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        陶瓷粉體原料中的雜質(zhì)

        陶瓷粉體原料中的雜質(zhì)

        編輯:轉自:無(wú)機非金屬材料科學(xué) 發(fā)布時(shí)間:2024-04-12

        一、陶瓷粉體原料中的雜質(zhì)

        陶瓷原料質(zhì)量對最終產(chǎn)品的性能起著(zhù)決定性作用,原料的化學(xué)組成、純度、雜質(zhì)的種類(lèi)及其含量等將直接影響材料性能,而原料的物理狀態(tài)如顆粒大小、顆粒形狀、礦物組成等也會(huì )影響產(chǎn)品性能以及各道工序的工藝過(guò)程。

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

        其次,雜質(zhì)還可能影響陶瓷的導熱性能。由于雜質(zhì)會(huì )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(zhì)還會(huì )對陶瓷的化學(xué)穩定性產(chǎn)生影響。一些雜質(zhì)在高溫和化學(xué)腐蝕環(huán)境下會(huì )發(fā)生氧化、腐蝕等反應,從而引起陶瓷的變質(zhì)和破壞。因此,對于需要在極端環(huán)境下工作的陶瓷部件,如燃燒室、高溫爐等,對雜質(zhì)的控制尤為重要。

        常見(jiàn)種類(lèi)如下:

        ① 堿金屬氧化物,如NazO、K2O等,此類(lèi)雜質(zhì)可能使陶瓷性能下降;
        ②過(guò)渡元素氧化物,如MnO2、Fe2O3;等,這類(lèi)雜質(zhì)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(zhì)離子,或與Ti2+半徑接近的Mg2+雜質(zhì)離子等,這類(lèi)雜質(zhì)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(zhì)。

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        二、粉體除雜

        陶瓷粉體的除雜過(guò)程涉及多個(gè)方面,舉例如下:
        1. 篩分:根據顆粒尺寸的不同,使用篩網(wǎng)將粉體進(jìn)行分級,將過(guò)大或過(guò)小的顆粒分離出來(lái)。這有助于去除因制備過(guò)程中可能產(chǎn)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(wǎng)的選擇、篩分時(shí)間、設備運行狀態(tài)等。因此,在進(jìn)行陶瓷粉體篩分除雜時(shí),應根據具體情況進(jìn)行優(yōu)化和調整,以達到最佳的除雜效果。
        2. 化學(xué)處理:對于某些特定的雜質(zhì),可以使用化學(xué)方法進(jìn)行去除。例如,對于堿金屬氧化物雜質(zhì),可以嘗試使用酸洗的方法,使其與酸反應并溶解,然后通過(guò)洗滌和過(guò)濾去除。以下是一種可能的化學(xué)除雜方法:

        1)酸洗:利用酸與堿金屬氧化物發(fā)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(lèi),然后通過(guò)洗滌、過(guò)濾等步驟去除雜質(zhì)。常用的酸有鹽酸、硫酸等。但需要注意的是,酸洗過(guò)程中要控制好酸的濃度和反應時(shí)間,以避免對陶瓷粉體造成過(guò)度腐蝕或破壞。

        2)絡(luò )合反應:利用絡(luò )合劑與堿金屬離子形成穩定的絡(luò )合物,從而將雜質(zhì)從陶瓷粉體中去除。常用的絡(luò )合劑有乙二胺四乙酸(EDTA)等。絡(luò )合反應需要在適當的溫度和pH值條件下進(jìn)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(guò)過(guò)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(xué)除雜過(guò)程中,需要注意以下幾點(diǎn):

        * 選擇合適的化學(xué)試劑和反應條件,確保除雜效果的同時(shí)不損害陶瓷粉體的性能。

        * 嚴格控制反應時(shí)間和溫度,避免過(guò)長(cháng)或過(guò)短的反應時(shí)間以及過(guò)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(jìn)行充分的洗滌和過(guò)濾,以去除殘留的化學(xué)試劑和雜質(zhì)。

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

        1)將陶瓷粉體放入高溫爐中,加熱至一定溫度,保持一定時(shí)間。

        2)在高溫下,堿金屬氧化物雜質(zhì)會(huì )揮發(fā)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(jìn)行后續加工或使用。

        需要注意的是,熱處理除雜的溫度和時(shí)間需要根據具體的陶瓷粉體和雜質(zhì)情況進(jìn)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(guò)程中,可能需要對粉體進(jìn)行多次洗滌,以去除附著(zhù)的雜質(zhì)。洗滌后,應將粉體進(jìn)行干燥,以避免團聚和吸濕。目前大量低技術(shù)的國產(chǎn)企業(yè)都在使用壓濾機反復對粉體進(jìn)行水洗除雜。

        1)選擇合適的洗滌劑:根據雜質(zhì)的性質(zhì)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(luò )合劑或其他化學(xué)試劑,能夠有效去除雜質(zhì)。

        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(jìn)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(guò)程中,雜質(zhì)會(huì )與洗滌劑發(fā)生化學(xué)反應,從而被去除。

        4)固液分離:經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的洗滌后,通過(guò)離心、過(guò)濾或沉降等方法,將洗滌后的陶瓷粉體與洗滌液進(jìn)行固液分離。

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

        6)洗滌后處理:對洗滌后的陶瓷粉體進(jìn)行必要的后處理,如干燥、研磨等,以滿(mǎn)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(shí)際操作中,應根據具體情況進(jìn)行調整和優(yōu)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(guò)程中,應定期檢測和分析粉體的成分和性質(zhì),以評估除雜效果。這可以通過(guò)化學(xué)分析、粒度分析、X射線(xiàn)衍射等方法實(shí)現。
        除雜過(guò)程可能會(huì )對粉體的其他性質(zhì)產(chǎn)生影響,因此在選擇除雜方法時(shí),需要綜合考慮除雜效果和粉體的整體性能。同時(shí),處理過(guò)程中應注意安全,避免對環(huán)境和人員造成損害。



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