本發(fā)明屬于納米材料加工領(lǐng)域，公開(kāi)了一種超細(xì)碳化硼噴霧造粒粉的制備方法。
背景技術(shù)：
：由于碳化硼優(yōu)異的特性(高硬度，低密度，耐酸堿等)【參考EVANSA.GPerspectiveontheDevelopmentofHighToughnessceramics【J】J.AMceramSOC1990.73(2)：186-193】，碳化硼陶瓷產(chǎn)品的需求越來(lái)越大，但是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的碳化硼陶瓷的前提條是有優(yōu)質(zhì)的碳化硼粉體，所以生產(chǎn)高質(zhì)量的超細(xì)碳化硼粉體就成了碳化硼陶瓷發(fā)展的第一要?jiǎng)?wù)【唐立丹，穆柏春張輝影響碳化硼陶瓷致密化的因素【J】遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)。2005.378：381-6】。目前用于生產(chǎn)碳化硼陶瓷的原料是將碳化硼用鐵質(zhì)的球磨研磨到0-30um后在經(jīng)過(guò)酸洗、分級(jí)、烘干、松散等很多工序后在裝模燒結(jié)成碳化硼陶瓷制品。它的缺點(diǎn)是：(1)在球磨過(guò)程中帶入大量的鐵，所以必須要經(jīng)過(guò)酸洗工序提純，既增加了成本排出的廢水又污染了環(huán)境。(2)有于碳化硼的密度較小，導(dǎo)致了在對(duì)較細(xì)的粉體進(jìn)行分級(jí)時(shí)沉降時(shí)間太長(zhǎng)，最關(guān)鍵的是對(duì)于粒徑小于1微米的顆粒會(huì)在水分子的作用小處于不沉淀狀態(tài)，給收集造成了極大的困難，有人采用乙醇為分選的流體介質(zhì)，但是成本太高，發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)大，對(duì)操作者有毒性和對(duì)環(huán)境有污染，無(wú)法用于規(guī)?；a(chǎn)。(3)較細(xì)的碳化硼粉在烘干后會(huì)出現(xiàn)板結(jié)，松散困難，進(jìn)行在破碎時(shí)還會(huì)帶入一定的雜質(zhì)。(4)物料自然松裝比低，穩(wěn)定性差，粒徑偏大，燒結(jié)條件比較苛刻，不利于生產(chǎn)高品級(jí)的碳化硼陶瓷產(chǎn)品【杜賢武張志曉王為民傅正義王皓粉末粒徑對(duì)熱壓燒結(jié)碳化硼致密護(hù)化及力學(xué)性能的影響[J]無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)。2013.10.第28卷】。傳統(tǒng)的碳化硼破碎到碳化硼陶瓷的工藝流程：鐵質(zhì)球磨機(jī)—酸洗—沉降分級(jí)—烘干—松散—加水和結(jié)合劑混合—制成顆?！娓伞b?！獰釅撼尚汀蓟鹛沾?；如果而改用超細(xì)碳化硼造粒粉作為碳化硼陶瓷的原料就可以極大的簡(jiǎn)化上述流程，使用超細(xì)碳化硼造粒粉的優(yōu)點(diǎn)有：(1)由于破碎全程沒(méi)有任何雜質(zhì)帶入，所以省去了酸洗工序。(2)直接研磨出成品粒度，省去了分級(jí)工序，并且粒徑要比傳統(tǒng)工藝的細(xì)很多(達(dá)到0.4微米)，比表面積大，粉體表面能高，降低了燒結(jié)條件，給無(wú)壓燒結(jié)碳化硼陶瓷創(chuàng)造了首要條件；(3)噴霧造粒后的粉體在流動(dòng)性、自然堆積密度、純度等方面要好于傳統(tǒng)工藝并且還具有便于裝模、便于燒結(jié)等特點(diǎn)。