السيراميك

3.1.1 تحضير الملاط

باستخدام عملية التحبيب بالتجفيف بالرش، يُعدّ تحضير الملاط أمرًا بالغ الأهمية. يؤثر محتوى المواد الصلبة، ونعومة، وسيولة الطين بشكل مباشر على إنتاج وحجم جزيئات المسحوق الجاف.

نظرًا لأن مسحوق هذا النوع من البورسلين الألومينا عاقر، فمن الضروري إضافة كمية مناسبة من المادة الرابطة لتحسين أداء تشكيل الفراغ. المواد العضوية المستخدمة بشكل شائع مثل الدكسترين، وكحول البولي فينيل، وكربوكسي ميثيل السليلوز، والبوليسترين، وما إلى ذلك. تم اختيار كحول البولي فينيل (PVA)، وهو مادة رابطة قابلة للذوبان في الماء، في هذه التجربة. إنه أكثر حساسية للرطوبة البيئية، مع تغير الرطوبة المحيطة سيؤثر بشكل كبير على خصائص المسحوق الجاف.

يحتوي كحول البولي فينيل على أنواع مختلفة ودرجات مختلفة من التحلل المائي ودرجة البلمرة، مما يؤثر على عملية التجفيف بالرش. ستؤثر درجة التحلل المائي العامة ودرجة البلمرة على عملية التجفيف بالرش. عادةً ما تكون جرعته 0.14 - 0.15٪ بالوزن. ستؤدي إضافة الكثير إلى تكوين جزيئات مسحوق التحبيب بالرش لمسحوق جاف صلب لمنع تشوه الجسيمات أثناء الضغط. إذا لم يكن من الممكن التخلص من خصائص الجسيمات أثناء الضغط، فسيتم تخزين هذه العيوب في الجسم الأخضر ولا يمكن التخلص منها بعد الحرق، مما سيؤثر على جودة المنتج النهائي. ستؤدي إضافة القليل جدًا من المادة الرابطة إلى زيادة قوة اللون الأخضر إلى زيادة خسائر التشغيل. تُظهر التجربة أنه عند إضافة كمية مناسبة من المادة الرابطة، تتم ملاحظة مقطع السبيكة الخضراء تحت المجهر. يمكن ملاحظة أنه عند زيادة الضغط من 3 ميجا باسكال إلى 6 ميجا باسكال، يزداد المقطع بسلاسة ويوجد عدد قليل من الجسيمات الكروية. عندما يكون الضغط 9 ميجا باسكال، يكون القسم أملسًا، ولا توجد جزيئات كروية بشكل أساسي، ولكن الضغط العالي سيؤدي إلى تقسيم السبائك الخضراء. يتم فتح PVA عند حوالي 200 درجة مئوية

ابدأ بالحرق، واستنزف عند حوالي 360 درجة مئوية. من أجل إذابة الموثق العضوي وتبليل جزيئات السبائك، وتشكيل طبقة سائلة بين الجزيئات، وتحسين مرونة السبائك، وتقليل الاحتكاك بين الجزيئات والاحتكاك بين المواد والقالب، وتعزيز زيادة كثافة السبائك المضغوطة وتجانس توزيع الضغط، وأضف أيضًا الكمية المناسبة من الملدنات، والتي تستخدم عادةً الجلسرين وحمض الأكساليك الإيثيلي وما إلى ذلك.

لأن المادة الرابطة عبارة عن بوليمر عضوي ضخم الجزيئات، فإن طريقة إضافتها إلى الملاط بالغة الأهمية. يُفضل إضافة المادة الرابطة المُجهزة إلى الطين المتجانس ذي المحتوى الصلب المطلوب. بهذه الطريقة، يمكن تجنب دخول المواد العضوية غير الذائبة وغير المشتتة إلى الملاط، وتقليل العيوب المحتملة بعد الحرق. عند إضافة المادة الرابطة، يُنتج الملاط بسهولة عن طريق الطحن بالكرات أو التحريك. يكون الهواء المُغلف بالقطرات في المسحوق الجاف، مما يُفرغ الجزيئات الجافة ويُقلل من كثافة الحجم. لحل هذه المشكلة، يمكن إضافة مُزيلات الرغوة.

نظراً للمتطلبات الاقتصادية والفنية، يتطلب الأمر نسبة عالية من المواد الصلبة. وبما أن الطاقة الإنتاجية للمجفف تُحسب بتبخر الماء في الساعة، فإن الملاط عالي المحتوى الصلب سيزيد إنتاج المسحوق الجاف بشكل ملحوظ. وعندما تزيد نسبة المواد الصلبة من 50% إلى 75%، سيتضاعف إنتاج المجفف.

