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壓電陶瓷混料球磨工藝研究進(jìn)展
來(lái)源:|作者:金瑞 |發(fā)布時(shí)間:2021-03-07 |次瀏覽
研究了如何將粉料粒徑細化，磨球增加50%Φ3mm氧化鋯珠和磨球50%Φ5mm氧化鋯珠均使粉料粒徑比原工藝粉料粒徑細化。在此基礎上減少了球磨時(shí)間發(fā)現粉料粒度雖有所增加但D10、D50、D90的粉
1引言
1.1壓電陶瓷簡(jiǎn)介
壓電陶瓷是一種具有壓電效應的多晶體，由于它的生產(chǎn)工藝與陶瓷的生產(chǎn)工藝相似（原料粉碎、成型、高溫燒結）因而得名。
壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的信息功能陶瓷材料-壓電效應,壓電陶瓷除具有壓電性外,還具有介電性、彈性等,已被廣泛應用于醫學(xué)成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等[1-2]。
由于陶瓷材料是采用粉末燒結的方法制造的，而燒結過(guò)程主要是沿領(lǐng)料表面或晶界的團相擴散物質(zhì)的遷移過(guò)程。因此界面和表面的大小起著(zhù)至關(guān)重要的作用。就是說(shuō)粉末的粒徑是描述粉末的重要參數。因為粉末粒徑越小。表面積越大，或說(shuō)粒度越小。單位質(zhì)量粉末的表面積越大。燒結時(shí)進(jìn)行的團相擴散物質(zhì)遷移的界面越多。也就越容易致密化[3]。
1.2壓電陶瓷混料磨細工藝介紹
目的是將各種原料混勻磨細，為預燒進(jìn)行完全的固相反應準備條件，一般采取干磨或濕磨的方法。實(shí)驗室一般采用行星式球磨機加水球磨，本次試驗也是采用此類(lèi)方法進(jìn)行。
各種原料經(jīng)過(guò)粉料均勻磨細后，新的粉料粒徑小于舊的原料粒徑。在后續的燒結工藝中，粒徑較細的粉料容易燒結成晶向致密的塊體，可燒成的溫度范圍也大，燒成陶瓷后單位體積密度會(huì )理想。d33、電容、損耗、介電常數等壓電陶瓷性能測試結果會(huì )加穩定。
2壓電陶瓷混料磨細實(shí)驗
2.1實(shí)驗設備
①主要的實(shí)驗設備：行星式球磨機如圖1所示。②其他實(shí)驗設備：球磨罐（聚氨酯罐）、磨球（氧化鋯珠），水（去離子水），原料（Pb3O4、ZrO2、TiO2），料盆（搪瓷盆）、粉料粒度測試儀等。
2.1.1行星式球磨機工作原理
行星式球磨機其工作原理是利用磨球（本次使用的為氧化鋯珠）與粉料在球磨罐內高速翻滾，對粉料產(chǎn)生剪切、沖擊、碾壓達到粉碎、研磨、分散、乳化粉料的目的。行星式球磨機在同一轉盤(pán)上裝有四個(gè)球磨罐，當轉盤(pán)轉動(dòng)時(shí)，球磨罐在繞轉盤(pán)公轉的同時(shí)有圍繞自身軸心自轉，做行星式運動(dòng)。球磨罐中氧化鋯珠在高速運動(dòng)中相互碰撞，研磨和混合粉料，研磨粉料小粒度可致0.1微米。
2.1.2行星式球磨機的點(diǎn)
行星式球磨機和同類(lèi)型產(chǎn)品比較如立式球磨機如圖
2所示，雖然立式球磨機結構簡(jiǎn)單，價(jià)格低，但由于其只具備自轉功能不具備公轉功能，磨出的粉料粒徑不夠細，均勻程度也欠佳，因此不選擇立式球磨機。
2.1.3粉料粒度測試設備介紹