兩種粉體的理化性能對(duì)比(％)粉體平均粒徑總硼總碳游離硼游離碳B2O3鐵碳化硼傳統(tǒng)粉體約3.5微米78.4420.623.521.920.320.3593.62本發(fā)明的粉體約0.5微米78.1320.871.041.660.100.1196.30技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是發(fā)明一種無(wú)污染、低能耗、無(wú)噪音、自動(dòng)化程度高、高效的用于碳化硼陶瓷燒結(jié)的粉體制備的一種方法，以提高碳化硼陶瓷的質(zhì)量和降低成本。本發(fā)明方法的技術(shù)原理是：(1)碳化硼是共價(jià)鍵很強(qiáng)的陶瓷材料，其燒結(jié)性能極差，在常壓下于2300攝氏度燒結(jié)，其相對(duì)密度一般低于80％，且容易出現(xiàn)異常晶粒長(zhǎng)大和表面熔化現(xiàn)象，通過(guò)增大碳化硼粉末的比表面積和減小其平均粒度，可在一定程度上提高燒結(jié)密度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，要獲得較高的燒結(jié)密度，碳化硼粉末的平均粒度不能大于1um【尹邦躍，王零森，方演初，碳化硼超細(xì)粉末的制備及燒結(jié)[J].無(wú)機(jī)材料學(xué)9報(bào)，2002,17(2)：343-347】.本發(fā)明在破碎工序使用自主研制的碳化硼內(nèi)襯高效研磨機(jī)，利用碳化硼自身為介質(zhì)可生產(chǎn)出粒徑中值在0.4um不需酸堿提純的碳化硼。(2)噴霧干燥是通過(guò)超高速(8000轉(zhuǎn)/分)的甩盤將碳化硼料漿“甩”成細(xì)小的圓顆粒，分散的顆粒在自由下落的過(guò)程中被熱空氣加熱干燥，同時(shí)保留了顆粒的圓形，同時(shí)由于是瞬間烘干，相比傳統(tǒng)的烘干方式受熱時(shí)間短且均勻，不僅碳化硼沒(méi)有被氧化，而且由于顆粒的急劇立體受熱，在水分被蒸發(fā)時(shí)還帶走了一部分原來(lái)存在的B2O3.(3)碳化硼粉末越細(xì)，由于化學(xué)鍵斷裂物料中的三氧化二硼、游離硼、游離碳的含量越高(5)，本發(fā)明除根據(jù)陶瓷制品要求添加PEG樹(shù)脂等助劑外還添加了1％的雙氧水，利用雙氧水的氧化性和噴霧干燥瞬間的高溫可將物料中的游離硼氧化成B2O3后揮發(fā)出去，使碳化硼的純度有一定提高。本發(fā)明的技術(shù)方案：一種超細(xì)碳化硼噴霧造粒粉的制備方法，步驟如下：(1)研磨：使用壓縮空氣將不大于500微米的碳化硼粉、去離子水及聚羧酸鈉鹽分散劑混好，用改進(jìn)后的內(nèi)襯和葉輪作為碳化硼陶瓷的高效研磨機(jī)，將漿料研磨至粒度為0.4-0.5微米；其中，碳化硼粉：去離子水：聚羧酸鈉鹽分散劑的質(zhì)量比為55：45：0.11；(2)料漿調(diào)配：將步驟(1)得到的漿料過(guò)500目篩，用“涂-4杯”測(cè)定并條粘到100S，然后依次加入濃度為50％的聚乙二醇(PEG)6000水溶液和濃度為30％的雙氧水，通入壓縮空氣混勻，其中料漿中的碳化硼粉、聚乙二醇(PEG)6000水溶液和雙氧水的質(zhì)量比為100：1：3.3；(3)噴霧造粒：將步驟(2)得到的料漿通過(guò)蠕動(dòng)泵打入到已經(jīng)預(yù)熱的離心噴霧造粒機(jī)內(nèi)進(jìn)行造粒干燥，得到的噴霧造粒粉經(jīng)檢測(cè)、陳腐48小時(shí)后即可用于碳化硼陶瓷燒結(jié)，即為超細(xì)碳化硼噴霧造粒粉。