เซรามิค

3.1.1 การเตรียมสารละลาย

การใช้กระบวนการทำเม็ดแบบพ่นแห้งช่วยให้การเตรียมสารละลายเป็นกุญแจสำคัญ ปริมาณของแข็ง ความละเอียด และความลื่นไหลของโคลนจะส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตและขนาดอนุภาคของผงแห้ง

เนื่องจากผงของพอร์ซเลนอะลูมินาประเภทนี้ไม่มีเนื้อ จึงจำเป็นต้องเติมสารยึดเกาะในปริมาณที่เหมาะสมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการขึ้นรูปของชิ้นงานเปล่า สารอินทรีย์ที่ใช้กันทั่วไป เช่น เดกซ์ทริน โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส โพลีสไตรีน เป็นต้น ในการทดลองนี้เลือกใช้โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) ซึ่งเป็นสารยึดเกาะที่ละลายน้ำได้ สารดังกล่าวมีความอ่อนไหวต่อความชื้นในสิ่งแวดล้อมมากกว่า โดยเมื่อความชื้นในสิ่งแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไป คุณสมบัติของผงแห้งจะได้รับผลกระทบอย่างมาก

แอลกอฮอล์โพลีไวนิลมีหลายประเภท ระดับการไฮโดรไลซิสและระดับพอลิเมอไรเซชันที่แตกต่างกัน ซึ่งจะส่งผลต่อกระบวนการอบแห้งแบบพ่นฝอย ระดับการไฮโดรไลซิสและระดับพอลิเมอไรเซชันโดยทั่วไปจะส่งผลต่อกระบวนการอบแห้งแบบพ่นฝอย โดยทั่วไปปริมาณการใช้จะอยู่ที่ 0.14 - 0.15% หากเติมมากเกินไป ผงเม็ดสเปรย์จะก่อตัวเป็นอนุภาคผงแห้งแข็งเพื่อป้องกันไม่ให้อนุภาคเสียรูประหว่างการกด หากไม่สามารถขจัดลักษณะของอนุภาคได้ระหว่างการกด ข้อบกพร่องเหล่านี้จะถูกเก็บไว้ในวัตถุสีเขียว และไม่สามารถกำจัดได้หลังจากการเผา ซึ่งจะส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย การเติมสารยึดเกาะที่มีความเข้มข้นของสารสีเขียวน้อยเกินไปจะทำให้สูญเสียการทำงานมากขึ้น การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อเติมสารยึดเกาะในปริมาณที่เหมาะสม จะสังเกตส่วนของแท่งสีเขียวภายใต้กล้องจุลทรรศน์ จะเห็นได้ว่าเมื่อเพิ่มแรงดันจาก 3Mpa เป็น 6Mpa ส่วนจะเพิ่มขึ้นอย่างราบรื่น และมีอนุภาคทรงกลมจำนวนเล็กน้อย เมื่อความดันอยู่ที่ 9Mpa ส่วนจะเรียบและโดยพื้นฐานแล้วไม่มีอนุภาคทรงกลม แต่แรงดันสูงจะนำไปสู่การแบ่งชั้นของแท่งสีเขียว PVA จะเปิดที่ประมาณ 200 ℃

เริ่มเผาและระบายออกที่ประมาณ 360 ℃ เพื่อละลายสารยึดเกาะอินทรีย์และทำให้อนุภาคแท่งเปียก ให้สร้างชั้นของเหลวที่คั่นระหว่างอนุภาค ปรับปรุงความเป็นพลาสติกของแท่งโลหะ ลดแรงเสียดทานระหว่างอนุภาคและแรงเสียดทานระหว่างวัสดุและแม่พิมพ์ ส่งเสริมการเพิ่มความหนาแน่นของแท่งโลหะที่ถูกกดและการทำให้การกระจายแรงดันเป็นเนื้อเดียวกัน และยังเติมพลาสติไซเซอร์ในปริมาณที่เหมาะสม ซึ่งมักใช้ ได้แก่ กลีเซอรีน กรดเอทิลออกซาลิก เป็นต้น

