CN117720357A - 一种片状陶瓷素坯连续干压成型用造粒粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种片状陶瓷素坯连续干压成型用造粒粉体及其制备方法。所述制备方法包括：将陶瓷粉体、烧结助剂、分散剂、粘结剂溶解并进行球磨混合，得到固含量为50～55wt%的陶瓷浆料；将所述陶瓷浆料利用喷雾造粒设备进行造粒，得到所述造粒粉体；所述喷雾造粒设备的工艺参数为：进口温度170～175℃，优选为172～175℃；出口温度70～74℃，优选为72～74℃；雾化器转速7000～9000 rpm，优选为8400～8800 rpm；旋风压差0.8～1.2 kPa，优选为0.95～1.05 kPa；进料速度0.4～0.6 L/min，优选为0.45～0.55 L/min。
Description
技术领域
本发明涉及一种片状陶瓷素坯连续干压成型用造粒粉体及其制备方法，属于陶瓷材料制备技术领域。
背景技术
目前薄片状陶瓷素坯(例如陶瓷基片等)的成型方法主要有流延成型、干压成型等。在陶瓷行业中，流延成型方法被认为是生产陶瓷基片最有发展前景和潜力的工艺技术。但是，氮化硅、氮化铝等陶瓷基片的流延成型通常需要采用苯、甲苯、二甲苯、丁酮等有机溶剂，这些有机溶剂具有一定的毒性，不可避免地给人类和生态环境带来危害，且生产成本较高，成品有机物含量较高、密度较低，排胶过程易开裂、烧结性能不良等。此外，流延成型通常适于制备厚度0.3mm以内的薄片，如需更厚的产品(比如0.3-1mm)，则要通过叠层结合温等静压工艺来制备，直接流延厚的产品容易产生起泡、开裂、变形、厚度不均匀等现象。因此，开发薄片状陶瓷素坯的成型方法一直是该领域技术人员的研究热点之一。
作为传统成型方式，干压成型具有自动化程度高、效率快、适合大规模生产的优点。目前，自动化、大规模干压成型主要应用于陶瓷防弹片、陶瓷环、陶瓷圆棒等尺寸相对较小、形状相对规整且具有一定厚度(1mm以上)的陶瓷产品。这类产品对干压成型用粉体的流动性提出了一定的要求，但由于产品的尺寸相对较小、形状相对规整、尤其是厚度在2mm以上时，除了要求粉体具有适当的流动性之外，对粉体的形貌、粒径、松装密度、含水量等没有特别要求。相比之下，对于厚度≤1mm且素坯长度、宽度均≥100mm的薄片状陶瓷而言，其干压成型用陶瓷粉体不仅要求具有更加优异的流动性，而且对粉体的形貌、粒径、松装密度、含水量等也有更高的特别要求。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种片状陶瓷素坯连续干压成型用造粒粉体及其制备方法，从而解决厚度≤1mm，素坯长度、宽度均≥100mm的大尺寸、薄片状陶瓷素坯连续干压成品率低的问题。
第一方面，本发明提供了一种片状陶瓷素坯连续干压成型用造粒粉体的制备方法，包括：将陶瓷粉体、烧结助剂、分散剂、粘结剂溶解并进行球磨混合，得到固含量为50～55wt％的陶瓷浆料；将所述陶瓷浆料利用喷雾造粒设备进行造粒，得到所述造粒粉体；
所述喷雾造粒设备的工艺参数为：进口温度170～175℃，优选为172～175℃；出口温度70～74℃，优选为72～74℃；雾化器转速7000～9000rpm，优选为8400～8800rpm；旋风压差0.8～1.2kPa，优选为0.95～1.05kPa；进料速度0.4～0.6L/min，优选为0.45～0.55L/min。