本發(fā)明的有益效果：(1)傳統(tǒng)碳化硼陶瓷粉和超細(xì)碳化硼造粒粉的圖形對(duì)比可知，本發(fā)明得到的超細(xì)碳化硼造粒粉要比傳統(tǒng)工藝得到的傳統(tǒng)碳化硼陶瓷粉細(xì)很多，達(dá)到0.4um，比表面積大，粉體表面能高；(2)粉碎過(guò)程無(wú)污染，無(wú)噪音，無(wú)需酸堿洗提純，生產(chǎn)成本低，對(duì)環(huán)境友好；(3)無(wú)需采用其他的分級(jí)工序，省去了一次干燥過(guò)程，生產(chǎn)周期短，能耗低；(4)得到的粉體純度較高，粒度更細(xì)，有利于燒結(jié)，使用此粉料在相同的燒結(jié)溫度(2000度)下用只需壓強(qiáng)即可得到大于99％TD的碳化硼陶瓷產(chǎn)品，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的200Kg/cm2壓強(qiáng)的要求，可有效的延長(zhǎng)燒結(jié)爐和碳模的使用壽命；(5)使用方便：傳統(tǒng)的粉體由于流動(dòng)性差，堆積密度低，在裝模時(shí)需要人工用簽子將粉料搗實(shí)而且燒結(jié)產(chǎn)品較大時(shí)容易產(chǎn)生密度不均，但是噴霧造粒后的粉體在使用時(shí)只需將顆粒倒入模具內(nèi)刮平即可，裝模效率極大提高，而且相同的?？卓梢陨a(chǎn)更大的碳化硼陶瓷件，可更有效的利用燒結(jié)爐的空間；(6)這種超細(xì)的碳化硼造粒粉為碳化硼陶瓷的無(wú)壓燒結(jié)創(chuàng)造了條件。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明制備方法所得超細(xì)碳化硼噴霧造粒粉放大160倍后的圖片。圖2是傳統(tǒng)制備方法所得碳化硼陶瓷粉放大160倍后的圖片。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。實(shí)施例1)將粒徑不大于500um的碳化硼粉末55公斤與去離子水45公斤利用壓縮空氣進(jìn)行混合，30min后加入110克聚羧酸鈉鹽水性分散劑，繼續(xù)通壓縮空氣1h；2)向設(shè)有加球口的研磨機(jī)的研磨腔內(nèi)加入粒徑為0.5-1mm的近球形碳化硼顆粒，近球形碳化硼顆粒的加入量占研磨腔70％-80％，啟動(dòng)主電機(jī)和料漿泵，開(kāi)始研磨；3)每研磨1h，補(bǔ)充近球形碳化硼顆粒和去離子水至起始狀態(tài)；研磨50h后，每間隔3h用庫(kù)爾特激光粒度分析儀檢測(cè)料漿粒度，直至碳化硼顆粒研磨至粒徑為0.4-0.5um后停機(jī)，將料漿排出并過(guò)500目水篩；經(jīng)統(tǒng)計(jì)研磨過(guò)程投入的碳化硼原料總數(shù)是126.4公斤(包括粉體和消耗的近球形碳化硼顆粒)。4)用“涂-4杯”測(cè)定料漿粘度，并調(diào)節(jié)至100s；5)向步驟4)得到的料漿中依次加入濃度為50％的聚乙二醇PEG6000水溶液1.264公斤和濃度為30％的雙氧水4.1712公斤，然后通入壓縮空氣混勻，得到碳化硼漿體；6)啟動(dòng)離心噴霧造粒機(jī)并將溫度設(shè)定在350度，待噴霧干燥機(jī)的溫度到達(dá)設(shè)定要求后，將步驟5)得到的碳化硼漿體通過(guò)蠕動(dòng)泵打入噴霧干燥機(jī)中噴霧造粒；7)將步驟6)噴霧造粒得到的物料用成球機(jī)混勻后過(guò)100目篩，再進(jìn)行檢測(cè)，要求堆積密度大于0.74g/cm3、破碎顆粒少于0.5％和含水量為0.2-0.5％；8)將步驟7)檢查合格的物料密封放置48小時(shí)，即為生產(chǎn)陶瓷的原料(3)檢查。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3