本發(fā)明涉及陶瓷材料噴霧造粒，尤其涉及一種高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝。
背景技術(shù)：
1、陶瓷材料噴霧造粒是一種常見的造粒技術(shù)，主要用于陶瓷粉體的處理。具體來說，這種方法是將陶瓷粉料與適量的粘結(jié)劑混合后，配置成固相含量一定的漿料，然后通過噴霧器將漿料噴入造粒塔進(jìn)行霧化。在這個(gè)過程中，霧化的漿料形成非常細(xì)小的霧滴狀，因此其比表面積很大，使得霧滴中的水分迅速蒸發(fā)，干燥過程快速結(jié)束，最終得到流動(dòng)性較好的球狀顆粒。
2、相比于一般造粒方法，噴霧造粒具有造粒速度快、成品質(zhì)量好、系統(tǒng)可密閉連續(xù)操作、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模生產(chǎn)，而且由于噴霧造粒過程中物料受熱時(shí)間短，干燥物料的溫度相對較低，適合于熱敏性物料的處理，因此所得產(chǎn)品純度高。
3、然而，由于陶瓷材料是一種具有優(yōu)良力學(xué)性能的非金屬材料，其經(jīng)常被用于一些無金屬環(huán)境，例如半導(dǎo)體制造。在這些應(yīng)用場景中，對陶瓷材料的純度要求十分嚴(yán)苛，尤其是需要幾乎要求清除所有的金屬元素，但噴霧造粒和大多數(shù)造粒方法一樣，需要用到噴霧造粒塔等設(shè)備，在造粒過程中漿料難免會(huì)接觸金屬部件而摻入金屬元素，這通常就需要對噴霧造粒塔等設(shè)備進(jìn)行專門化改造。這樣的改造似乎難度有限，然而事實(shí)上在噴霧造粒過程中，漿料可能接觸的設(shè)備部件非常繁雜，不同的部件處理方式又可能存在差異，因此成本和改造風(fēng)險(xiǎn)均難以控制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，避免對普通噴霧造粒塔進(jìn)行改造而能夠?qū)崿F(xiàn)高純度造粒，極大程度避免金屬元素污染。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，包括依次進(jìn)行以下工藝步驟：
3、預(yù)熱步驟：預(yù)熱造粒塔，確保塔內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度，并保持；備料步驟：準(zhǔn)備產(chǎn)品漿料，將產(chǎn)品漿料倒入攪拌桶，開啟攪拌桶；造粒步驟：開啟霧化噴頭并調(diào)整噴頭轉(zhuǎn)速至合適參數(shù)，開啟氣動(dòng)敲擊錘，并開啟蠕動(dòng)泵供料；此外還包括預(yù)噴步驟：準(zhǔn)備預(yù)噴漿料，將預(yù)噴漿料倒入所述攪拌桶并開啟攪拌桶，開啟霧化噴頭并自高到低、自低到高往復(fù)調(diào)節(jié)所述霧化噴頭的轉(zhuǎn)速，并確保不開啟所述氣動(dòng)敲擊錘，預(yù)噴漿料可附著于造粒塔內(nèi)表面并固化，預(yù)噴漿料的成份包含于產(chǎn)品漿料所含成份范圍內(nèi)；且預(yù)噴步驟設(shè)置于預(yù)熱步驟之后、備料步驟之前。
4、常規(guī)造粒工藝和設(shè)備，一般盡量避免在造粒過程中形成物料掛壁，以避免原材料浪費(fèi)和不易清理的問題，如申請?zhí)枮?02022503201.7名為一種內(nèi)壁防粘噴霧干燥造粒塔的中國實(shí)用新型專利就提出一種造粒塔，用鼓風(fēng)機(jī)與圓環(huán)型管道，形成氣幕，將霧狀原料吹離造粒塔內(nèi)壁，提高生產(chǎn)效率，減少清理次數(shù)。于此相反，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提高造粒純度以獲取高純度的陶瓷材料，盡可能避免造粒塔給原料帶來金屬污染，而造粒過程的物料掛壁恰好是最好的隔離層，可以有效阻絕造粒過程中霧粒與造粒塔的接觸。
