CN107020372A - 一种二硼化钛/镍/钼复合粉体的水基喷雾造粒方法 - Google Patents

一种二硼化钛/镍/钼复合粉体的水基喷雾造粒方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种二硼化钛/镍/钼复合粉体的水基喷雾造粒方法，其步骤如下：1)配料；2)制浆：将去离子水、分散剂、粘结剂A、润滑剂A、粘结剂B、润滑剂B置于行星球磨机上球磨半小时后加入硼化钛粉末、镍粉和钼粉，再加入球磨球进行球磨混料，得到TiB2‑Ni‑Mo复合粉体料浆；3)喷雾干燥造粒：将TiB2‑Ni‑Mo复合粉体料浆直接喷入喷雾干燥造粒仪中，经喷雾干燥造粒得到TiB2‑Ni‑Mo复合粉体。本发明得到的TiB2‑Ni‑Mo球形复合粉体具有良好的流动性和均匀性，可以获得结构均匀、密度较高的陶瓷胚体。

Description

一种二硼化钛/镍/钼复合粉体的水基喷雾造粒方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种二硼化钛/镍/钼复合粉体(TiB2-Ni-Mo复合粉体)的水基喷雾造粒方法。
背景技术
在硼化物陶瓷材料中，二硼化钛(TiB2)由于具有高熔点(2790℃)、低密度(4.52g.cm-3)、高硬度(HV＝34GPa)、较高的强度和断裂韧性、极好的化学稳定性以及优良的导电、导热等性能，因而在高温结构材料、耐磨、耐蚀材料以及电气材料等领域有着广阔的应用前景。但TiB2的难以烧结特性限制了这种材料的广泛应用，为了改善其烧结特性和使用性能，通常在TiB2中加入容易烧结的第二相作为助烧剂，常用的助烧剂有金属Fe、Ni、Mo及陶瓷Al2O3、TiC等。为了充分发挥助烧剂的作用，同时达到改善材料性能的目的，制备得到各组分分散均匀的、成型性较好的复合粉体已成为复合陶瓷领域中的首要任务。
喷雾造粒方法所得的造粒颗粒形状为球形，粒度分布级配合理，流动性能良好，将粉末喷雾造粒后压制得到的素坯致密度以及均匀性大大提高，因而逐渐受到关注，相关研究人员以乙醇为液体介质研究制备得到硼化钛料浆，乙醇基料浆分散性较好，但成本高且存在安全问题，喷雾干燥仪闭式操作过程中，喷有乙醇时，氧气浓度必须控制在5％以下否则乙醇有燃烧、爆炸的危险，所以无法高效推广应用。本发明采用去离子水作为液体介质，采用复合粉体液相喷雾干燥的工艺制备出TiB2-Ni-Mo复合粉体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种TiB2-Ni-Mo复合粉体的水基喷雾造粒方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种二硼化钛/镍/钼复合粉体的水基喷雾造粒方法，步骤如下：
1)配料：由粉体材料、去离子水、分散剂、粘结剂A、润滑剂A、粘结剂B、润滑剂B配料而成，其中粉体材料各组分及质量百分比为：硼化钛粉末70～90％，镍粉6～18％，钼粉4～12％；粉体材料与去离子水质量比为1:1～1.5，其余组份按粉体材料的质量百分含量配比为：分散剂1～1.5％，粘结剂A 5～6％，润滑剂A 2～2.5％，粘结剂B 1～1.5％，润滑剂B 1～1.5％；
2)制浆：将去离子水、分散剂、粘结剂A、润滑剂A、粘结剂B、润滑剂B置于不锈钢球磨罐中，置于行星球磨机上球磨半小时后加入硼化钛粉末、镍粉和钼粉，再加入球磨球进行球磨混料，得到TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆；
3)喷雾干燥造粒：将步骤2)所得TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆用喷雾干燥造粒仪进行干燥造粒，得到二硼化钛/镍/钼复合粉体。
按上述方案，步骤1)所述硼化钛粉末平均粒径为8μm；所述镍粉平均粒径为1μm；所述钼粉平均粒径为1μm。
按上述方案，步骤1)所述分散剂为氨醇类分散剂；所述粘结剂A为聚乙烯醇类粘结剂；所述润滑剂A为聚氧乙烯类润滑剂；所述粘结剂B为白糊精；所述润滑剂B为甘油。
按上述方案，步骤2)所述球磨混料的工艺为：球磨球采用不锈钢球，球料比为4～6:1，球磨转速为300r/min，球磨时间为12～36h。