เนื่องจากสารยึดเกาะเป็นพอลิเมอร์โมเลกุลขนาดใหญ่แบบอินทรีย์ วิธีการเติมสารยึดเกาะลงในสารละลายจึงมีความสำคัญมากเช่นกัน วิธีที่ดีที่สุดคือเติมสารยึดเกาะที่เตรียมไว้ลงในโคลนที่สม่ำเสมอโดยมีปริมาณของแข็งตามต้องการ ด้วยวิธีนี้ จะสามารถหลีกเลี่ยงการนำสารอินทรีย์ที่ไม่ละลายและไม่กระจายตัวเข้าไปในสารละลายได้ และลดข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้นหลังการเผา เมื่อเติมสารยึดเกาะแล้ว สารละลายจะถูกสร้างขึ้นได้ง่ายโดยการบดด้วยลูกกลิ้งหรือการกวน อากาศที่ห่อหุ้มอยู่ในหยดจะอยู่ในผงแห้ง ซึ่งทำให้อนุภาคแห้งกลวงและลดความหนาแน่นของปริมาตร เพื่อแก้ปัญหานี้ จึงสามารถเติมสารลดฟองได้

เนื่องจากข้อกำหนดทางเศรษฐกิจและเทคนิค จึงจำเป็นต้องมีปริมาณของแข็งสูง เนื่องจากกำลังการผลิตของเครื่องอบแห้งหมายถึงปริมาณน้ำระเหยต่อชั่วโมง สารละลายที่มีปริมาณของแข็งสูงจะเพิ่มผลผลิตผงแห้งได้อย่างมาก เมื่อปริมาณของแข็งเพิ่มขึ้นจาก 50% เป็น 75% ผลผลิตของเครื่องอบแห้งจะเพิ่มขึ้นสองเท่า

ปริมาณของแข็งต่ำเป็นสาเหตุหลักของการก่อตัวของอนุภาคกลวง ในกระบวนการอบแห้ง น้ำจะอพยพไปยังพื้นผิวของหยดน้ำและพาอนุภาคของแข็งซึ่งทำให้ส่วนในของหยดน้ำเป็นโพรง หากฟิล์มยืดหยุ่นที่มีการซึมผ่านต่ำก่อตัวขึ้นรอบ ๆ หยดน้ำ เนื่องจากความเร็วในการระเหยต่ำ อุณหภูมิของหยดน้ำจึงเพิ่มขึ้น และน้ำจะระเหยออกจากส่วนใน ซึ่งทำให้หยดน้ำโป่งพอง ในทั้งสองกรณี รูปร่างลูกบอลของอนุภาคจะถูกทำลาย และจะผลิตอนุภาครูปวงแหวนกลวง รูปแอปเปิล หรือรูปลูกแพร์ ซึ่งจะลดความลื่นไหลและความหนาแน่นของผงแห้ง นอกจากนี้ สารละลายที่มีปริมาณของแข็งสูงสามารถลด

ในกระบวนการอบแห้งระยะสั้น การลดขั้นตอนการอบแห้งสามารถลดปริมาณกาวที่ถ่ายโอนไปยังพื้นผิวของอนุภาคพร้อมกับน้ำได้ เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ความเข้มข้นของสารยึดเกาะบนพื้นผิวของอนุภาคมากกว่าจุดศูนย์กลาง ทำให้อนุภาคมีพื้นผิวแข็ง และอนุภาคจะไม่เสียรูปและถูกบดขยี้ในกระบวนการกดและขึ้นรูป เพื่อลดมวลของแท่งโลหะ ดังนั้น เพื่อให้ได้ผงแห้งคุณภาพสูง จำเป็นต้องเพิ่มปริมาณของแข็งของสารละลาย