较佳地，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氮化铝、氮化硅或者碳化硅陶瓷粉体中的一种；优选地，所述陶瓷粉体为氮化铝、氮化硅粉体中的一种。
较佳地，所述烧结助剂为金属氧化物、硼化物中的至少一种；优选地，所述金属氧化物为氧化铝、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物中的至少一种；更优选地，所述金属氧化物为氧化铝、氧化镁、氧化钇中的至少一种；
所述烧结助剂的添加量控制为陶瓷粉体质量的4～10wt％。
较佳地，所述分散剂为磷酸三乙酯TEP、聚乙烯吡咯烷酮PVP、鱼油、蓖麻油中的至少一种；添加量控制为陶瓷粉体质量的0.5～1.0wt％。
较佳地，所述粘结剂为PVB，添加量控制为陶瓷粉体质量的1.0～2.0wt％。
第二方面，本发明提供了一种根据上述制备方法得到的片状陶瓷素坯连续干压成型用造粒粉体。
较佳地，所述造粒粉体的形貌为球形或近球形实心颗粒；粒径为20～140μm，优选为20～120μm；球形度0.9～1.0，优选为0.95～1.0；休止角≤30°，优选为≤28°；松装密度0.72～0.81g/cm3，优选为0.78～0.81g/cm3，更优选为0.79～0.80g/cm3；溶剂含量0.20～0.25wt％，优选为0.22～0.24wt％。
较佳地，不同批次所制备造粒粉体的球形度、休止角、松装密度、溶剂含量的波动范围小于10％，优选为波动范围小于5％。
有益效果
本发明所制备的造粒粉体具有实心的球形或近球形形貌，粉体的球形度、粒径、休止角、松装密度、溶剂含量等技术指标精确控制且波动范围小，适用于厚度≤1mm，长度、宽度均≥100mm等典型特征的大尺寸、薄片状陶瓷素坯的连续干压成型，而且成品率达90％以上；采用本发明的方法制备的造粒粉体以及相对应的连续干压成型具有制备工艺简单、设备简单、绿色环保、经济实用的特点。
附图说明
图1为本发明一实施例的喷雾造粒设备结构示意图；
图2为实施例1制备得到的氮化硅造粒粉体的电子显微镜形貌照片；
图3为对比例1制备得到的氧化铝造粒粉体电子显微镜形貌照片；
图4为采用实施例1的氮化硅造粒粉体样品为原料通过自动连续干压成型工艺所制备的长200mm×宽200mm×厚0.5mm规格陶瓷素坯照片；
图5为采用对比例2中得到的造粒粉体所制备的长200mm×宽200mm×厚0.4mm规格陶瓷素坯烧结后的照片；
附图标记：
1、塔体，2、主收料桶，3、辅助料桶，4、进口风机，5、出口风机，6、加热器，7、振动筛，8、雾化器，9、储料搅拌罐，10、隔膜泵，11、布袋除尘器，12、冷凝器，13、料浆流向，14、冷凝器水循环流向，15、氮气流向。
具体实施方式
以下通过实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
以下示例性地说明本发明提供的片状陶瓷素坯连续干压成型用造粒粉体的制备方法，所述制备方法主要包括以下步骤。
(1)陶瓷浆料制备。将陶瓷粉体、烧结助剂、分散剂、粘结剂以及溶剂进行球磨混合，得到流变性能良好(24小时内不发生沉降、粘度在20～40mPa·s)、固含量为50～55wt％的陶瓷浆料。其中，所述固含量指“陶瓷粉体+烧结助剂”/“陶瓷粉体+烧结助剂+溶剂”的比值。
所述陶瓷浆料的固含量对造粒粉料的流动性和颗粒形貌有明显影响。陶瓷浆料固体含量过高，造粒粉体中粗颗粒较多且易形成苹果型颗粒，在干压成型时压缩比较大；固含量过低时，会导致造粒粉体多为空心球，大大降低其流动性和堆积密度，不利于干压成型。