按上述方案，步骤3)所述喷雾干燥造粒的工艺条件为：喷雾干燥造粒仪入口温度为170～180℃，出口温度为90～105℃，泵速为8％，空气流量为45～60m3/h。
本发明还包括根据上述方法制备得到的TiB2-Ni-Mo复合粉体，所述二硼化钛/镍/钼复合粉体为晶粒尺寸为2-3μm的小颗粒聚集而成的球形颗粒，并且所述复合粉体的粒径为10-30μm。
本发明在二硼化钛(TiB2)中引入镍(Ni)、钼(Mo)作为助烧剂，采用湿法球磨混料-喷雾造粒，可以有效避免各组分的再团聚和沉降分离，保持浆料原有的均匀性，而且浆料雾化均匀，所得粉料为球形颗粒，粒度均匀分布，流动性好，适合连续自动成型；可以将平均粒径为8μm的硼化钛(TiB2)粉末、平均粒径1μm的镍粉(Ni)和平均粒径1μm的钼粉(Mo)通过高能球磨结合喷雾造粒工艺，获得硼化钛晶粒尺度为2-3μm左右的TiB2-Ni-Mo复合粉体球形造粒粉末，从而细化硼化钛陶瓷晶粒、提高素坯均匀性，有利于陶瓷的烧结。
本发明的有益效果在于：1、本发明在TiB2中加入Ni、Mo作为第二相烧结剂，并引入分散剂、润滑剂、粘结剂作为成型剂进行配料，采用去离子水作为液体介质，得到混合均匀且分散稳定的料桨，实现水基悬浮料浆的喷雾造粒；2、本发明TiB2原始粉末粒径D50为8.067μm，比表面积为1.54m2/g；而经过行星球磨、喷雾干燥造粒后的TiB2-Ni-Mo复合粉体粒径D50达2.353～2.752μm，比表面积达3.54～3.80m2/g，松装密度为0.77～0.84g/cm3，休止角为25～28°，与原始粉末相比降低了粉体粒径，增加了粉体比表面积，从而加强了无压烧结的驱动力，将造粒粉在20～40MPa的成型压力下干压成形，然后在200MPa下冷等静压后，得到的素坯密度在2.67～2.94g/cm3，相对致密度达54～56％；3、本发明得到的TiB2-Ni-Mo球形复合粉体具有良好的流动性和均匀性，可以获得结构均匀、密度较高的陶瓷胚体。
附图说明
图1为本发明实施1所制备的TiB2-Ni-Mo复合粉体的XRD图；
图2为实施例1所制备的TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆的流变性曲线图；
图3为实施例1所制备的TiB2-Ni-Mo复合粉体的SEM图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例所用分散剂为武汉美琪林新材料有限公司生产的氨醇复合物MQ5088；所用粘结剂A为武汉美琪林新材料有限公司生产的改性聚乙烯醇制品MQ35；所用润滑剂A为武汉美琪林新材料有限公司生产的聚氧乙烯改性制剂MQ9002。
实施例1
一种TiB2-Ni-Mo复合粉体的水基喷雾造粒方法，步骤如下：
1)配料：将各原料按照以下质量重量百分比配料：硼化钛粉末(平均粒径8μm)45g，镍粉(平均粒径1μm)3g，钼粉(平均粒径1μm)2g，去离子水50mL，分散剂0.5g，粘结剂A2.75g，润滑剂A 1g，白糊精0.5g，甘油0.5g；
2)制浆：将去离子水、分散剂、粘结剂A、润滑剂A、白糊精、甘油置于不锈钢球磨罐中，置于行星球磨机上在300r/min下球磨半小时后加入硼化钛粉末、镍粉和钼粉，再加入250g不锈钢球磨球(大球：中球：小球质量比为3：5：2，球料比为5：1)进行球磨混料，球磨转速为300r/min，球磨时间为24h，得到TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆；
3)喷雾干燥造粒：将步骤2)所得TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆直接喷入喷雾干燥造粒仪中，经喷雾干燥造粒得到TiB2-Ni-Mo复合粉体，喷雾干燥造粒仪入口温度为175℃，出口温度为90～105℃，泵速为8％，空气流量为50m3/h。