انخفاض محتوى المواد الصلبة هو السبب الرئيسي لتكوين الجسيمات المجوفة. في عملية التجفيف، يهاجر الماء إلى سطح القطرة ويحمل الجسيمات الصلبة، مما يجعل الجزء الداخلي من القطرة مجوفًا؛ إذا تم تشكيل فيلم مرن منخفض النفاذية حول القطرة، بسبب انخفاض سرعة التبخر، ترتفع درجة حرارة القطرة، ويتبخر الماء من الجزء الداخلي، مما يجعل القطرة منتفخة. في كلتا الحالتين، سيتم تدمير شكل الكرة للجسيمات، وسيتم إنتاج جزيئات مجوفة حلقية أو على شكل تفاحة أو على شكل كمثرى، مما يقلل من سيولة وكثافة المسحوق الجاف. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تقلل الملاط ذو المحتوى الصلب العالي

في عملية التجفيف القصيرة، يُقلل تقليل كمية المادة اللاصقة المنقولة إلى سطح الجسيمات مع الماء، وذلك لتجنب أن يكون تركيز المادة الرابطة على سطح الجسيمات أكبر من مركزها، مما يُحافظ على سطح الجسيمات صلبًا، ويمنع تشوهها وتفتتها أثناء الضغط والتشكيل، مما يُقلل من كتلة كتلة السبيكة. لذلك، للحصول على مسحوق جاف عالي الجودة، يجب زيادة محتوى المواد الصلبة في الملاط.

يجب أن يكون الملاط المستخدم في التجفيف بالرش ذا سيولة كافية وأقل قدر ممكن من الرطوبة. إذا تم تقليل لزوجة الملاط عن طريق إدخال المزيد من الماء، فلن يزداد استهلاك الطاقة للتجفيف فحسب، بل تقل أيضًا الكثافة الظاهرية للمنتج. لذلك، من الضروري تقليل لزوجة الملاط بمساعدة المادة المسببة للتخثر. يتكون الملاط المجفف من عدة ميكرونات أو جزيئات أصغر، والتي يمكن اعتبارها نظام تشتت غرواني. تُظهر نظرية الاستقرار الغرواني أن هناك قوتين تؤثران على جزيئات التعليق: قوة فان دير فالس (قوة كولومب) وقوة التنافر الكهروستاتيكي. إذا كانت القوة هي الجاذبية بشكل أساسي، فسيحدث التكتل والتخثر. ترتبط الطاقة الكامنة الكلية (VT) للتفاعل بين الجسيمات بمسافتها، حيث تكون VT في مرحلة ما هي مجموع طاقة الجاذبية VA وطاقة التنافر VR. عندما تقدم VT بين الجسيمات أقصى طاقة كامنة موجبة، يكون ذلك نظام إزالة البلمرة. بالنسبة لتعليق معين، تكون VA مؤكدة، وبالتالي فإن استقرار النظام هو تلك الوظائف التي تتحكم في VR: الشحنة السطحية للجسيمات وسمك الطبقات الكهربائية المزدوجة. يتناسب سمك الطبقة الثنائية عكسياً مع الجذر التربيعي لرابطة التكافؤ وتركيز أيون التوازن. يمكن أن يقلل ضغط الطبقة المزدوجة من حاجز الجهد للتخثر، لذلك يجب أن تكون رابطة التكافؤ وتركيز أيونات التوازن في المحلول منخفضين. مزيلات المستحلب المستخدمة بشكل شائع هي HCI و HNO3 و NaOH و (CH) 3noh (أمين رباعي) و GA وما إلى ذلك.

لأن ملاط ​​مسحوق سيراميك الألومينا 95 المائي متعادل وقلوي، فإن العديد من عوامل التخثر التي تتمتع بتأثير تخفيف جيد على ملاط ​​السيراميك الآخر تفقد وظيفتها. لذلك، يصعب تحضير ملاط ​​ذي محتوى صلب عالي وسيولة جيدة. يتميز ملاط ​​الألومينا العازل، الذي ينتمي إلى أكسيد أمفوتيري، بعمليات تفكك مختلفة في الأوساط الحمضية والقلوية، ويشكل حالة تفكك لتركيب وبنية الميسيل المختلفة. تؤثر قيمة الرقم الهيدروجيني للملاط بشكل مباشر على درجة التفكك والامتصاص، مما يؤدي إلى تغير جهد ζ وما يقابله من تجلط أو تفكك.

يتمتع ملاط ​​الألومينا بأقصى قيمة لجهد ζ الموجب والسالب في الوسط الحمضي أو القلوي. في هذه الحالة، تكون لزوجة الملاط في أدنى قيمة لها في حالة التخثر، بينما عندما يكون في حالة محايدة، تزداد لزوجته ويحدث التجلط. وقد وُجد أن سيولة الملاط تتحسن بشكل كبير وتُقلل لزوجته بإضافة مزيل مستحلب مناسب، بحيث تكون قيمة لزوجته قريبة من لزوجة الماء. تم قياس سيولة الماء بمقياس لزوجة بسيط في 3 ثوانٍ لكل 100 مل، وفي 4 ثوانٍ لكل 100 مل. يتم تقليل لزوجة الملاط، بحيث يمكن زيادة المحتوى الصلب في الملاط إلى 60٪، ويمكن تشكيل تعبئة مستقرة. نظرًا لأن القدرة الإنتاجية للمجفف تشير إلى تبخر الماء في الساعة، وبالتالي التعليق.