在一些实施方式中，所述陶瓷粉体可以为氧化铝、氧化锆、氮化铝、氮化硅或者碳化硅陶瓷粉体中的一种；优选地，所述陶瓷粉体为氮化铝、氮化硅粉体中的一种。所述陶瓷粉体的粒径为0.2～0.8μm，氧含量小于1.5％。
所述烧结助剂可以为金属氧化物、硼化物中的至少一种；优选地，所述金属氧化物为氧化铝、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物中的至少一种；更优选地，所述金属氧化物为氧化铝、氧化镁、氧化钇中的至少一种。所述烧结助剂的添加量可以控制为陶瓷粉体质量的4～10wt％。
所述分散剂可以为磷酸三乙酯TEP、聚乙烯吡咯烷酮PVP、鱼油、蓖麻油中的至少一种；添加量可以控制为陶瓷粉体质量的0.5～1.0wt％。分散剂用量过高，会导致料浆粘度上升，使得喷雾造粒中料浆的流动性变差，同时颗粒之间易发生粘连，成球性不佳；分散剂用量过低，则会导致料浆打入搅拌桶后，较短的时间内料浆中的粉体颗粒发生沉降，浆料发生分层，最终造成颗粒级配不均匀或者喷雾造粒设备的出口温度不稳定。
所述粘结剂可以为聚乙烯醇缩丁醛PVB；添加量可以控制为陶瓷粉体质量的1.0～2.0wt％。粘结剂含量是影响浆料粘度的主要因素。粘结剂含量过高，浆料粘度较高，会造成喷雾颗粒相互黏连，易造成喷枪堵塞；粘结剂含量过低，浆料粘度低，粉体间粘连不紧密，粉体颗粒强度低，干压成型时素坯强度低且易出现分层现象。
所述溶剂可以选择无水乙醇。
在球磨混料过程中，可以采用陶瓷研磨球作为球磨介质，优选与所处理陶瓷粉体相同材质的研磨球。球磨桶可以采用具有陶瓷内衬或聚氨酯内衬以及具有水冷夹套结构的球磨桶；优选地，所述球磨桶具有浆料循环功能。在可选的实施方式中，球磨转速可以为100～200rpm，球磨时间为2～4h，料球质量比为1：2。
(2)喷雾造粒。在可选的实施方式中，可以利用图1所示的以氮气作为保护气氛的喷雾造粒设备进行造粒粉体制备。
作为一个示例，所述造粒粉体制备的工艺可以采用以下步骤：将步骤(1)制备得到的陶瓷浆料导入储料搅拌罐9(具有搅拌装置的浆料储料桶)中，并开启搅拌桨；然后，开启喷雾造粒设备并设定工艺参数：进口温度170～175℃，优选为172～175℃；出口温度70～74℃，优选为72～74℃；雾化器转速7000～9000rpm，优选为8400～8800rpm；旋风压差0.8～1.2kPa，优选为0.95～1.05kPa。
待喷雾造粒设备各工艺参数达到上述设定范围后，开始往造粒塔体1内充入氮气，将塔内的氧气排到塔体1外(酒精基浆料在喷雾造粒时由于进口温度高而需要惰性气体保护)；当塔体1内氧含量低于2％时，开启浆料供料隔膜泵10，控制进料速度为0.4～0.6L/min，优选为0.45～0.55L/min，开始浆料的喷雾造粒。
所述陶瓷浆料按照料浆流向13进入喷雾塔体1顶部的雾化器8，雾化成小液滴后进入塔体1并与塔体1内部的热氮气混合，浆料中的溶剂(无水乙醇)迅速挥发后形成固态造粒粉体，造粒粉体在重力作用下依次落入位于塔体1底部的振动筛7和主收料桶2，将所制备的造粒粉体经80目振动筛7过筛可以去除造粒塔壁粘连的大块颗粒。质量更轻的细粉通过辅助料桶3收集。然后，含有酒精的热氮气经过出口风机5，把超细粉体经过布袋除尘器11过滤掉，洁净的含有酒精的热氮气经过冷凝器12把酒精冷凝下来，变成干燥低温的氮气，再经过进口风机4把氮气通过加热器6加热到指定的工艺温度，往复循环实现料浆的干燥。然后，可以每1-3分钟自动进行一次塔体1振打(每次持续1秒)，使造粒粉体落入振动筛7；随后，自动进行一次振动过筛(每次持续0.5-1分钟)，使造粒粉体落入主收料桶2。