สารละลายที่ใช้ในการทำให้แห้งแบบพ่นควรมีความลื่นไหลเพียงพอและมีความชื้นให้น้อยที่สุด หากความหนืดของสารละลายลดลงโดยการเติมน้ำมากขึ้น ไม่เพียงแต่การใช้พลังงานในการทำให้แห้งจะเพิ่มขึ้นเท่านั้น แต่ยังลดความหนาแน่นของผลิตภัณฑ์อีกด้วย ดังนั้น จึงจำเป็นต้องลดความหนืดของสารละลายด้วยความช่วยเหลือของสารตกตะกอน สารละลายที่ทำให้แห้งประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กกว่าหลายไมครอน ซึ่งสามารถถือได้ว่าเป็นระบบการกระจายแบบคอลลอยด์ ทฤษฎีเสถียรภาพของคอลลอยด์แสดงให้เห็นว่ามีแรงสองประการที่กระทำต่ออนุภาคที่แขวนลอยอยู่ ได้แก่ แรงแวนเดอร์วาลส์ (แรงคูลอมบ์) และแรงผลักไฟฟ้าสถิตย์ หากแรงเป็นแรงโน้มถ่วงเป็นหลัก จะเกิดการรวมตัวและการจับตัวเป็นก้อน พลังงานศักย์รวม (VT) ของปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคจะสัมพันธ์กับระยะห่างของอนุภาค ซึ่งในระหว่างนั้น VT ณ จุดใดจุดหนึ่งจะเป็นผลรวมของพลังงานโน้มถ่วง VA และพลังงานผลัก VR เมื่อ VT ระหว่างอนุภาคแสดงพลังงานศักย์บวกสูงสุด ก็จะเป็นระบบของการดีโพลีเมอไรเซชัน สำหรับสารแขวนลอยที่กำหนด VA จะแน่นอน ดังนั้นความเสถียรของระบบจึงเป็นฟังก์ชันที่ควบคุม VR ได้แก่ ประจุพื้นผิวของอนุภาคและความหนาของชั้นไฟฟ้าคู่ ความหนาของไบเลเยอร์แปรผกผันกับรากที่สองของพันธะวาเลนซ์และความเข้มข้นของไอออนสมดุล การบีบอัดชั้นคู่สามารถลดอุปสรรคศักย์ของการจับตัวเป็นก้อนได้ ดังนั้น พันธะวาเลนซ์และความเข้มข้นของไอออนสมดุลในสารละลายจึงต้องต่ำ สารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ HCI, HNO3, NaOH, (CH) 3noh (ควอเทอร์นารีอะมีน), GA เป็นต้น

เนื่องจากสารละลายน้ำของผงเซรามิกอะลูมินา 95% เป็นกลางและมีฤทธิ์เป็นด่าง สารตกตะกอนหลายชนิดที่มีผลในการเจือจางสารละลายเซรามิกอื่นๆ ได้ดีจึงสูญเสียหน้าที่ ดังนั้น จึงเป็นเรื่องยากมากที่จะเตรียมสารละลายที่มีปริมาณของแข็งสูงและมีความลื่นไหลดี สารละลายอะลูมินาที่เป็นหมัน ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มแอมโฟเทอริกออกไซด์ มีกระบวนการแตกตัวที่แตกต่างกันในสื่อที่เป็นกรดหรือด่าง และสร้างสถานะการแตกตัวขององค์ประกอบและโครงสร้างไมเซลล์ที่แตกต่างกัน ค่า pH ของสารละลายจะส่งผลโดยตรงต่อระดับการแตกตัวและการดูดซับ ส่งผลให้ศักย์ ζ เปลี่ยนแปลงไปและเกิดการจับตัวเป็นก้อนหรือการแยกตัวตามมา

