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陶瓷粉體原料中的雜質

陶瓷粉體原料中的雜質

編輯:轉自:無機非金屬材料科學 發布時間:2024-04-12

一、陶瓷粉體原料中的雜質

陶瓷原料質量對最終產品的性能起著決定性作用,原料的化學組成、純度、雜質的種類及其含量等將直接影響材料性能,而原料的物理狀態如顆粒大小、顆粒形狀、礦物組成等也會影響產品性能以及各道工序的工藝過程。

首先,質的存在可能會導致陶瓷的晶粒生長不均勻和晶界處的畸變,這會降低陶瓷的硬度和強度。此外,雜質還可能影響陶瓷的斷裂韌性,使其易于發生裂紋擴展,降低其抗震動、抗沖擊的能力。

其次,雜質還可能影響陶瓷的導熱性能。由于雜質會引起晶格的畸變和界面的散射,導致熱傳導的阻礙,從而降低了陶瓷的導熱性能。

雜質還會對陶瓷的化學穩定性產生影響。一些雜質在高溫和化學腐蝕環境下會發生氧化、腐蝕等反應,從而引起陶瓷的變質和破壞。因此,對于需要在極端環境下工作的陶瓷部件,如燃燒室、高溫爐等,對雜質的控制尤為重要。

常見種類如下:

① 堿金屬氧化物,如NazO、K2O等,此類雜質可能使陶瓷性能下降;
②過渡元素氧化物,如MnO2、Fe2O3;等,這類雜質對陶瓷的壓電性能影響極大,壓電陶瓷原料中要求其含量要小于0.1%;
③適量的Ca2+、Sr2+、Ba2+等半徑與Pb2+接近的雜質離子,或與Ti2+半徑接近的Mg2+雜質離子等,這類雜質可與主成分置換形成固溶體,從而影響陶瓷性能;
④有機雜質。

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二、粉體除雜

陶瓷粉體的除雜過程涉及多個方面,舉例如下:
1. 篩分:根據顆粒尺寸的不同,使用篩網將粉體進行分級,將過大或過小的顆粒分離出來。這有助于去除因制備過程中可能產生的異常顆粒。篩分除雜的效果受到多種因素的影響,如篩網的選擇、篩分時間、設備運行狀態等。因此,在進行陶瓷粉體篩分除雜時,應根據具體情況進行優化和調整,以達到最佳的除雜效果。
2. 化學處理:對于某些特定的雜質,可以使用化學方法進行去除。例如,對于堿金屬氧化物雜質,可以嘗試使用酸洗的方法,使其與酸反應并溶解,然后通過洗滌和過濾去除。以下是一種可能的化學除雜方法:

1)酸洗:利用酸與堿金屬氧化物發生中和反應的原理,將陶瓷粉體置于酸性溶液中,使堿金屬氧化物轉化為可溶性的鹽類,然后通過洗滌、過濾等步驟去除雜質。常用的酸有鹽酸、硫酸等。但需要注意的是,酸洗過程中要控制好酸的濃度和反應時間,以避免對陶瓷粉體造成過度腐蝕或破壞。

2)絡合反應:利用絡合劑與堿金屬離子形成穩定的絡合物,從而將雜質從陶瓷粉體中去除。常用的絡合劑有乙二胺四乙酸(EDTA)等。絡合反應需要在適當的溫度和pH值條件下進行,以確保反應的完全和高效。

3)沉淀法:向陶瓷粉體中加入適當的沉淀劑,使堿金屬離子與沉淀劑反應生成難溶性的沉淀物,然后通過過濾、洗滌等步驟將沉淀物與陶瓷粉體分離。常用的沉淀劑有氫氧化物、碳酸鹽等。

在化學除雜過程中,需要注意以下幾點:

* 選擇合適的化學試劑和反應條件,確保除雜效果的同時不損害陶瓷粉體的性能。

* 嚴格控制反應時間和溫度,避免過長或過短的反應時間以及過高的溫度對陶瓷粉體造成不利影響。

* 對除雜后的陶瓷粉體進行充分的洗滌和過濾,以去除殘留的化學試劑和雜質。

3. 磁選:如果雜質具有磁性,可以使用磁選機將磁性雜質與粉體分離。這種方法利用了磁性物質的特性,通過磁場的作用將磁性雜質從陶瓷粉體中分離出來。磁選設備的選擇和操作方式也會對除雜效果產生影響,因此在實際應用中需要根據具體情況進行選擇和調整。
4. 熱處理:某些雜質在高溫下可能會發生變化或揮發,因此可以通過熱處理的方法去除雜質。

1)將陶瓷粉體放入高溫爐中,加熱至一定溫度,保持一定時間。

2)在高溫下,堿金屬氧化物雜質會揮發或分解,從而從陶瓷粉體中去除。

3)冷卻后,取出處理后的陶瓷粉體,進行后續加工或使用。

需要注意的是,熱處理除雜的溫度和時間需要根據具體的陶瓷粉體和雜質情況進行調整,以避免對陶瓷粉體造成不良影響。

5. 洗滌和干燥:在除雜過程中,可能需要對粉體進行多次洗滌,以去除附著的雜質。洗滌后,應將粉體進行干燥,以避免團聚和吸濕。目前大量低技術的國產企業都在使用壓濾機反復對粉體進行水洗除雜。

1)選擇合適的洗滌劑:根據雜質的性質和陶瓷粉體的特性,選擇適當的洗滌劑。洗滌劑可以是酸、堿、絡合劑或其他化學試劑,能夠有效去除雜質。

2)配制洗滌液:將洗滌劑溶解在適量的水中,配制成洗滌液。洗滌液的濃度、溫度和pH值等參數應根據具體情況進行調整。

3)粉體洗滌:將陶瓷粉體加入洗滌液中,充分攪拌和混合,使粉體與洗滌液充分接觸。在此過程中,雜質會與洗滌劑發生化學反應,從而被去除。

4)固液分離:經過一段時間的洗滌后,通過離心、過濾或沉降等方法,將洗滌后的陶瓷粉體與洗滌液進行固液分離。

5)洗滌效果檢驗:對洗滌后的陶瓷粉體進行檢驗,以確保雜質已被有效去除??梢酝ㄟ^化學分析、X射線衍射、掃描電子顯微鏡等方法進行檢測。

6)洗滌后處理:對洗滌后的陶瓷粉體進行必要的后處理,如干燥、研磨等,以滿足后續工藝的要求。

需要注意的是,洗滌除雜的效果受到多種因素的影響,如洗滌劑的選擇、洗滌條件、粉體特性等。因此,在實際操作中,應根據具體情況進行調整和優化,以獲得最佳的除雜效果。

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6. 檢測和評估:在除雜過程中,應定期檢測和分析粉體的成分和性質,以評估除雜效果。這可以通過化學分析、粒度分析、X射線衍射等方法實現。
除雜過程可能會對粉體的其他性質產生影響,因此在選擇除雜方法時,需要綜合考慮除雜效果和粉體的整體性能。同時,處理過程中應注意安全,避免對環境和人員造成損害。



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