在喷雾造粒过程中，定期收集主收料桶2中的造粒粉体和辅助料桶3中的细粉，将所述造粒粉体经密封保存后备用。优选地，可以在每次完成造粒粉体的收集后随机抽取少量造粒粉体进行相关性能检测。
通过调节进口/出口温度、雾化器转速、旋风压差、浆料进料量等喷雾造粒工艺参数，能够精确调控造粒粉体的球形度、粒径、休止角、松装密度、溶剂含量等性能，而且所制备的造粒粉体批次间性能稳定。具体来说，通过设计造粒设备的进口/出口温度来调控所制备粉体的溶剂含量；通过调节进口风机和出口风机所形成的压差来形成旋风压差，通过浆料固含量、进口/出口温度、雾化器转速、旋风压差、进料量等工艺参数的综合设计来调控所制备粉体的形貌、粒径和松装密度和溶剂含量；通过出口温度、雾化器转速和旋风压差等工艺参数的综合设计来调控所制备粉体的流动性(休止角)。
在造粒过程中，进、出口温度对干燥效率及干燥后粉料的性能有显著影响。进口温度过高，会使塔顶热空气过热，雾化器甩出的液滴没有雾化到最佳状态就被干燥，粉体颗粒之间黏连较多，易行成苹果颗粒，导致粉体流动性能差；同时，由于塔顶温度高，雾化器容易引起堵塞，降低造粒效率。进口温度过低时，雾滴中溶剂蒸发慢，易出现粘壁现象，粉体溶剂含量较高，流动性较差，且粉料颗粒强度较低。出口温度对颗粒形态影响较大，由于一般设备供热系统的调节有一定的范围，当设备供热系统对温度调节不明显时，还可以通过进口风量、进料速度、浆料固含量的调节加以协同控制。
喷雾造粒时，在其他参数不变的情况下，旋风压差过低会导致细粉量增多，虽然松装密度增加，但流动性降低，在干压成型时，粉料不能均匀的填充模具，易造成孔洞，导致素坯密度低；旋风压差过大，则会导致抽走部分大颗粒成品粉料，造成浪费，降低生产效率，同时主料桶2回收的粉体颗粒偏大，造成松装密度降低，干压时收缩较大。
进出口温度、旋风压差、雾化器转速不变，进料速率较大时，由于进口温度不变，原有的热量无法干燥过多的液滴导致粉体溶剂含量上升，粉体颗粒较大；进料速率较小，液滴会迅速蒸发，雾化器将液滴分散成尺寸更小的液滴，粉体颗粒较细、溶剂含量低，易形成苹果型颗粒。
在造粒过程中，进口温度、进料量、旋风压差值不变，如果雾化器转速较高，由于离心力和重力作用，小液滴向雾化盘边缘运动速度快，小液滴会被雾化盘边缘陶瓷柱状分散成较细的小颗粒；如果雾化器转速较低，则液滴向雾化盘边缘移动慢并会逐渐堆积成大液滴，导致干燥后的造粒粉体粒径较大、湿度较高。
采用光学显微镜观察所制备造粒粉体的形貌，为球形或近球形实心颗粒。采用粒度粒形分析仪检测所制备造粒粉体的粒度和球形度，粒径20～140μm，优选为20～120μm，球形度0.9～1.0，优选为0.95～1.0。采用休止角测定仪检测所制备造粒粉体的休止角，休止角≤30°，优选为≤28°。采用漏斗法检测所制备造粒粉体的松装密度，松装密度0.72～0.81g/cm3，优选为0.78～0.81g/cm3，更优选为0.79～0.80g/cm3。采用重量法测量所制备造粒粉体经80℃干燥15分钟前后的重量变化记作粉体的溶剂含量，溶剂含量0.20～0.25wt％，优选为0.22～0.24wt％。将至少3次的上述测量结果进行比对分析，得到所制备造粒粉体性能的稳定性，所制备造粒粉体的球形度、休止角、松装密度、溶剂含量等技术指标的波动范围小于10％，优选为波动范围小于5％。
