Требования к порошкам для получения керамики в зависимости от ее целевых свойств могут быть различными, с другой стороны к наиболее общим из них относятся следующие: заданный химический, фазовый и гранулометрический состав, их однородность, активность и пр.
Методы получения порошков можно разделить принципиально на две большие группы: основанные на диспергировании (измельчении) исходных материалов и наоборот на их конденсации, т.е. выделении твердых веществ из жидкой или газообразной фазы.
Методы первой группы подразделяются в зависимости от принципов, положенных в основу процессов диспергирования: истирание, удар, давление, взрыв, ультразвуковое воздействие, электромагнитный импульс, электроискровое или дуговое диспергирование, электрохимическая или химическая коррозия, лазерное воздействие, разрушение материала за счет последовательных теплосмен и пр.
Ко второй группе относятся, например, разложение металлоорганических соединений (МОС), различные варианты осаждения из растворов, упаривание солевых растворов, осаждение за счет реакций в газовой фазе, конденсация паров, криохимический метод, распылительная сушка и т.д. Особенностью получения порошков таких материалов, как сложные оксиды, является то, что в его ходе часто протекают химические реакции разложения исходных веществ (солей, органических соединений, гидроксидов и т.п. термически непрочных форм), а далее осуществляется твердофазный синтез фаз заданного состава. Методы получения компактных сложнооксидных материалов можно подразделить на собственно керамические и методы с использованием растворных (в частности, солевых) технологий (Таблица 1).
Таблица 1
Возможно вы искали - Статья: Качество как фактор конкурентоспособности продукции
<>
1. Анализ и подготовка исходного сырья
Важное место при получении керамики занимает анализ и подготовка исходного сырья, в котором, в частности, необходимо определение содержания основного вещества, индифферентных и нежелательных примесей, гранулометрического, фазового состава. Последний часто находится во взаимосвязи с активностью исходных реагентов. Так при получении различных ферритов по керамической технологии наиболее активной формой используемого оксида железа является g-Fe2O3, ее наличие значительно ускоряет протекание синтеза. Определение соотношения количества этой формы и других модификаций проводят методом рентгенофазового анализа или при помощи термического анализа на дериватографе, используя то, что при температуре около 560оС происходит переход g-Fe2O3--> a-Fe2O3, сопровождающийся экзотермическим эффектом, интенсивность которого связана с количеством активной фазы.
2. Дозирование
Дозирование проводят с максимально возможной точностью, как правило применяя весовые формы исходных веществ. Часто требуется предварительное прокаливание реагентов для удаления адсорбированной из окружающей среды влаги, углекислого газа и др., либо необходим учет коэффициента потерь при прокаливании.
Похожий материал - Статья: Критерий качества продукции и показатель успешности хозяйственной деятельности предприятия
3.Смешивание и помол
Смешивание реагентов часто совмещается с их дополнительным измельчением (помолом). Агрегатами, используемыми с этой целью, являются наиболее часто применяемые шаровые или роликовые барабанные и вибрационные мельницы. В чистом виде (без измельчения) операция смешивания осуществляется во вращающихся смесителях разных типов: биконических, V-образных, смесителях “пьяная бочка”
Критерием полноты процесса смешивания является поверхность раздела смешиваемых фаз S. Протекание смешивания описывается уравнением:
dS/dt = -K(Smax - S).
После разделения переменных и интегрирования получим:
Очень интересно - Статья: Разработка конструкции устройства для ориентирования абразивных зёрен
-1/kln(Smax-S) = t или S = Smax - e-kt .
Поверхность раздела реагентов, увеличиваясь во времени, асимптотически приближается к максимально возможной, исходя из геометрии частиц.
Еще одним критерием процесса служит коэффициент неоднородности, с использованием закона нормального распределения среднеквадратичного отклонения s случайной величины Ci от средней величины Co:
Vнеодн. = s *100/Co = 100/Co*Ц(е(Ci - Co)2ni/(n-1)).
