关于细致Al2O3粉末制备实验研究

关于细致Al2O3粉末制备实验研究 关于细致Al2O3粉末制备实验研究 关于细致Al2O3粉末制备实验研究 文章来自教育网 1 试验 2 结果与讨论 图 1 是在干磨( 即不加工艺控制剂) 的情况下,以 300r/min 的转速球磨不同时间的 Al2O3粉末的粒度分布图。可以看出,随着球磨时间的增加,Al2O3的粒度不断变小、粒径分布逐渐变窄。

球磨20h ( 图 1( b) ) 时,粉末的 D50粒径减小至 3. 84μm;球磨时间增至 30h ( 图 1( c) ) 时,粉末颗粒虽然有进一 步 的 减 小,但 减 小 幅 度 变 缓,D50粒 径 为2. 91μm。在球磨过程中,颗粒被反复球磨而破碎,产生大量新鲜的结合界面,形成细化的多层状复合颗粒; 继续球磨,颗粒裂纹萌生、扩展并最终破碎,导致粉末颗粒进一步细化。

随着球磨时间的延长,Al2O3粉末的粒度能得到有效的减小。当球磨时间过长时,如球磨 40h ( 图1( d) ) 时,Al2O3粉 末 的 粒 度 有 增 大 趋 势,其 D50粒 径 为3. 02μm,这是由于生成物中的部分粒子在过剩的粉碎力作用下,形成比较牢固的凝聚体从而产生逆粉碎现象的缘故[5]。

同时随着球磨时间的延长,粉末的污染程度进一步增加,从而影响到后续制备的Al2O3增强复合材料的导电性能和力学性能,球耗、能耗等加工成本相应增加。图 2 是在干磨( 未加工艺控制剂) 条件下,以300r / min 的转速球磨不同时间的 Al2O3粉末的形貌。

由图2( a) 、( b) 可以看出,球磨时间从10h 增加到 20h 时,粉末颗粒逐渐变小。由于粉末颗粒间相互滑动,这时颗粒只产生较小变形和断裂,流动性好和摩擦力最小的球形颗粒,几乎全部从碰撞体间被排出; 流动性最差和流动摩擦阻力最大的饼状和鳞片状颗粒,很容易被夹挤在球体表面之间,随着磨球之间的不断碰撞,使得这些大颗粒不断破碎、断裂;而表面不规则的颗粒因机械连接也不断被磨平,趋向于形成团粒,粉末粒度逐渐减小,小颗粒居多。

当球磨时间进一步增加到 30h( 图 2( c) ) 时,颗粒进一步变形、密实或者被直接碎裂,粉末颗粒的破碎程度加大,粉末得到进一步细化,颗粒多呈小球状,而且小尺寸颗粒居多,说明粒径分布范围变得更窄。但是随着球磨时间的延长,若要进一步细化,则所需能量也越大,细化速度明显降低,粉末粒度开始趋于稳定。

当球磨时间增加到 40h( 图 2( d) ) 时,颗粒形状和大小变化不明显,而且还出现团聚现象,使得颗粒有变大的趋势。

2. 2 球磨转速对 Al2O3的粒度及形貌影响 2. 3 工艺控制剂对 Al2O3的粒度及形貌影响 3 结论

1) 在球磨初期,粉末的细化效果明显,颗粒尺寸迅速减小,Al2O3粉末粒度随着球磨时间的增加而减小,粒径分布范围变窄; 但随球磨时间的延长,粉末粒度趋于稳定,此时粉末粒径达到一定极限,无明显变化,而且球耗、能耗等加工成本增加。

2) 球磨过程中,增加球磨转速,能有效地减小颗粒尺寸,缩短制粉所需时间,提高球磨效率; 但是高速运转时,冲击作用力加强,导致陶瓷磨球因转速过高而磨损。

3) 在球磨过程中加入 PCA,可有效地防止颗粒粘附在磨球和磨罐上,并改善了粉末的均匀性。

4) 本文条件下,转速为 400r / min,球料比为 10∶ 1,用乙醇作为 PCA,球磨 30h,制备的 Al2O3粉末的粒径为 0. 12 ~6. 37μm,D50粒径为 0. 82μm。