粉体的球形度对于自动化连续干压成型薄片状陶瓷素坯至关重要。理想情况下，干压成型用粉体原料宜采用喷雾造粒工艺进行处理，所制备造粒粉体应具有实心的球形或近似球形形貌。若造粒粉体形成空心、半空心、或凹苹果状形貌，则不利于提高粉体的流动性和素坯的相对密度，进而影响素坯的烧结性能。同样地，球形或近球形形貌有利于提高粉体的流动性和素坯的相对密度。可采用“球形度”(粉体最大截面面积的等效直径与最大截面周长的等效直径之比)来表征造粒粉体颗粒接近标准球形的程度，粉体颗粒的球形度为其中：Vp为粉体颗粒的体积，Sp为粉体颗粒的表面积。球的球形度等于1，其它物体的球形度小于1；形貌上越接近标准球形的造粒粉体颗粒，其球形度越接近1。
粉体的休止角对自动化连续干压成型厚度≤1mm，长度、宽度均≥100mm的薄片状陶瓷素坯至关重要(在未特别说明的情况下，“薄片状陶瓷素坯”是指厚度≤1mm，长度、宽度均≥100mm的陶瓷素坯。)。若粉体的流动性佳(休止角≤30°)，则粉体在干压喂料时会迅速、均匀的填满到成型模具中，并且模具腔内各区域的粉体填充均匀；在前期缓慢加压过程中，模具腔内的粉体会迅速流向没有被填满的角落，使成型素坯各部位的密度一致。反之，若粉体的流动性不佳(休止角＞30°)，则粉体喂料不能很好的填充到模具腔内，使成型样品密度不均匀、厚度不一致，容易造成素坯破边、烧结收缩不一致等现象。对于厚度较大的陶瓷素坯而言，这种厚度和密度不一致的影响相对较小，而对于薄片状陶瓷素坯而言，素坯局部区域密度和厚度的不一致，将会导致产品宏观破损或性能差异过大。
粉体的流动性(休止角表征)及其松装密度(影响成型压缩比)对于自动化连续干压成型薄片状陶瓷素坯至关重要。若粉体粒径过小(＜20μm)，则粉体的流动性偏差、松装密度偏低，不利于均匀一致薄片状陶瓷素坯的干压成型；若粉体粒径过大(＞140μm)，对于厚度1mm以下的薄片状素坯而言，极易导致厚度的不均匀、密度的不一致，从而影响产品质量一致性。合适的粒径分布范围，有利于提高粉体的松装密度，进而提高成型素坯的相对密度。
粉体的松装密度与粉体的粒径分布特征紧密相关。若粉体的松装密度过小(＜0.72g/cm3)，在干压成型过程中的压缩位移量过大，成型素坯的相对密度偏低、强度偏低，容易产生素坯破损；若粉体的松装密度过高(＞0.81g/cm3)，则意味着粉体的分布范围过大，不利于陶瓷素坯烧结性能的提升。
粉体的溶剂含量对于自动化连续干压成型薄片状陶瓷素坯至关重要。若粉体的溶剂含量偏高(0.25wt％以上)，由于粉体的溶剂含量偏大，易出现成型素坯粘模等现象，而且在机械压力撤除后易引起成型素坯的回弹、体积膨胀，导致成型素坯层裂；反之，若粉体溶剂含量偏低(0.20wt％以下)，则粉体的粘结性能偏弱，成型素坯强度低，易导致成型素坯翘曲、崩边或在转移过程中损坏等。
通过本发明提供的制备方法得到的造粒粉体适用于薄片状陶瓷素坯的连续干压成型，成品率达90％以上，优选为95％以上；成型陶瓷素坯的厚度≤1mm，长度、宽度均≥100mm。
本发明采用喷雾造粒工艺制备薄片状陶瓷素坯连续干压成型用粉体。如果不能精确控制浆料固含量、进口/出口温度、雾化器转速、旋风压差、进料量等工艺参数，则所制备造粒粉体的球形度、粒径、休止角、松装密度、溶剂含量等技术指标偏差大、波动大，容易造成干压成型素坯产生层裂、疏松、崩边、破损、密度不均匀、素坯强度低等缺陷，素坯成型的成品率低于90％，难以满足具有素坯厚度≤1mm，长度、宽度均≥100mm等典型特征的薄片状陶瓷素坯连续干压成型的需求。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