5、因此本技術(shù)方案通過控制霧化噴頭的轉(zhuǎn)速循環(huán)變化，使霧粒甩出距離發(fā)生變化，以盡可能在造粒塔內(nèi)部形成完整的隔離層。雖然控制進(jìn)料速度、漿料粘度同樣可以影響霧粒甩出距離，但均不如控制霧化噴頭轉(zhuǎn)速變化高效便捷。同時(shí)預(yù)噴與普通造粒過程不同，本方案要求預(yù)噴過程中不開啟氣動(dòng)敲擊錘，因?yàn)殄N擊會(huì)嚴(yán)重破壞隔離層的形成。另外，由于本方案的目標(biāo)是獲得高純度陶瓷材料，因此本方案限定預(yù)噴漿料的成份包含于產(chǎn)品漿料所含成份范圍內(nèi)，避免引入其他雜質(zhì)物質(zhì)，影響陶瓷材料純度。
6、作為優(yōu)選，預(yù)噴漿料與產(chǎn)品漿料的成份相同，即均包括相同的高純度陶瓷粉以及粘結(jié)劑。預(yù)噴漿料與產(chǎn)品漿料具有相同的成份，可以確保在預(yù)噴過程中不產(chǎn)生其他雜質(zhì)物質(zhì)，保證陶瓷材料的高純度，也避免陶瓷材料后續(xù)成型、燒結(jié)工藝產(chǎn)生缺陷。
7、進(jìn)一步的，預(yù)噴漿料中的粘結(jié)劑含量是產(chǎn)品漿料中包含的粘結(jié)劑含量的2-3倍。為了提高霧粒的粘性以提升附著性，選擇將預(yù)噴漿料中的粘結(jié)劑含量提升，但是考慮到預(yù)噴漿料所形成的顆?？赡芤矔?huì)混入最終成品顆粒，因此需要控制粘結(jié)劑的含量不能過高，因?yàn)檫^多的粘結(jié)劑在燒結(jié)過程中會(huì)揮發(fā)，原來占據(jù)的位置會(huì)變成空腔，這些空腔的一部分會(huì)在燒結(jié)時(shí)收縮但可能無法完全收縮，導(dǎo)致最終陶瓷體的致密度差。但進(jìn)一步考慮，預(yù)噴漿料所形成的顆粒大部分掛壁或提前排出，脫落數(shù)量較少，因此粘結(jié)劑的含量可以略微較高。綜合上述因此，選擇了該比例。
8、另外，預(yù)噴步驟中造粒塔內(nèi)的溫度低于造粒步驟中造粒塔的溫度50-100℃。造粒過程的目的是快速烘干霧粒獲得造粒粉，因此造粒塔溫度較高，本方案中尋求霧粒掛壁，應(yīng)當(dāng)降低溫度，但是將溫度設(shè)置較低時(shí)，霧粒在塔壁上流動(dòng)性過高，造粒塔頂部區(qū)域掛壁效果差，因此選擇了上述溫度范圍。
9、作為另一種選擇，產(chǎn)品漿料中的粘結(jié)劑是酚醛樹脂，預(yù)噴漿料是酚醛樹脂溶劑。酚醛樹脂是常見的陶瓷材料粘結(jié)劑，其往往在造粒前與陶瓷粉末混合，在后續(xù)陶瓷燒結(jié)過程中碳化去除。選用酚醛樹脂作為預(yù)噴漿料，可以充分利用酚醛樹脂的粘性，提升掛壁效率，有效縮短預(yù)噴步驟所需時(shí)間，同時(shí)不會(huì)給高純度陶瓷材料引入雜質(zhì)。與其他常見的樹脂、pva、pvb、pvp的陶瓷材料粘結(jié)劑相比，酚醛樹脂具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，耐磨性能好，在高溫下仍能保持良好的尺寸穩(wěn)定性，尤其適合本工藝。
10、進(jìn)一步的，預(yù)噴步驟中造粒塔內(nèi)的溫度不超過190℃，造粒步驟中造粒塔的溫度不超過280℃。酚醛樹脂作為隔離層，既需要一定的韌性也需要一定的硬度，通常來說，溫度越高酚醛樹脂的韌性越低、硬度越高，溫度過高時(shí)徹底脆化容易剝落，因此在預(yù)噴過程中選擇該溫度。在造粒過程中，通常溫度越高，生產(chǎn)效率越高，此時(shí)為考慮酚醛樹脂隔離層，考慮通過其他參數(shù)提高生產(chǎn)效率而一定程度降低溫度，因此在造粒過程中選擇上述溫度。
11、進(jìn)一步的，預(yù)噴步驟結(jié)束后進(jìn)行第一次錘擊步驟，第一次錘擊步驟包括開啟所述氣動(dòng)敲擊錘，在造粒塔的出料口收集廢料并及時(shí)移除。由于采用酚醛樹脂作為隔離層，在造粒過程中發(fā)現(xiàn)會(huì)有塊狀酚醛樹脂剝落混入造粒粉，這樣的造粒粉可能造成后續(xù)燒成缺陷，因此在進(jìn)行正式造粒前，利用正式造粒的錘擊功能來排除部分固化不牢的酚醛樹脂，提升造粒粉的純度。
