CN101745970B

CN101745970B - 整形的陶瓷原料粉体制备方法和所用振捣整形装置

Info

Publication number: CN101745970B
Application number: CN 200910273151
Authority: CN
Inventors: 武七德; 陈海亚; 邓明进; 汪建勋
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: CN101745970A

Abstract

本发明涉及整形的陶瓷原料粉体制备方法和所用振捣整形装置。该方法包括配制待整形物料、振捣整形、补料、筛分和除杂步骤。所用振捣整形装置包括变频振动电机(5)、电机支架(6)、振捣锤头(9)、振捣料桶(8)，其中：电机支架的伸出杆呈三角形或十字形分布，其端头各通过一个弹簧与机座相连，其中心部位与振动轴的上端焊接相连；变频振动电机的振动源位于电机支架的中心部位。本发明制备的整形的陶瓷原料粉体，其颗粒球形度为0.3～0.7、振实密度相对于未整形粉提高5～20％和粒度范围为80μm～1.5mm的粉体，具有颗粒形貌光滑平整，球形度高，无明显棱角，振实密度有所提高，且工艺简单，能耗小，适于大规模工业化生产。

Description

整形的陶瓷原料粉体制备方法和所用振捣整形装置

技术领域

本发明属于陶瓷粉体或磨料技术领域，特别涉及一种陶瓷材料粉体如刚玉、碳化硅、石英、石榴石等的整形方法及其整形装置。

背景技术

随着科学技术的发展，尤其能源，航天航空，以及汽车工业、海洋工程的迅速发展，对陶瓷材料的要求越来越高。

工业生产的粉体多采用雷蒙磨、球磨机、搅拌磨、气流磨等进行破粉碎，再经过分级得到各种不同粒径的粉体。一般的破粉碎方法所获得的颗粒多具尖锐棱角，表面凸凹不平。由于破裂多出现在晶体解理面，故破碎后的颗粒也就具有解理断裂面，与破碎之前粗颗粒具有相似的形貌。

为满足工程上的应用要求，陶瓷原料除了需要满足一定的粒径及其分布的要求外，往往还需要根据不同的使用目的，要求粉体颗粒具有所需的形貌。如高级磨料微粉有的要求颗粒为近等积球形；切割用磨料则要求颗粒为多棱形。磨料形状不同，其锋利性和抵抗破碎的性能也不同；水泥要求提高其颗粒圆形度，以提高混凝土流动性，减少需水量等。颗粒的形貌与物料的性质密切相关。它对颗粒群的许多性质产生影响，例如，粉体的比表面积、流动性、填充性、形状分离操作、表面现象、化学活性、涂料的覆盖能力、粉体层对流体的透过阻力以及颗粒在流体中的运动阻力等，都因颗粒形貌的改变而发生变化。在陶瓷制品的制备过程中，球形颗粒有利于降低粉体料浆的流动性阻力系数，并可使胶态成型的陶瓷坯体密度和强度得到提高。现代陶瓷的制备技术越来越精细化，为获得高性能的陶瓷制品，陶瓷材料粉体的整形是提高产品质量的一个重要手段。

目前陶瓷原料所采用的整形方法一般有：用小直径磨介低强度研磨整形；在低气流速度下用流化床气流磨整形；采用振动磨以小磨介低振幅进行颗粒整形，这些方法有的能耗高、产量小；有的整形效果不佳，难以达到所需要的颗粒形貌。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种适于工业化生产的低能耗的整形的陶瓷原料粉体制备方法和所用振捣整形装置。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的整形的陶瓷原料粉体，其技术参数为：颗粒球形度为0.3～0.7，振实密度相对于未整形粉提高5～20％，粒度范围为80μm～1.5mm。

所述整形的陶瓷原料粉体可由刚玉、碳化硅、石英或石榴石等硬质材料制成。

本发明提供的用于制备陶瓷原料粉体的振捣整形装置，其包括变频振动电机、电机支架、振捣锤头、振捣料桶，其中：所述电机支架的伸出杆呈三角形或十字形分布，其端头各通过一个弹簧与机座相连，其中心部位与振动轴的上端焊接相连；振动轴的下部与振捣锤头焊接相连，该振捣锤头的底部焊有振捣环；所述振捣料桶固定在机座上；所述变频振动电机固定装在电机支架上，该电机的振动源位于电机支架的中心部位。

