第33卷第5期1997年10月
中 国 陶 瓷CHINA CERAMICS
Vol.33No.5Oct.1997
氧化锆料浆性能对其喷雾造粒粉料性质的影响
卢旭晨 袁启明 杨正方
(天津大学材料系·天津·300072)
摘 要 本文研究了料浆含固量和粘度对其喷雾造粒粉料性质影响。结果表明:氧化锆料浆含固量是喷雾造粒
(SD.)粉料填充密度的主要控制因素,高含固量料浆能得到高填充密度喷雾造粒粉料,且其颗粒显微结
构相对致密;随着ZrO2料浆含固量、粘度增加,喷雾造粒粉料平均粒径增大,粗颗粒含量增多,细颗粒
含量减少。
关键词 氧化锆料浆 喷雾干燥
1 前 言
喷雾干燥技术具有便于实现自动化、生产效率高、容易得到纯度高、流动性好的坯料等优点,它在粉料造粒工序中获得广泛应用。在陶瓷制造中,粉料性质对坯体的性能、质量有着十分重要的影响。喷雾干燥操作条件对粉料粒度影响已有不少研究报导[1-6],而料浆性能对喷雾造粒粉料影响研究的很少。本文从超细氧化锆粉末料浆性能着手,研究其喷雾造粒粉料的性质。
密度(AD)和摇实密度(TD),通过SEM观察ZrO2喷雾造粒粉料的形貌和显微结构。
3 结果与讨论
3.1 ZrO2料浆含固量对SD.粉料性质影响
从表2可以发现,随着料浆含固量的增加,粉料的松装密度和摇实密度增大。颗粒形貌和显微结构如图1所示,从图可见,高含固量料浆得到的SD.颗粒显微结构比低含固量的致密。
表2 ZrO2料浆含固量与SD.粉料的AD和TD关系
RelationshipbetweensolidcontentofZrO2slurryTable2
andADandTDofitsspray-driedpowder
样品序号
123
SD.粉料
AD(g.cm-3)TD(g.cm-3)
1.181.331.46
1.401.581.72
120-160筛目
AD(g.cm-3)TD(g.cm-3)1.151.311.38
1.311.551.63
2 实 验
实验中所用原料为工业纯ZrO2。采用搅拌球磨机,用水作分散介质制备ZrO2料浆以供喷雾干燥。喷雾干燥是在二流体式喷雾干燥器中进行,控制进料速度在12±2ml/min,压缩
4
空气机压力在9.807×10Pa,空气进口温度400℃、出口温度130℃。
表1 ZrO2SD粉料的制备条件Table1 Prep.conditionsofspray-driedZrO2powder
样品序号
12345
固体含量(wt%)6065706565
粘度(10-3Pa·s)
15015015070450
表3 不同粘度ZrO2料浆SD.粉料松装密度摇实密度
Table3 ADandTDofZrO2spray-driedpowderfordifferentviscosityslurry
样品序号
245
AD(g.cm-3)
1.331.331.33
TD(g.cm-3)
1.581.581.59
用X-射线衍射测定ZrO2粉末平均晶粒尺寸为0.45μm,采用NDJ-1型转子粘度计测定料浆粘度;根据
—85和GB5162—85分别测定喷雾造粒粉料的松装GB5061
收稿日期:1997—04—02 男,32岁,讲师,博士生 在喷雾干燥过程中,从喷咀雾化的液滴在干燥室中的干燥过程如图2[7]。当液滴刚进入干燥室时,以很大蒸发速率进
行蒸发(AB段),这个阶段很短,很快达到最大蒸发速率,即
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图1 ZrO2SD.颗粒形貌和显微结构
MorphologyandmicrostructureofZrO2spray-driedgranulesFig.1
随着料浆含固量增加,SD.粉料中的粗颗粒(大于
154—74μm)含量增多,细颗粒(0μm)含量减少,粉料平均粒径增大(如图3)。在料浆雾化过程中,随着料浆含固量提高,液气质量比升高,相应作用在单位质量料浆上的动能减少,雾化的液滴平均直径增大,导致SD.粉料平均粒径增大。
图2 雾化液滴在喷雾干燥室中的蒸发行为
Fig.2 Evaporationbehaviorofanatomizeddropletinjectedintothedryingchamberofaspraydryer等速干燥BC段。水分不断从液滴内部往外迁移,保持液滴表面的蒸汽饱和,BC段需要保持一定时间,此时液滴温度比较低。在C点,达到临界湿含量,此后整个液滴表面开始不在维持饱和蒸汽,干燥速率开始下降(CE段),液滴表面逐渐形成固态壳。进一步水分脱去需靠固态壳渗透作用来完成。由此可见,随着料浆含固量增加,水含量下降,干燥过程缩短,水分从液滴蒸发的时间缩短,这样使得粉料颗粒内部气孔率降低,从而得到高的松装密度和摇实密度的SD.粉料,对应的显微结构也相对致密。
图3 ZrO2料浆含固量与其SD.颗粒大小的关系
Fig.3 RelationshipbetweensolidcontentofZrO2slurry
andgranulesizeofitsspray-driedgranules
第33卷第5期卢旭晨等 氧化锆料浆性能对其喷雾造粒粉料性质的影响·23·
3.2 ZrO2料浆粘度对SD.粉料性质影响
表3为不同粘度下ZrO2料浆的SD.粉料的松装密度和摇实密度。料浆粘度从0.07Pa·s变至0.45Pa·s,SD.粉料的AD和TD基本不变。
随着ZrO2料浆粘度增大,SD.粉料平均粒径增大,粗颗粒含量升高,细颗粒含量下降(如图4)。在料浆雾化过程中,料浆粘度增大导致料液散裂的阻力增大,从而雾化的液滴平均尺寸增大,SD.粉料的平均粒径增大。
4 结 论
4.1 氧化锆料浆含固量是喷雾造粒粉料填充密度的主要控制因素,高含固量料浆能得到高填充密度喷雾造粒粉料,且其颗粒显微结构相对致密。
4.2 随着ZrO2料浆含固量、粘度增加,喷雾造粒粉料平均粒径增大,粗颗粒含量增多,细颗粒含量减少。
参
考
文
献
(略
)
图4 ZrO2料浆粘度与其SD.颗粒大小的关系
RelationshipbetweenviscosityofZrO2slurryandFig.4
granulesizeofitsspray-driedgranules
EFFECTSOFTHEPROPERTIESOFZIRCONIASLURRYONCHARACTERISTICSOFITSSPRAY-DRIEDPOWDERS
LuXuchen YuanQiming YangZhengfang
(Dept.ofMaterialsScienceandEngineering·TianjinUniversity·300072)
ABSTRACT
Theeffectsofthecontentandviscosityofzirconiaslurryonthepropertiesofitsspray-driedpowdershavebeenstudiedinthispaper.Itturnsoutthatthesolidcontentofzirconiaslurryisthemajorfactorcontrollingthe
bulkdensityofitsspray-driedpowders,highersolidcontentresultsinhigherbulkdensityanddensermi-crostructureofspray-driedgranules,theaveragesizeofspray-driedgranulesincreasesassolidcontentandvis-cosityofzirconiaslurryincrease.
Keywords Zirconiaslurry Spray-drying