激光粒度分布儀如圖3所示，是基于激光散射原理測量粒度分布的一種新型粒度儀。該系統包括主機、樣品制備裝置和電腦系統等。通過(guò)樣品制備裝置將樣品輸送到主機的測量區域，激光照射到樣品后將產(chǎn)生光散射信號，光電探測器陣列將光散射信號轉換成電信號，這些信號通過(guò)USB方式傳輸到電腦中，用專(zhuān)門(mén)的粒度測試軟件，依據Mie散射理論對散射信號進(jìn)行處理，就可以得到該
樣品的粒度分布結果。
樣品的粒度分布結果。
2.2實(shí)驗問(wèn)題探究
①如何通過(guò)改變磨球的質(zhì)量配比，降低粉料粒徑，讓粉料細化
②如何在保證粒徑大小為可接受范圍的前提下，通過(guò)改變磨球和水的質(zhì)量配比，縮短混料磨料的工作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率
③如何在保證粒徑大小為可接受范圍的前提下，使用容積相同的球磨罐，通過(guò)改變磨球和水的質(zhì)量配比使其能加工跟多質(zhì)量的粉料，提高生產(chǎn)效率
2.3實(shí)驗過(guò)程
①烘原料：用100℃的烘箱烘烤原料Pb3O4、ZrO2、TiO26小時(shí)以上。
②配料：將Pb3O4、ZrO2、TiO2分別按272g、46g、36g加入球磨罐中，并加入一定量的水。
③混料磨料：將加完原料和水的球磨罐放置鎖緊于球磨機上，并設定好球磨時(shí)間、球磨頻率、球磨轉速等參數，待球磨機運行后做好相應記錄。
④出料（濕料）：球磨機運行結束后，將球磨罐內的磨球和粉料沖洗分開(kāi)，粉料沖入搪瓷盆內。
⑤測試：使用激光粒度分布儀對搪瓷盆內的粉料進(jìn)行粒度測試。
⑥總結：對測試結果進(jìn)行分析并得出結論。
⑦粉料處理：實(shí)驗結束后，對實(shí)驗用粉料進(jìn)行預燒
合成處理，燒制成燒結墊料。3實(shí)驗結果及分析
3.1粉料粒度實(shí)驗結果
實(shí)驗結果如表1所示。
3.2粉料粒度實(shí)驗結果分析
①通過(guò)一輪實(shí)驗發(fā)現當球磨頻率、球磨時(shí)間相同時(shí)，比原工藝粉料磨球增加50%Φ3mm氧化鋯珠和比原工藝粉料磨球增加50%Φ5mm氧化鋯珠均使其粉料粒徑比原工藝粉料粒徑細化。
②通過(guò)二輪、三輪實(shí)驗發(fā)現當球磨頻率相同且氧化鋯珠配比質(zhì)量也相同時(shí)，逐漸減少球磨時(shí)間會(huì )使粉料粒徑逐漸。
③仔細比較兩種不同的氧化鋯珠配比所磨出粉料的粒徑會(huì )發(fā)現，比原工藝粉料磨球增加50%Φ3mm氧化鋯珠磨出的粉料粒徑，略于比原工藝粉料磨球增加50%Φ5mm氧化鋯珠磨出的粉料粒徑。
4結論
本文研究了壓電陶瓷混料磨料工藝中粉料細化的控制要點(diǎn)及規律。首先研究了如何將粉料粒徑細化，磨球增加50%Φ3mm氧化鋯珠和磨球50%Φ5mm氧化鋯珠均使粉料粒徑比原工藝粉料粒徑細化。在此基礎上減少了球磨時(shí)間發(fā)現粉料粒度雖有所增加但D10、D50、D90的粉料粒徑仍小于原工藝的粉料粒徑。再仔細比對磨球增加50%Φ3mm氧化鋯珠和磨球增加50%Φ5mm氧化鋯珠兩種不同磨球配比方式磨出的粉料粒徑時(shí)發(fā)現，磨球增加50%Φ3mm氧化鋯珠磨出的粉料粒徑的測試結果略于磨球增加50%Φ5mm氧化鋯珠磨出的粉料粒徑的測試結果。因此在保證粉料粒徑穩定性的前提下，使用比原工藝粉料磨球增加50%Φ3mm氧化鋯珠，并將磨料時(shí)間設定為4小時(shí)進(jìn)行磨料也可以達到原工藝粉料細化的效果。這樣就將原工藝粉料的磨料時(shí)間減少了4個(gè)小時(shí)，大的節約了時(shí)間成本，提高了效率。