本发明采用上述振捣整形装置来制备整形的陶瓷原料粉体，其步骤包括：

配制待整形物料：该过程包括采用不同粒径级配待整形物料，当待整形粉为100～500μm时，用12μm粉、待整形粉和2mm粉以重量比为3∶3∶4的比例配制成待整形物料；当待整形粉为600μm～1.5mm时，用12μm粉、140μm粉和待整形粉以重量比为3∶3∶4的比例配制成待整形物料；

振捣整形：将配制的待整形物料装入振捣料桶中，启动电源，于是振捣锤头在变频振动电机的作用下进行往复振捣，实现待整形物料的整形，然后，由振捣料桶取出整形物料；整形时，调节变频振动电机的频率和振幅，让振捣环强迫粉体上下搓揉滑动进行整形，通过改变振捣时间以达到最佳整形效果，减少过粉碎；其中，振捣整形的时间为2～24小时，变频振动电机的频率为200～3000Hz，变频振动电机的振幅为0.2～2mm；

补料：每隔2～5小时用分样筛对取出的整形物料进行筛分，分出筛下物，并按筛下物的量补充待整形物料，再与筛上物一起置于振捣料桶中进行振捣整形；

筛分：用分样筛将筛下物再次筛分，得到所需粒径的整形粉；

除杂：整形粉磁选后，用浓度5％的盐酸和浓度5％的氢氟酸的混合溶液浸泡12～24小时；再用去离子水清洗至PH值为7，得到的湿料在烘箱内烘干；

经过上述步骤，得到所述整形的陶瓷原料粉体。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

其一.实现了陶瓷原料粉体特别要求的制备方法，所制备包括刚玉、碳化硅、石英、石榴石等陶瓷原料粉体，具有颗粒形貌光滑平整、球形度高、无明显棱角、振实密度有所提高。

其二.在制备过程中所需设备简单，能耗小。

其三.工艺简单，酸洗除杂容易，效率高，且适于大规模工业化生产。

附图说明

图1是碳化硅未整形处理前颗粒形貌(S4300扫面电镜，放大1000倍)照片。

图2是碳化硅未整形处理前颗粒形貌(S4300扫面电镜，放大500倍)照片。

图3是碳化硅整形处理后颗粒形貌(S4300扫面电镜，放大1000倍)照片。

图4是碳化硅整形处理后颗粒形貌(S4300扫面电镜，放大500倍)照片。

图5是本发明振捣整形粉处理装置示意图。

图6是图5的俯视图。

图中：1.振捣料桶盖；2.弹簧；3.波纹管；4.振动轴；5.变频振动电机；6.电机支架；7.护管；8.振捣料桶；9.振捣锤头；10.振捣环；11.机座。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

一.整形的陶瓷原料粉体的制备方法

实施例1

本实施例处理的碳化硅粉体材料，其碳化硅颗粒为如图1、图2的不规则形状(S4300扫面电镜，放大1000倍和500倍)，d₅₀为140μm。

本实施例1的步骤依次如下：

(1)将d₅₀为12μm、140μm和2mm碳化硅粉以3∶3∶4比例配比配制2kg待整形物料(加料量可按陶瓷原料材质的脆性或硬性相应调节)加入到振捣料桶8中；

(2)打开变频振动电机5(以下简称振动电机)，调节频率为1440Hz，振幅约为1.3mm，振捣整形时间为20小时；

(3)每隔2小时用120目分样筛(筛分时间按物料性质不同进行调整)对取出的整形料进行筛分，分出筛下物，并按筛下物的量补充待整形物料，再与筛上物一起置于振捣料桶中进行振捣整形；

(4)整形完毕用180目分样筛将筛下物再次筛分，得到粒度100μm整形粉，经磁选后用浓度5％的盐酸和浓度5％的氢氟酸的混合溶液浸泡12～24小时；再用去离子水清洗至PH值为7；得到的湿料在烘箱内烘干4小时后测得振实密度为1.93g/cm³。

实施例1效果：整形前粒度100μm的粉的振实密度为1.71g/cm³，整形后粒度100μm粉振实密度为1.93g/cm³，振实密度提高12.9％；球形度为0.63。