本实施例所得TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆在剪切率值为68/s时的粘度为34.19mPa·s，所得TiB2-Ni-Mo复合粉体中位粒径D50为2.607μm，比表面积为3.68m2/g，松装密度为0.84g.cm-3，休止角为25°，将造粒粉在40MPa下进行干压成型，然后在200MPa下进行冷等静压成型后，测得素胚的密度为2.67g.cm-3，相对致密度为56％，本实施例所得TiB2-Ni-Mo复合粉体的XRD图见图1，由图1可看出复合粉体材料中含有TiB2、Ni、Mo三种材料的特征峰且峰形尖锐，无杂质峰，说明Ni、Mo在去离子水中球磨并没有被氧化；图2为本实施例所得TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆的流变曲线，由图2可知该TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆在剪切率值为68/s时的粘度为34.19mPa·s，说明该料浆粘度较小，流动性好；图3为本实施例所得TiB2-Ni-Mo复合粉体的SEM形貌图，可看出粉体为晶粒尺寸为2-3μm的小颗粒聚集而成的球形颗粒，且形貌完整，球形颗粒的粒径分布在10-30μm之间。
实施例2
一种TiB2-Ni-Mo复合粉体的水基喷雾造粒方法，步骤如下：
1)配料：将各原料按照以下质量重量百分比配料：硼化钛粉末35g，镍粉9g，钼粉6g，去离子水61mL，分散剂0.75g，粘结剂A 3g，润滑剂A 1.25g，白糊精0.75g，甘油0.75g；
2)制浆：将去离子水、分散剂、粘结剂A、润滑剂A、白糊精、甘油置于不锈钢球磨罐中，置于行星球磨机上在300r/min下球磨半小时后加入硼化钛粉末、镍粉和钼粉，再加入200g不锈钢球磨球(大球：中球：小球质量比为3：5：2，球料比为4：1)进行球磨混料，球磨转速为300r/min，球磨时间为36h，得到TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆；
3)喷雾干燥造粒：将步骤2)所得TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆直接喷入喷雾干燥造粒仪中，经喷雾干燥造粒得到TiB2-Ni-Mo复合粉体，喷雾干燥造粒仪入口温度为175℃，出口温度为90～105℃，泵速为8％，空气流量为45m3/h。
本实施例所得TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆在剪切率值为68/s时的粘度为32.60mPa·s，所得TiB2-Ni-Mo复合粉体粒径D50为2.752μm，比表面积为3.54m2/g，松装密度为0.80g.cm-3，休止角为26°，将造粒粉在30MPa下进行干压成型，然后在200MPa下进行冷等静压成型后，测得素胚的密度为2.94g.cm-3，相对致密度为55％。
实施例3
一种TiB2-Ni-Mo复合粉体的水基喷雾造粒方法，步骤如下：
1)配料：将各原料按照以下质量重量百分比配料：硼化钛粉末40g，镍粉6g，钼粉4g，去离子水75mL，分散剂0.625g，粘结剂A 2.5g，润滑剂A 1.125g，白糊精0.625g，甘油0.625g；
2)制浆：将去离子水、分散剂、粘结剂A、润滑剂A、白糊精、甘油置于不锈钢球磨罐中，置于行星球磨机上在300r/min下球磨半小时后加入硼化钛粉末、镍粉和钼粉，再加入300g不锈钢球磨球(大球：中球：小球质量比为3：5：2，球料比为6：1)进行球磨混料，球磨转速为300r/min，球磨时间为12h，得到TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆；
3)喷雾干燥造粒：将步骤2)所得TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆直接喷入喷雾干燥造粒仪中，经喷雾干燥造粒得到TiB2-Ni-Mo复合粉体，喷雾干燥造粒仪入口温度为175℃，出口温度为90～105℃，泵速为8％，空气流量为55m3/h。
本实施例所得TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆在剪切率值为68/s时的粘度为28.49mPa·s，所得TiB2-Ni-Mo复合粉体粒径D50为2.586μm，比表面积为3.72m2/g，松装密度为0.77g.cm-3，休止角为28°，将造粒粉在20MPa下进行干压成型，然后在200MPa下进行冷等静压成型后，测得素胚的密度为2.72g.cm-3，相对致密度为54％。