12、進(jìn)一步的，第一次錘擊步驟后進(jìn)行補(bǔ)噴步驟，補(bǔ)噴步驟的具體操作與預(yù)噴步驟相同。第一次錘擊步驟后造粒塔內(nèi)壁可能出現(xiàn)隔離層不能完全覆蓋的暴露區(qū)，此時(shí)通過補(bǔ)噴操作可以有效解決這一問題。
13、進(jìn)一步的，補(bǔ)噴步驟后進(jìn)行第二次錘擊步驟，第二次錘擊步驟的具體操作與第一次錘擊步驟相同。進(jìn)行補(bǔ)噴后依然進(jìn)行第二次錘擊，這樣可以將多余的酚醛樹脂震落，同時(shí)此時(shí)錘擊造成造粒塔內(nèi)壁出現(xiàn)暴露區(qū)的概率大大下降，確保造粒塔的隔離效果的同時(shí)降低造粒粉污染。
14、進(jìn)一步的，補(bǔ)噴步驟的持續(xù)時(shí)間是預(yù)噴步驟的1/3-1/2。由于需要確保造粒塔內(nèi)壁不出現(xiàn)暴露區(qū)，因此補(bǔ)噴持續(xù)時(shí)間不能過短，選擇上述時(shí)間較為合理。
15、綜上，這樣的高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，避免了對普通噴霧造粒塔進(jìn)行改造而能夠?qū)崿F(xiàn)高純度造粒，可以極大程度避免金屬元素污染。
1.一種高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，包括依次進(jìn)行以下工藝步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，其特征在于：所述預(yù)噴漿料與產(chǎn)品漿料的成份相同，即均包括相同的高純度陶瓷粉以及粘結(jié)劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，其特征在于：所述預(yù)噴漿料中的粘結(jié)劑含量是產(chǎn)品漿料中包含的粘結(jié)劑含量的2-3倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，其特征在于：所述預(yù)噴步驟中造粒塔內(nèi)的溫度低于造粒步驟中造粒塔的溫度50-100℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，其特征在于：所述產(chǎn)品漿料中的粘結(jié)劑是酚醛樹脂，所述預(yù)噴漿料是酚醛樹脂溶劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，其特征在于：所述預(yù)噴步驟中造粒塔內(nèi)的溫度不超過190℃，所述造粒步驟中造粒塔的溫度不超過280℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，其特征在于：所述預(yù)噴步驟結(jié)束后進(jìn)行第一次錘擊步驟，所述第一次錘擊步驟包括開啟所述氣動(dòng)敲擊錘，在所述造粒塔的出料口收集廢料并及時(shí)移除。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，其特征在于：所述第一次錘擊步驟后進(jìn)行補(bǔ)噴步驟，所述補(bǔ)噴步驟的具體操作與預(yù)噴步驟相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，其特征在于：所述補(bǔ)噴步驟后進(jìn)行第二次錘擊步驟，所述第二次錘擊步驟的具體操作與第一次錘擊步驟相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高純度陶瓷材料噴霧造粒工藝，其特征在于：所述補(bǔ)噴步驟的持續(xù)時(shí)間是預(yù)噴步驟的1/3-1/2。