整形前碳化硅粉体形貌如图1、图2；整形后碳化硅粉体形貌如图3、图4。

图1、图2中的碳化硅粉颗粒具有尖锐棱角，微观表面具阶梯型断面；图3、图4中的整形后碳化硅具有微观表面粗糙但整体圆整平滑，具类球形颗粒特征。

实施例2

本实施例处理的碳化硅粉体材料如实施例1。

本实施例2的步骤依次如下：

(1)该步骤同实施例1；

(2)打开振动电机，调节频率为800Hz，调节振幅约为1.3mm，振捣整形时间为20小时；

(3)每隔2小时用120目分样筛对取出的整形料进行筛分，分出筛下物，并按筛下物的量补充待整形物料，再与筛上物一起置于振捣料桶中进行振捣整形；

(4)整形完毕用180目分样筛将筛下物再次筛分，得到粒度100μm整形粉，经磁选后用浓度5％的盐酸和浓度5％的氢氟酸的混合溶液浸泡12～24小时；再用去离子水清洗至PH值为7；得到的湿料在烘箱内烘干4小时后测得振实密度为1.81g/cm³。

实施例2效果：整形前筛分得粒度100μm粉振实密度为1.71g/cm³，整形后筛分得粒度100μm粉振实密度为1.81g/cm³，振实密度提高5.8％；球形度为0.57；

实施例3

本实施例处理的碳化硅粉体材料，其碳化硅颗粒为d₅₀为2mm。

本实施例3的步骤依次如下：

(1)将d₅₀为12μm、140μm和2mm碳化硅粉以3∶3∶4比例配比配制2kg待整形物料加入到振捣料桶8中；

(2)打开振动电机，调节频率为1000Hz，调节振幅约为0.8mm，振捣整形时间为10小时；

(3)每隔2小时用12目分样筛对取出的整形料进行筛分，分出筛下物，并按筛下物的量补充待整形物料，再与筛上物一起置于振捣料桶中进行振捣整形；

(4)整形完毕用16目分样筛将筛下物再次筛分，得到粒度100μm整形粉，经磁选后用浓度5％的盐酸和浓度5％的氢氟酸的混合溶液浸泡12～24小时；再用去离子水清洗至PH值为7；得到的湿料在烘箱内烘干4小时后测得振实密度为1.82g/cm³。

实施例3效果：整形前筛分得粒度1.5mm粉振实密度为1.52g/cm³，整形后筛分得粒度1.5mm粉振实密度为1.82g/cm³，振实密度提高19.7％；球形度为0.69；

实施例4

本实施例4的步骤依次如下：

(1)步骤同实施例3；

(2)打开振动电机，调节频率为1000Hz，调节振幅约为0.4mm，振捣整形时间为10小时；

(4)整形完毕用16目分样筛将筛下物再次筛分，得到粒度100μm整形粉，经磁选后用浓度5％的盐酸和浓度5％浓度的氢氟酸的混合溶液浸泡12～24小时；再用去离子水清洗至PH值为7；得到的湿料在烘箱内烘干4小时后测得振实密度为1.79g/cm³。

实施例4效果：整形前筛分得粒度1.5mm粉振实密度为1.52g/cm³，整形后筛分得粒度1.5mm粉振实密度为1.79g/cm³，振实密度提高17.8％；球形度为0.67；

实施例5

本实施例处理的白刚玉粉体材料，其白刚玉颗粒为d₅₀为140μm。

本实施例5的步骤依次如下：

(1)将d₅₀140μm白刚玉粉配制2kg料加入到振捣料筒8中；

(2)打开振动电机，调节频率为1200Hz，调节振幅约为1.1mm，振捣整形时间为24小时；

(4)整形完毕用180目分样筛将筛下物再次筛分，得到粒度100μm整形粉，经磁选后用5％浓度的盐酸和5％浓度的氢氟酸的混合溶液浸泡12～24小时；再用去离子水清洗至PH值为7；得到的湿料在烘箱内烘干4小时后测得振实密度为2.26g/cm³。

实施例5效果：整形前筛分得100μm粉振实密度为2.07g/cm³，整形后筛分的d₅₀100μm粉振实密度为2.26g/cm³，振实密度提高9.2％；球形度为0.56；

实施例6

本实施例6的步骤依次如所述实施例5的步骤，仅将振动源由单振源改为双振源。

实施例6效果：整形前筛分得100μm粉振实密度为2.07g/cm³，整形后筛分的d₅₀100μm粉振实密度为2.35g/cm³，振实密度提高13.5％；球形度为0.66；使用双振动源，振动频率加倍，有利于粉的上下滑动和相互搓揉，防止粉体压实，整形效果更佳，此法更有利于细粉的整形。