สารละลายอะลูมินามีค่าศักย์ ζ บวกและลบสูงสุดในสื่อที่เป็นกรดหรือด่าง ในเวลานี้ ความหนืดของสารละลายจะอยู่ในค่าต่ำสุดของสถานะการตกตะกอน ในขณะที่เมื่อสารละลายอยู่ในสภาวะเป็นกลาง ความหนืดจะเพิ่มขึ้น และเกิดการจับตัวเป็นก้อน พบว่าความลื่นไหลของสารละลายได้รับการปรับปรุงอย่างมาก และความหนืดของสารละลายจะลดลงโดยการเติมสารแยกตัวที่เหมาะสม ทำให้ค่าความหนืดใกล้เคียงกับของน้ำ ความลื่นไหลของน้ำที่วัดโดยเครื่องวัดความหนืดแบบง่ายคือ 3 วินาที / 100 มล. และความลื่นไหลของสารละลายคือ 4 วินาที / 100 มล. ความหนืดของสารละลายลดลง ทำให้สามารถเพิ่มปริมาณของแข็งในสารละลายได้ถึง 60% และสามารถสร้างบรรจุภัณฑ์ที่เสถียรได้ เนื่องจากกำลังการผลิตของเครื่องอบแห้งหมายถึงการระเหยของน้ำต่อชั่วโมง ดังนั้นการแขวนลอย

3.1.2 การควบคุมพารามิเตอร์หลักในกระบวนการอบแห้งแบบพ่นฝอย

รูปแบบการไหลของอากาศในหออบแห้งมีผลต่อเวลาในการอบแห้ง เวลากักเก็บ น้ำที่เหลือ และการเกาะติดของหยดน้ำ ในการทดลองนี้ กระบวนการผสมอากาศของหยดน้ำจะเป็นแบบไหลผสม นั่นคือ ก๊าซร้อนจะเข้าสู่หออบแห้งจากด้านบน และหัวฉีดละอองจะถูกติดตั้งที่ด้านล่างของหออบแห้ง โดยสร้างละอองน้ำ และหยดน้ำจะเป็นแบบพาราโบลา ดังนั้น หยดน้ำที่ผสมกับอากาศจะเป็นแบบทวนกระแส และเมื่อหยดน้ำไปถึงจุดสูงสุดของจังหวะ ก็จะกลายเป็นกระแสน้ำด้านล่างและพ่นเป็นรูปทรงกรวย ทันทีที่หยดน้ำเข้าสู่หออบแห้ง ก็จะถึงความเร็วสูงสุดในการอบแห้งและเข้าสู่ขั้นตอนการอบแห้งด้วยความเร็วคงที่ ความยาวของขั้นตอนการอบแห้งด้วยความเร็วคงที่ขึ้นอยู่กับปริมาณความชื้นของหยดน้ำ ความหนืดของโคลน อุณหภูมิและความชื้นของอากาศแห้ง จุดขอบเขต C จากขั้นตอนการอบแห้งด้วยความเร็วคงที่ไปยังขั้นตอนการอบแห้งอย่างรวดเร็วเรียกว่าจุดวิกฤต ในขณะนี้ พื้นผิวของหยดน้ำไม่สามารถรักษาสถานะอิ่มตัวโดยการเคลื่อนตัวของน้ำได้อีกต่อไป เมื่ออัตราการระเหยลดลง อุณหภูมิของหยดน้ำจะเพิ่มขึ้น และพื้นผิวของหยดน้ำที่จุด D จะอิ่มตัว ทำให้เกิดชั้นของเปลือกแข็ง การระเหยเคลื่อนตัวเข้าสู่ภายใน และอัตราการอบแห้งจะลดลงอย่างต่อเนื่อง การกำจัดน้ำออกไปเพิ่มเติมนั้นเกี่ยวข้องกับความสามารถในการซึมผ่านของความชื้นของเปลือกแข็ง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องควบคุมพารามิเตอร์การทำงานที่เหมาะสม