(1)陶瓷浆料制备。将陶瓷粉体(94kg氮化硅)、烧结助剂(3.6kg Y2O3与2.4kgMgO)、分散剂(0.8kg鱼油)、粘结剂(1kg PVB)、研磨球(氮化硅球，200kg)、溶剂(90kg无水乙醇)置于具有聚氨酯内衬的砂磨机中，150rpm的转速下球磨混料3h，制得流变性能良好的陶瓷浆料。其中，砂磨机筒壁采用水冷处理，在球磨混料过程中将砂磨机中的浆料进行循环。
(2)喷雾造粒。将步骤(1)制备得到的陶瓷浆料导入具有搅拌装置的浆料储料桶中，并开启搅拌桨；然后，开启喷雾造粒设备并设定工艺参数：进口温度173℃，出口温度73℃，雾化器转速8500rpm，旋风压差1kPa；待喷雾造粒设备各工艺参数达到上述设定值后，开启浆料供料隔膜泵，控制进料速度为0.5L/min，开始浆料的喷雾造粒；每1分钟自动进行一次塔体振打(每次持续1秒)，使造粒粉体落入振动筛；随后，自动进行一次振动过筛(每次持续0.5分钟)，使造粒粉体落入主收料桶。
根据收料桶中的粉体量，每间隔1小时收集一次主收料桶中的造粒粉体和辅收料桶中的细粉，随机抽取少量主收料桶中得到的造粒粉体进行相关性能检测，并将得到的造粒粉体经密封保存后备用。
以所制备的造粒粉体为原料，采用200mm×200mm的钢制模具，通过干压成型工艺制备薄片状氮化硅陶瓷素坯。
图2为本实施例1制备得到的氮化硅造粒粉体的电子显微镜形貌照片。从图中可以看出，所述碳化硅造粒粉体为实心球形粉体。经测试得到，所述造粒粉体的粒径范围为20～110μm，球形度为0.98，休止角为26°，松装密度0.80g/cm3，溶剂含量0.23wt％。在10个检测批次中，上述各技术指标的最大波动范围为3％。采用上述造粒粉体所制备的长200mm×宽200mm×厚0.25mm、长200mm×宽200mm×厚0.5mm(图4)、长200mm×宽200mm×厚0.75mm、长200mm×宽200mm×厚1mm规格的陶瓷素坯的成品率分别为93％、95％、97％和99％。
实施例2
(1)陶瓷浆料制备。将陶瓷粉体(93kg氮化铝)、烧结助剂(7kgY2O3)、分散剂(0.8kgPVP)、粘结剂(1.5kg PVB)、研磨球(氮化铝球，200kg)、溶剂(无水乙醇，87kg)置入具有聚氨酯内衬的砂磨机中，180rpm的转速下球磨混料2h，制得流变性良好的陶瓷浆料。
(2)喷雾造粒。参照实施例1，主要区别在于喷雾造粒的工艺参数：进口温度172℃，出口温度73℃，雾化器转速8400rpm，旋风压差0.95kPa，进料速度0.45L/min。
本实施例2中制备得到的氮化铝造粒粉体为实心球形粉体，造粒粉体的粒径范围为20～110μm，球形度为0.96，休止角27°，松装密度0.79g/cm3，溶剂含量0.23wt％。在10个检测批次中，上述各技术指标的最大波动范围为4％。采用上述造粒粉体所制备的长200mm×宽200mm×厚0.8mm规格的陶瓷素坯成品率为98％。
实施例3
(1)陶瓷浆料制备。将陶瓷粉体(92kg碳化硅)、烧结助剂(4.5kg Y2O3与3.5kgAl2O3)、分散剂(0.9kg PVP)、粘结剂(1.3kg PVB)、研磨球(碳化硅球，200kg)、溶剂(无水乙醇，85kg)置入具有聚氨酯内衬的砂磨机中，130rpm的转速下球磨混料3h，制得流变性良好的陶瓷浆料。