上述实施例中，步骤(1)所述配比均为重量配比，步骤(4)所述浓度均为体积浓度。第一次筛分时，所用分样筛的孔径比所得整形粉粒径大一号。第二次筛分时，所用分样筛的孔径比所得整形粉粒径小一号。

二.用于制备陶瓷原料粉体的振捣整形装置

该装置的结构如图5和图6所示：包括变频振动电机5、电机支架6、振捣锤头9、振捣料桶8。其中：所述电机支架的伸出杆呈三角形或十字形分布，其端头各通过一个弹簧2与机座相连，其中心部位与振动轴4的上端焊接相连。振动轴4的下部与振捣锤头9焊接相连，该振捣锤头的底部焊有振捣环10。所述振捣料桶固定在机座11上。所述变频振动电机固定装在电机支架上，该电机的振动源位于电机支架的中心部位。

所述弹簧2位于护管7中，该护管有保护弹簧的作用。

在振动轴4的上部，即位于振捣料桶盖1和电机支架6相连部分用波纹管3进行密封，以避免振捣料桶中的粉尘外泄，污染环境。

所述振捣锤头9可由四个均匀分布的三角板与振动轴4焊接而成，在三角板的底部设有与之焊接的多个均匀间隔排布的同心振捣环10。

本发明可以采用一台或两台变频振动电机5，实施高效振动。其中：

采用一台变频振动电机时，该电机置于振捣料桶8的上方，此时为单振源。

采用两台变频振动电机时，它们分别置于振捣料桶8的上方、下方，此时为双振源，两台变频振动电机各由一个电机支架6固定连接，并且此两个电机支架相对应的端头各由一个弹簧2相连。

所述振捣料桶8为凹底圆筒形。

Claims

1.一种用于制备陶瓷原料粉体的振捣整形装置，其特征在于该装置包括变频振动电机(5)、电机支架(6)、振捣锤头(9)、振捣料桶(8)，其中：所述电机支架的伸出杆呈三角形或十字形分布，其端头各通过一个弹簧(2)与机座相连，其中心部位与振动轴(4)的上端焊接相连；振动轴的下部与振捣锤头(9)焊接相连，该振捣锤头的底部焊有振捣环(10)；所述振捣料桶固定在机座(11)上，该振捣料桶上具有振捣料桶盖(1)；所述变频振动电机固定装在电机支架上，该电机的振动源位于电机支架的中心部位。

2.根据权利要求1所述的振捣整形装置，其特征在于：所述弹簧(2)位于护管(7)中。

3.根据权利要求1所述的振捣整形装置，其特征在于：在振动轴(4)的上部即位于振捣料桶盖(1)和电机支架相连部分用波纹管(3)进行密封。

4.根据权利要求1所述的振捣整形装置，其特征在于：所述振捣锤头(9)由四个均匀分布的三角板与振动轴(4)焊接而成，其底部设有与之焊接的多个均匀间隔排布的同心振捣环(10)。

5.根据权利要求1所述的振捣整形装置，其特征是采用一台或两台变频振动电机(5)，其中：采用一台变频振动电机时，该电机置于振捣料桶(8)的上方，此时为单振源；采用两台变频振动电机时，它们分别置于振捣料桶(8)的上方、下方，此时为双振源，两台变频振动电机各由一个电机支架(6)固定连接，并且此两个电机支架相对应的端头各由一个弹簧(2)相连。

6.根据权利要求1所述的振捣整形装置，其特征在于：所述振捣料桶(8)为凹底圆筒形。

7.一种整形的陶瓷原料粉体的制备方法，其特征是该方法采用权利要求1至6中任一权利要求所述振捣整形装置制备整形的陶瓷原料粉体，其步骤包括：

振捣整形：将配制的待整形物料装入振捣料桶(8)中，启动电源，于是振捣锤头(9)在变频振动电机(5)的作用下进行往复振捣，实现待整形物料的整形，然后，由振捣料桶取出整形物料；整形时，调节变频振动电机(5)的频率和振幅，让振捣环(10)强迫粉体上下搓揉滑动进行整形，通过改变振捣时间以达到最佳整形效果，减少过粉碎；其中，振捣整形的时间为2～24小时，变频振动电机的频率为200～3000Hz，变频振动电机的振幅为0.2～2mm；

经过上述步骤，得到所述整形的陶瓷原料粉体。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是在配制待整形物料过程中，还包括采用单一粒径配制待整形物料。