CN106278273A - 一种超细碳化硼喷雾造粒粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于纳米材料加工领域，公开了一种超细碳化硼喷雾造粒粉的制备方法。使用压缩空气将不大于500微米的碳化硼粉、去离子水及聚羧酸钠盐混好，将浆料研磨至粒度为0.4‑0.5微米；将得到的浆料过500目筛，用“涂‑4杯”测定并条粘到100S，然后依次加入聚乙二醇6000水溶液和双氧水，通入压缩空气混匀；将得到的料浆通过蠕动泵打入到已经预热的离心喷雾造粒机内进行造粒干燥，得到的喷雾造粒粉经检测、陈腐48小时后即可用于碳化硼陶瓷烧结，即为超细碳化硼喷雾造粒粉。本方法无需采用其他的分级工序，省去了一次干燥过程，生产周期短，能耗低，且超细碳化硼喷雾造粒粉为碳化硼陶瓷的无压烧结创造了条件。

Description

一种超细碳化硼喷雾造粒粉的制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料加工领域，公开了一种超细碳化硼喷雾造粒粉的制备方法。

背景技术

由于碳化硼优异的特性(高硬度，低密度，耐酸碱等)【参考EVANS A.GPerspective on the Development of High Toughness ceramics【J】J.AM ceram SOC1990.73(2)：186-193】，碳化硼陶瓷产品的需求越来越大，但是生产优质的碳化硼陶瓷的前提条是有优质的碳化硼粉体，所以生产高质量的超细碳化硼粉体就成了碳化硼陶瓷发展的第一要务【唐立丹，穆柏春张辉影响碳化硼陶瓷致密化的因素【J】辽宁工学院学报。2005.378：381-6】。

目前用于生产碳化硼陶瓷的原料是将碳化硼用铁质的球磨研磨到0-30um后在经过酸洗、分级、烘干、松散等很多工序后在装模烧结成碳化硼陶瓷制品。它的缺点是：

(1)在球磨过程中带入大量的铁，所以必须要经过酸洗工序提纯，既增加了成本排出的废水又污染了环境。

(2)有于碳化硼的密度较小，导致了在对较细的粉体进行分级时沉降时间太长，最关键的是对于粒径小于1微米的颗粒会在水分子的作用小处于不沉淀状态，给收集造成了极大的困难，有人采用乙醇为分选的流体介质，但是成本太高，发生火灾的危险大，对操作者有毒性和对环境有污染，无法用于规模化生产。

(3)较细的碳化硼粉在烘干后会出现板结，松散困难，进行在破碎时还会带入一定的杂质。

(4)物料自然松装比低，稳定性差，粒径偏大，烧结条件比较苛刻，不利于生产高品级的碳化硼陶瓷产品【杜贤武张志晓王为民傅正义王皓粉末粒径对热压烧结碳化硼致密护化及力学性能的影响[J]无机材料学报。2013.10.第28卷】。

传统的碳化硼破碎到碳化硼陶瓷的工艺流程：铁质球磨机—酸洗—沉降分级—烘干—松散—加水和结合剂混合—制成颗粒—烘干—装模—热压成型—碳化硼陶瓷；

如果而改用超细碳化硼造粒粉作为碳化硼陶瓷的原料就可以极大的简化上述流程，使用超细碳化硼造粒粉的优点有：

(1)由于破碎全程没有任何杂质带入，所以省去了酸洗工序。

(2)直接研磨出成品粒度，省去了分级工序，并且粒径要比传统工艺的细很多(达到0.4微米)，比表面积大，粉体表面能高，降低了烧结条件，给无压烧结碳化硼陶瓷创造了首要条件；

(3)喷雾造粒后的粉体在流动性、自然堆积密度、纯度等方面要好于传统工艺并且还具有便于装模、便于烧结等特点。

两种粉体的理化性能对比(％)

粉体	平均粒径	总硼	总碳	游离硼	游离碳	B2O3	铁	碳化硼
									传统粉体	约3.5微米	78.44	20.62	3.52	1.92	0.32	0.35	93.62
本发明的粉体	约0.5微米	78.13	20.87	1.04	1.66	0.10	0.11	96.30

发明内容

本发明的目的是发明一种无污染、低能耗、无噪音、自动化程度高、高效的用于碳化硼陶瓷烧结的粉体制备的一种方法，以提高碳化硼陶瓷的质量和降低成本。

本发明方法的技术原理是：

(1)碳化硼是共价键很强的陶瓷材料，其烧结性能极差，在常压下于2300摄氏度烧结，其相对密度一般低于80％，且容易出现异常晶粒长大和表面熔化现象，通过增大碳化硼粉末的比表面积和减小其平均粒度，可在一定程度上提高烧结密度。据统计，要获得较高的烧结密度，碳化硼粉末的平均粒度不能大于1um【尹邦跃，王零森，方演初，碳化硼超细粉末的制备及烧结[J].无机材料学9报，2002,17(2)：343-347】.本发明在破碎工序使用自主研制的碳化硼内衬高效研磨机，利用碳化硼自身为介质可生产出粒径中值在0.4um不需酸碱提纯的碳化硼。

(2)喷雾干燥是通过超高速(8000转/分)的甩盘将碳化硼料浆“甩”成细小的圆颗粒，分散的颗粒在自由下落的过程中被热空气加热干燥，同时保留了颗粒的圆形，同时由于是瞬间烘干，相比传统的烘干方式受热时间短且均匀，不仅碳化硼没有被氧化，而且由于颗粒的急剧立体受热，在水分被蒸发时还带走了一部分原来存在的B2O3.