(2)喷雾造粒。参照实施例1，主要区别在于喷雾造粒的工艺参数：进口温度174℃，出口温度72℃，雾化器转速8600rpm，旋风压差1.1kPa，进料速度0.55L/min。
本实施例3中制备得到的碳化硅造粒粉体为实心球形粉体，造粒粉体的粒径范围为20～100μm，球形度为0.92，休止角28°，松装密度0.78g/cm3，溶剂含量0.24wt％。在10个检测批次中，上述各技术指标的最大波动范围为7％。采用上述造粒粉体所制备的长200mm×宽200mm×厚0.2mm规格陶瓷素坯的成品率为93％。
实施例4
(1)陶瓷浆料制备。将陶瓷粉体(96kg氧化铝)、烧结助剂(4kgY2O3)、分散剂(0.8kgTEP)、粘结剂(1.3kg PVB)、研磨球(氧化铝球，200kg)、溶剂(无水乙醇，82kg)置入具有聚氨酯内衬的砂磨机中，100rpm的转速下球磨混料4h，制得流变性良好的陶瓷浆料。
(2)喷雾造粒。参照实施例1，主要区别在于喷雾造粒的工艺参数：进口温度175℃，出口温度73℃，雾化器转速8400rpm，旋风压差0.9kPa，进料速度0.6L/min。
本实施例4中制备得到的氧化铝造粒粉体为实心球形粉体，造粒粉体的粒径范围为20～120μm，球形度为0.93，休止角30°，松装密度0.77g/cm3，溶剂含量0.25wt％。在10个检测批次中，上述各技术指标的最大波动范围为8％。采用上述造粒粉体所制备的长200mm×宽200mm×厚0.4mm规格陶瓷素坯的成品率为95％。
实施例5
(1)陶瓷浆料制备。将陶瓷粉体(93kg氧化锆)、烧结助剂(4kg Y2O3与3kg Al2O3)、分散剂(0.8kg蓖麻油)、粘结剂(1.5kg PVB)、研磨球(氧化锆球，200kg)、溶剂(无水乙醇，83kg)置入具有聚氨酯内衬的砂磨机中，200rpm的转速下球磨混料2h，制得流变性良好的陶瓷浆料。
(2)喷雾造粒。参照实施例1，主要区别在于喷雾造粒的工艺参数：进口温度173℃，出口温度72℃，雾化器转速8800rpm，旋风压差1.05kPa，进料速度0.5L/min。
本实施例5中制备得到的氧化锆造粒粉体为实心球形粉体，造粒粉体的粒径范围为20～100μm，球形度为0.91，休止角29°，松装密度0.78g/cm3，溶剂含量0.24wt％。在10个检测批次中，上述各技术指标的最大波动范围为6％。采用上述造粒粉体所制备的长200mm×宽200mm×厚0.6mm规格陶瓷素坯的成品率为97％。
对比例1
(1)陶瓷浆料制备。参照实施例4。
(2)喷雾造粒。参照实施例4，主要区别在于喷雾造粒的工艺参数：进口温度183℃，出口温度80℃，雾化器转速8400rpm，旋风压差0.9kPa，进料速度0.6L/min。
本对比例1中制备得到的氧化铝造粒粉体大部分为苹果形(如图3)，可能与进出口温度过高有关系。造粒粉体的粒径范围为20～110μm，球形度为0.78，休止角32°，松装密度0.72g/cm3，溶剂含量0.15wt％。在10个检测批次中，上述各技术指标的最大波动范围为7％。采用上述造粒粉体所制备的长200mm×宽200mm×厚0.4mm规格陶瓷素坯的成品率为70％。
对比例2
(1)陶瓷浆料制备。参照实施例4。
(2)喷雾造粒。参照实施例4，主要区别在于喷雾造粒的工艺参数：进口温度175℃，出口温度73℃，雾化器转速8400rpm，旋风压差1.4kPa，进料速度0.6L/min。
