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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(zhuǎn)自:無機(jī)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)品的性能起著決定性作用,原料的化學(xué)組成、純度、雜質(zhì)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(tài)如顆粒大小、顆粒形狀、礦物組成等也會影響產(chǎn)品性能以及各道工序的工藝過程。

首先,質(zhì)的存在可能會導(dǎo)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(qiáng)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(kuò)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(dǎo)熱性能。由于雜質(zhì)會引起晶格的畸變和界面的散射,導(dǎo)致熱傳導(dǎo)的阻礙,從而降低了陶瓷的導(dǎo)熱性能。

雜質(zhì)還會對陶瓷的化學(xué)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。一些雜質(zhì)在高溫和化學(xué)腐蝕環(huán)境下會發(fā)生氧化、腐蝕等反應(yīng),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。

常見種類如下:

① 堿金屬氧化物,如NazO、K2O等,此類雜質(zhì)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(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(jī)雜質(zhì)。

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二、粉體除雜

陶瓷粉體的除雜過程涉及多個(gè)方面,舉例如下:
1. 篩分:根據(jù)顆粒尺寸的不同,使用篩網(wǎng)將粉體進(jìn)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(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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。因此,在進(jìn)行陶瓷粉體篩分除雜時(shí),應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整,以達(dá)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(yīng)并溶解,然后通過洗滌和過濾去除。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(yīng)的原理,將陶瓷粉體置于酸性溶液中,使堿金屬氧化物轉(zhuǎn)化為可溶性的鹽類,然后通過洗滌、過濾等步驟去除雜質(zhì)。常用的酸有鹽酸、硫酸等。但需要注意的是,酸洗過程中要控制好酸的濃度和反應(yīng)時(shí)間,以避免對陶瓷粉體造成過度腐蝕或破壞。

2)絡(luò)合反應(yīng):利用絡(luò)合劑與堿金屬離子形成穩(wěn)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(yīng)需要在適當(dāng)?shù)臏囟群蚿H值條件下進(jìn)行,以確保反應(yīng)的完全和高效。

3)沉淀法:向陶瓷粉體中加入適當(dāng)?shù)某恋韯?,使堿金屬離子與沉淀劑反應(yīng)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(xué)除雜過程中,需要注意以下幾點(diǎn):

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

* 嚴(yán)格控制反應(yīng)時(shí)間和溫度,避免過長或過短的反應(yīng)時(shí)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(jìn)行充分的洗滌和過濾,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(jī)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,通過磁場的作用將磁性雜質(zhì)從陶瓷粉體中分離出來。磁選設(shè)備的選擇和操作方式也會對除雜效果產(chǎn)生影響,因此在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇和調(diào)整。
4. 熱處理:某些雜質(zhì)在高溫下可能會發(fā)生變化或揮發(fā),因此可以通過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(xù)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(jù)具體的陶瓷粉體和雜質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)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(jìn)行多次洗滌,以去除附著的雜質(zhì)。洗滌后,應(yīng)將粉體進(jìn)行干燥,以避免團(tuán)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(jī)反復(fù)對粉體進(jìn)行水洗除雜。

1)選擇合適的洗滌劑:根據(jù)雜質(zhì)的性質(zhì)和陶瓷粉體的特性,選擇適當(dāng)?shù)南礈靹?/span>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(shù)應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。

3)粉體洗滌:將陶瓷粉體加入洗滌液中,充分?jǐn)嚢韬突旌?,使粉體與洗滌液充分接觸。在此過程中,雜質(zhì)會與洗滌劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而被去除。

4)固液分離:經(jīng)過一段時(shí)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(jìn)行固液分離。

5)洗滌效果檢驗(yàn):對洗滌后的陶瓷粉體進(jìn)行檢驗(yàn),以確保雜質(zhì)已被有效去除??梢酝ㄟ^化學(xué)分析、X射線衍射、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,以滿足后續(xù)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(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)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:在除雜過程中,應(yīng)定期檢測和分析粉體的成分和性質(zhì),以評估除雜效果。這可以通過化學(xué)分析、粒度分析、X射線衍射等方法實(shí)現(xiàn)。
除雜過程可能會對粉體的其他性質(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),處理過程中應(yīng)注意安全,避免對環(huán)境和人員造成損害。



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