裂缝发生劈裂作用、提高破碎效率。例如加入0.5~1％亚硫酸纸浆废液或AlCl3可提高效率30%。
装载量对球磨机效率的影响。通常装料总量占磨筒空间的4/5，原料、磨球、水的重量比为1:(1.2~1.5):(1.0~1.2)。
原料原始颗粒度以及加料的先后顺序对球磨机效率也有影响。
五、气流磨
气流磨或气流粉碎机可得到0.1~0.5m的微粉，工作原理是：压缩空气通过喷嘴在空间形成高速气流，使粉体在高速气流中相互碰撞达到粉碎的目的。气流粉碎机破碎的粉料粒度分布均匀，粉碎效率高，能保证纯度，可在保护气体中粉碎。
六、振动磨
振动磨具有很高的破碎效率。振动磨是利用磨球在磨机中作高频振动将原料破碎，磨球除了有激烈的循环运动，还有激烈的自转运动。对原料有很大的研磨作用，湿磨时粉料粒度可达到1m。同时振动也能使原料本身存在的缺陷遭到破坏，达到粉碎的目的；振动磨的振动频率一股在50~100Hz，装载系数为0.8~0.9体积(干磨)，湿磨时为0.7，磨球与粉料的重量比为8:10。

高压空气
高压空气
空气
旋风分离器
碎料
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图20-1机械破碎法，a颚式破碎机，b轧辊破碎机，c轮碾机，d球磨机，e气流磨

20.1.2固相法制备陶瓷粉体
固相法利用固态物质间所发生的各种固态反应来制取粉末。在制备陶瓷粉体原料中常用
的固态反应包括化合反应、热分解反应和氧化物还原反应，但这几种反应在实际工艺过程中经常同时发生，使用固态法制备的粉末有时不能直接作为原料使用，需进一步加以粉碎。
化合反应：
钛酸钡：BaCO3+Ti