本对比例2中制备得到的氧化铝造粒粉体为实心球形粉体，但细粉颗粒较少，大颗粒之间堆积，由于小颗粒较少无法填充空隙，导致堆积密度降低，压缩比大不利于干压成型，可能跟提高旋风压差值有关系。造粒粉体的粒径范围为40～120μm，球形度为0.95，休止角29°，松装密度0.70g/cm3，溶剂含量0.24wt％。在10个检测批次中，上述各技术指标的最大波动范围为7％。采用上述造粒粉体所制备的长200mm×宽200mm×厚0.4mm规格陶瓷素坯(图5)的成品率为80％。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种片状陶瓷素坯连续干压成型用造粒粉体的制备方法，其特征在于，包括：将陶瓷粉体、烧结助剂、分散剂、粘结剂溶解并进行球磨混合，得到固含量为50～55wt%的陶瓷浆料；将所述陶瓷浆料利用喷雾造粒设备进行造粒，得到所述造粒粉体；
所述喷雾造粒设备的工艺参数为：进口温度170～175℃，优选为172～175℃；出口温度70～74℃，优选为72～74℃；雾化器转速7000～9000 rpm，优选为8400～8800 rpm；旋风压差0.8～1.2 kPa，优选为0.95～1.05 kPa；进料速度0.4～0.6 L/min，优选为0.45～0.55L/min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氮化铝、氮化硅或者碳化硅陶瓷粉体中的一种；优选地，所述陶瓷粉体为氮化铝、氮化硅粉体中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂为金属氧化物、硼化物中的至少一种；优选地，所述金属氧化物为氧化铝、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物中的至少一种；更优选地，所述金属氧化物为氧化铝、氧化镁、氧化钇中的至少一种；
所述烧结助剂的添加量控制为陶瓷粉体质量的4～10wt%。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂为磷酸三乙酯TEP、聚乙烯吡咯烷酮PVP、鱼油、蓖麻油中的至少一种；添加量控制为陶瓷粉体质量的0.5～1.0wt%。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为PVB，添加量控制为陶瓷粉体质量的1.0～2.0 wt%。
6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法得到的片状陶瓷素坯连续干压成型用造粒粉体。
7.根据权利要求6所述的造粒粉体，其特征在于，所述造粒粉体的形貌为球形或近球形实心颗粒；粒径为20～140μm，优选为20～120μm；球形度0.9～1.0，优选为0.95～1.0；休止角≤30°，优选为≤28°；松装密度0.72～0.81 g/cm3，优选为0.78～0.81 g/cm3，更优选为0.79～0.80 g/cm3；溶剂含量0.20～0.25wt%，优选为0.22～0.24 wt%。
8.根据权利要求6或7所述的造粒粉体，其特征在于，不同批次所制备造粒粉体的球形度、休止角、松装密度、溶剂含量的波动范围小于10%，优选为波动范围小于5%。
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