(3)碳化硼粉末越细，由于化学键断裂物料中的三氧化二硼、游离硼、游离碳的含量越高(5)，本发明除根据陶瓷制品要求添加PEG树脂等助剂外还添加了1％的双氧水，利用双氧水的氧化性和喷雾干燥瞬间的高温可将物料中的游离硼氧化成B2O3后挥发出去，使碳化硼的纯度有一定提高。

本发明的技术方案：

一种超细碳化硼喷雾造粒粉的制备方法，步骤如下：

(1)研磨：使用压缩空气将不大于500微米的碳化硼粉、去离子水及聚羧酸钠盐分散剂混好，用改进后的内衬和叶轮作为碳化硼陶瓷的高效研磨机，将浆料研磨至粒度为0.4-0.5微米；其中，碳化硼粉：去离子水：聚羧酸钠盐分散剂的质量比为55：45：0.11；

(2)料浆调配：将步骤(1)得到的浆料过500目筛，用“涂-4杯”测定并条粘到100S，然后依次加入浓度为50％的聚乙二醇(PEG)6000水溶液和浓度为30％的双氧水，通入压缩空气混匀，其中料浆中的碳化硼粉、聚乙二醇(PEG)6000水溶液和双氧水的质量比为100：1：3.3；

(3)喷雾造粒：将步骤(2)得到的料浆通过蠕动泵打入到已经预热的离心喷雾造粒机内进行造粒干燥，得到的喷雾造粒粉经检测、陈腐48小时后即可用于碳化硼陶瓷烧结，即为超细碳化硼喷雾造粒粉。

本发明的有益效果：

(1)传统碳化硼陶瓷粉和超细碳化硼造粒粉的图形对比可知，本发明得到的超细碳化硼造粒粉要比传统工艺得到的传统碳化硼陶瓷粉细很多，达到0.4um，比表面积大，粉体表面能高；

(2)粉碎过程无污染，无噪音，无需酸碱洗提纯，生产成本低，对环境友好；

(3)无需采用其他的分级工序，省去了一次干燥过程，生产周期短，能耗低；

(4)得到的粉体纯度较高，粒度更细，有利于烧结，使用此粉料在相同的烧结温度(2000度)下用只需压强即可得到大于9 9％TD的碳化硼陶瓷产品，远低于传统的200Kg/cm²压强的要求，可有效的延长烧结炉和碳模的使用寿命；

(5)使用方便：传统的粉体由于流动性差，堆积密度低，在装模时需要人工用签子将粉料捣实而且烧结产品较大时容易产生密度不均，但是喷雾造粒后的粉体在使用时只需将颗粒倒入模具内刮平即可，装模效率极大提高，而且相同的模孔可以生产更大的碳化硼陶瓷件，可更有效的利用烧结炉的空间；

(6)这种超细的碳化硼造粒粉为碳化硼陶瓷的无压烧结创造了条件。

附图说明

图1是本发明制备方法所得超细碳化硼喷雾造粒粉放大160倍后的图片。

图2是传统制备方法所得碳化硼陶瓷粉放大160倍后的图片。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例

1)将粒径不大于500um的碳化硼粉末55公斤与去离子水45公斤利用压缩空气进行混合，30min后加入110克聚羧酸钠盐水性分散剂，继续通压缩空气1h；

2)向设有加球口的研磨机的研磨腔内加入粒径为0.5-1mm的近球形碳化硼颗粒，近球形碳化硼颗粒的加入量占研磨腔70％-80％，启动主电机和料浆泵，开始研磨；

3)每研磨1h，补充近球形碳化硼颗粒和去离子水至起始状态；研磨50h后，每间隔3h用库尔特激光粒度分析仪检测料浆粒度，直至碳化硼颗粒研磨至粒径为0.4-0.5um后停机，将料浆排出并过500目水筛；经统计研磨过程投入的碳化硼原料总数是126.4公斤(包括粉体和消耗的近球形碳化硼颗粒)。

4)用“涂-4杯”测定料浆粘度，并调节至100s；

5)向步骤4)得到的料浆中依次加入浓度为50％的聚乙二醇PEG6000水溶液1.264公斤和浓度为30％的双氧水4.1712公斤，然后通入压缩空气混匀，得到碳化硼浆体；

6)启动离心喷雾造粒机并将温度设定在350度，待喷雾干燥机的温度到达设定要求后，将步骤5)得到的碳化硼浆体通过蠕动泵打入喷雾干燥机中喷雾造粒；

7)将步骤6)喷雾造粒得到的物料用成球机混匀后过100目筛，再进行检测，要求堆积密度大于0.74g/cm³、破碎颗粒少于0.5％和含水量为0.2-0.5％；

8)将步骤7)检查合格的物料密封放置48小时，即为生产陶瓷的原料(3)检查。

Claims (1)

1.一种超细碳化硼喷雾造粒粉的制备方法，步骤如下：

(1)研磨：使用压缩空气将不大于500微米的碳化硼粉、去离子水及聚羧酸钠盐分散剂混好，用改进后的内衬和叶轮作为碳化硼陶瓷的高效研磨机，将浆料研磨至粒度为0.4-0.5微米；其中，碳化硼粉：去离子水：聚羧酸钠盐分散剂的质量比为55：45：0.11；

(2)料浆调配：将步骤(1)得到的浆料过500目筛，用“涂-4杯”测定并条粘到100S，然后依次加入浓度为50％的聚乙二醇6000水溶液和浓度为30％的双氧水，通入压缩空气混匀，其中料浆中的碳化硼粉、聚乙二醇(PEG)6000水溶液和双氧水的质量比为100：1：3.3；

(3)喷雾造粒：将步骤(2)得到的料浆通过蠕动泵打入到已经预热的离心喷雾造粒机内进行造粒干燥，得到的喷雾造粒粉经检测、陈腐48小时后即可用于碳化硼陶瓷烧结，即为超细碳化硼喷雾造粒粉。