实施例4
一种TiB2-Ni-Mo复合粉体的水基喷雾造粒方法，步骤如下：
1)配料：将各原料按照以下质量重量百分比配料：硼化钛粉末40g，镍粉6g，钼粉4g，去离子水50mL，分散剂0.5g，粘结剂A 2.75g，润滑剂A 1g，白糊精0.5g，甘油0.5g；
2)制浆：将去离子水、分散剂、粘结剂A、润滑剂A、白糊精、甘油置于不锈钢球磨罐中，置于行星球磨机上在300r/min下球磨半小时后加入硼化钛粉末、镍粉和钼粉，再加入300g不锈钢球磨球(大球：中球：小球质量比为3：5：2，球料比为6：1)进行球磨混料，球磨转速为300r/min，球磨时间为18h，得到TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆；
3)喷雾干燥造粒：将步骤2)所得TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆直接喷入喷雾干燥造粒仪中，经喷雾干燥造粒得到TiB2-Ni-Mo复合粉体，喷雾干燥造粒仪入口温度为175℃，出口温度为90～105℃，泵速为8％，空气流量为60m3/h。
本实施例所得TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆在剪切率值为68/s时的粘度为33.16mPa·s，所得TiB2-Ni-Mo复合粉体粒径D50为2.353μm，比表面积为3.80m2/g，松装密度为0.82g.cm-3，休止角为25°，将造粒粉在25MPa下进行干压成型，然后在200MPa下进行冷等静压成型后，测得素胚的密度为2.77g.cm-3，相对致密度为55％。

Claims (6)

1.一种二硼化钛/镍/钼复合粉体的水基喷雾造粒方法，其特征在于，步骤如下：
1)配料：由粉体材料、去离子水、分散剂、粘结剂A、润滑剂A、粘结剂B、润滑剂B配料而成，其中粉体材料各组分及质量百分比为：硼化钛粉末70～90％，镍粉6～18％，钼粉4～12％；粉体材料与去离子水质量比为1:1～1.5，其余组份按粉体材料的质量百分含量配比为：分散剂1～1.5％，粘结剂A 5～6％，润滑剂A 2～2.5％，粘结剂B 1～1.5％，润滑剂B 1～1.5％；
2)制浆：将去离子水、分散剂、粘结剂A、润滑剂A、粘结剂B、润滑剂B置于不锈钢球磨罐中，置于行星球磨机上球磨半小时后加入硼化钛粉末、镍粉和钼粉，再加入球磨球进行球磨混料，得到TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆；
3)喷雾干燥造粒：将步骤2)所得TiB2-Ni-Mo复合粉体料浆用喷雾干燥造粒仪进行干燥造粒，得到二硼化钛/镍/钼复合粉体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述硼化钛粉末平均粒径为8μm；所述镍粉平均粒径为1μm；所述钼粉平均粒径为1μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述分散剂为氨醇类分散剂；所述粘结剂A为聚乙烯醇类粘结剂；所述润滑剂A为聚氧乙烯类润滑剂；所述粘结剂B为白糊精；所述润滑剂B为甘油。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)所述球磨混料的工艺为：球磨球采用不锈钢球，球料比为4～6:1，球磨转速为300r/min，球磨时间为12～36h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)所述喷雾干燥造粒的工艺条件为：喷雾干燥造粒仪入口温度为170～180℃，出口温度为90～105℃，泵速为8％，空气流量为45～60m3/h。
6.一种根据权利要求1-5任一所述方法制备得到的二硼化钛/镍/钼复合粉体，其特征在于所述二硼化钛/镍/钼复合粉体为晶粒尺寸为2-3μm的小颗粒聚集而成的球形颗粒，并且所述复合粉体的粒径为10-30μm。
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