Проводят, как правило, не менее 25 (n) определений концентрации смешиваемого компонента во взятых от общей массы шихты пробах при помощи какого-либо метода: рентгеноспектральный, химический и т.п. Коэффициент неоднородности в ходе смешивания уменьшается, но затем может возрасти за счет агрегации частиц между собой.
Вам будет интересно - Статья: Общие сведения о проходческих комбайнах со стреловидным исполнительным органом
При реализации процессов измельчения, например, после предварительного обжига шихты применяют помимо названных выше мельниц также планетарные (с воздействием на мелющие тела и частицы центробежной силы), струйные и вихревые. Последний тип интересен тем, что соударяются разогнанные до высоких скоростей потоки частиц одного и того же материала. При этом отсутствует намол посторонних примесей, наличие которых приходится учитывать при использовании более традиционных агрегатов. Например, при измельчении ферритовой шихты в стальных шаровых барабанных мельницах дополнительный намол железа составляет до 1-1,5% от общего количества взятого для синтеза, для корректировки состава исходно берут некоторый недостаток оксида железа. Измельчение порошков других составов в аппаратах данного типа требует по возможности использования соответствующих материалов, например ванадиевой футеровки мельниц и таких же мелющих тел при получении ванадатов и т.д.
Иногда используются также аттриторы, представляющие собой барабан, в котором при помощи лопастей приводится во вращение поступающая смесь пульпы измельчаемого материала с мелющими шарами. После прохождения камеры измельчения шары отделяются от суспензии на решетках. Еще одним эффективным измельчающим агрегатом является дезинтегратор.
| Порошкообразные вещества поступают из загрузочного бункера с регулирующим шибером в пространство между вращающимися навстречу друг другу с высокими скоростями дисками (угловая скорость с использованием высокочастотных двигателей до 50000 об/мин и более). На этих роторах имеются специальные твердосплавные пальцы или лопасти, образующие относительно друг друга концентрические окружности разных диаметров. Каждая частица соударяется с указанными выступами, последовательно проходя все круги, перед выходом с последнего из них, имеющего максимальную линейную скорость, частицы испытывают наиболее высокоэнергетическое воздействие. Такой способ измельчения приводит не только к увеличению дисперсности системы, но и к дополнительной механохимической активации порошков, проявляющейся в их более интенсивном последующем спекании, либо ускоренном твердофазном синтезе. |
В дезинтеграторах частицы приобретают значительную кинетическую энергию, часть которой переходит в поверхностную. Кинетическая энергия ферритовой частицы размером (2r) 10 мкм, с плотностью 5 г/см3 при получении удара от измельчающего пальца со линейной скоростью вращения около 700 м/с (48000 об/мин, радиус круга 14 см):
Еk=mV2/2=[4/3p r3част. r *(700м/с)2]/2=6,37*10-4 Дж.
Действующие при измельчении в различных устройствах силы создают напряжения, концентрирующиеся на микродефектах частиц и превосходят среднее значение разрушающего напряжения. При достижении местного напряжения значений, превышающих предел прочности, происходит возникновение, распространение трещин и разрушение частицы. Энергетическое условие развития трещин:
Похожий материал - Статья: Коэффициент трения при качении со скольжением.
dE/dl >= ¶S/d l + dW‘k/d l,
где Е относится ко всем видам энергии, S - к свободной поверхностной энергии (полезной в данном случае и выделяющейся в дальнейшем, например, при спекании), а W‘k - к кинетической энергии образующихся осколков.
Только небольшая доля энергии в агрегатах расходуется полезно. Большая её доля идет на преодоление трения между частицами, мелющими телами, поверхностями агрегатов, изменение потенциальной и кинетической энергии материалов, упругую и пластическую деформацию и др., эти виды энергии в конечном итоге выделяются в виде тепла. Работа разрушения:
А = Аупр. + Апл. + АS + Аk.