ปริมาณความชื้นของผงแห้งนั้นส่วนใหญ่กำหนดโดยอุณหภูมิทางออกของเครื่องอบแห้งแบบพ่น ปริมาณความชื้นมีผลต่อความหนาแน่นและการไหลของผงแห้ง และกำหนดคุณภาพของชิ้นงานที่กด PVA มีความไวต่อความชื้น ภายใต้สภาวะที่มีความชื้นต่างกัน PVA ในปริมาณเท่ากันอาจทำให้ชั้นผิวของอนุภาคผงแห้งมีความแข็งต่างกัน ซึ่งทำให้การกำหนดแรงดันผันผวนและคุณภาพการผลิตไม่เสถียรในระหว่างกระบวนการกด ดังนั้น ควรควบคุมอุณหภูมิทางออกอย่างเคร่งครัดเพื่อให้แน่ใจว่ามีความชื้นของผงแห้ง โดยทั่วไป ควรควบคุมอุณหภูมิทางออกที่ 110 ℃ และปรับอุณหภูมิทางเข้าให้เหมาะสม อุณหภูมิทางเข้าไม่เกิน 400 ℃ โดยทั่วไปควบคุมที่ประมาณ 380 ℃ หากอุณหภูมิทางเข้าสูงเกินไป อุณหภูมิของอากาศร้อนที่ด้านบนของหอคอยจะร้อนเกินไป เมื่อละอองน้ำลอยขึ้นไปจนถึงจุดสูงสุดและพบกับอากาศที่ร้อนเกินไป สำหรับผงเซรามิกที่มีสารยึดเกาะ ผลของสารยึดเกาะจะลดลง และในที่สุดประสิทธิภาพการอัดของผงแห้งจะได้รับผลกระทบ ประการที่สอง หากอุณหภูมิทางเข้าสูงเกินไป อายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อนก็จะได้รับผลกระทบด้วย และผิวเครื่องทำความร้อนจะหลุดออกและเข้าสู่หอคอยอบแห้งพร้อมกับอากาศร้อน ทำให้ผงแห้งปนเปื้อน ภายใต้เงื่อนไขที่อุณหภูมิทางเข้าและอุณหภูมิทางออกถูกกำหนดโดยทั่วไปแล้ว อุณหภูมิทางออกยังสามารถปรับได้โดยความดันของปั๊มป้อน ความแตกต่างของความดันของเครื่องแยกไซโคลน ปริมาณของแข็งของสารละลาย และปัจจัยอื่นๆ

ความแตกต่างของแรงดันของเครื่องแยกไซโคลน ความแตกต่างของแรงดันของเครื่องแยกไซโคลนมีขนาดใหญ่ ซึ่งจะเพิ่มอุณหภูมิทางออก เพิ่มการรวบรวมอนุภาคละเอียด และลดผลผลิตของเครื่องอบแห้ง

3.1.3 คุณสมบัติของผงสเปรย์ดราย

โดยทั่วไปแล้ว ความเป็นของเหลวและความหนาแน่นของการบรรจุของผงเซรามิกอะลูมินาที่เตรียมโดยวิธีการทำให้แห้งแบบพ่นจะดีกว่าการเตรียมโดยกระบวนการปกติ ผงของการทำให้เป็นเม็ดด้วยมือไม่สามารถไหลผ่านอุปกรณ์ตรวจจับได้โดยไม่มีการสั่นสะเทือน และผงของการทำให้เป็นเม็ดแบบพ่นสามารถทำได้อย่างสมบูรณ์ เมื่ออ้างอิงถึงมาตรฐาน ASTM สำหรับการทดสอบความเป็นของเหลวและความหนาแน่นของผงโลหะ ความหนาแน่นของอนุภาคและความเป็นของเหลวของอนุภาคที่ได้จากการทำให้เป็นเม็ดแบบพ่นภายใต้สภาวะที่มีปริมาณน้ำต่างกันจะถูกวัด ดูตารางที่ 1