3.1.2 التحكم في المعلمات الرئيسية في عملية التجفيف بالرش

يؤثر نمط تدفق الهواء في برج التجفيف على وقت التجفيف ووقت الاحتفاظ والماء المتبقي والالتصاق بالجدار للقطرات. في هذه التجربة، تكون عملية خلط هواء القطرات عبارة عن تدفق مختلط، أي أن الغاز الساخن يدخل برج التجفيف من الأعلى، ويتم تثبيت فوهة الرذاذ في أسفل برج التجفيف، مما يشكل رذاذ النافورة، والقطرة عبارة عن قطع مكافئ، وبالتالي فإن اختلاط القطرات بالهواء يكون معاكسًا، وعندما تصل القطرة إلى أعلى الشوط، تصبح تدفقًا باتجاه مجرى النهر ورذاذًا في شكل مخروطي. بمجرد دخول القطرة إلى برج التجفيف، ستصل قريبًا إلى أقصى سرعة تجفيف وتدخل مرحلة التجفيف بسرعة ثابتة. يعتمد طول مرحلة التجفيف بسرعة ثابتة على محتوى الرطوبة في القطرة ولزوجة الطين ودرجة حرارة ورطوبة الهواء الجاف. تسمى نقطة الحدود C من مرحلة التجفيف بسرعة ثابتة إلى مرحلة التجفيف السريع بالنقطة الحرجة. في هذه الحالة، لا يعود سطح القطرة قادرًا على الحفاظ على حالة التشبع بفعل هجرة الماء. مع انخفاض معدل التبخر، ترتفع درجة حرارة القطرات، ويصبح سطح القطرات عند النقطة D مشبعًا، مُشكلًا طبقة من القشرة الصلبة. ينتقل التبخر إلى الداخل، ويستمر معدل التجفيف في الانخفاض. يرتبط التخلص الإضافي من الماء بنفاذية الرطوبة للقشرة الصلبة. لذلك، من الضروري التحكم في معايير التشغيل المعقولة.

يتم تحديد محتوى الرطوبة في المسحوق الجاف بشكل أساسي من خلال درجة حرارة مخرج مجفف الرش. يؤثر محتوى الرطوبة على الكثافة الظاهرية وسيولة المسحوق الجاف، ويحدد جودة الفراغ المضغوط. PVA حساس للرطوبة. في ظل ظروف محتوى الرطوبة المختلفة، يمكن أن تسبب نفس كمية PVA صلابة مختلفة للطبقة السطحية لجزيئات المسحوق الجاف، مما يجعل تحديد الضغط متقلبًا وجودة الإنتاج غير مستقرة أثناء عملية الضغط. لذلك، يجب التحكم بدقة في درجة حرارة المخرج لضمان محتوى الرطوبة في المسحوق الجاف. بشكل عام، يجب التحكم في درجة حرارة المخرج عند 110 درجة مئوية، ويجب تعديل درجة حرارة المدخل وفقًا لذلك. لا تزيد درجة حرارة المدخل عن 400 درجة مئوية، ويتم التحكم فيها بشكل عام عند حوالي 380 درجة مئوية. إذا كانت درجة حرارة المدخل مرتفعة جدًا، فإن درجة حرارة الهواء الساخن في الجزء العلوي من البرج ستسخن كثيرًا. عندما ترتفع قطرات الضباب إلى أعلى نقطة وتواجه هواءً ساخنًا للغاية، بالنسبة لمسحوق السيراميك المحتوي على المادة الرابطة، سيتم تقليل تأثير المادة الرابطة، وأخيرًا سيتأثر أداء الضغط للمسحوق الجاف. ثانيًا، إذا كانت درجة حرارة المدخل مرتفعة جدًا، فسوف تتأثر أيضًا مدة خدمة السخان، وسيسقط جلد السخان ويدخل برج التجفيف بالهواء الساخن، مما يؤدي إلى تلويث المسحوق الجاف. في ظل الشرط الذي يتم فيه تحديد درجة حرارة المدخل ودرجة حرارة المخرج بشكل أساسي، يمكن أيضًا تعديل درجة حرارة المخرج عن طريق ضغط مضخة التغذية، وفرق الضغط في فاصل الإعصار، والمحتوى الصلب للطمي وعوامل أخرى.

فرق الضغط في فاصل الإعصار. فرق الضغط في فاصل الإعصار كبير، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة المخرج، وزيادة جمع الجسيمات الدقيقة وتقليل إنتاج المجفف.

3.1.3 خصائص المسحوق المجفف بالرش

إن سيولة وكثافة تعبئة مسحوق سيراميك الألومينا المُحضر بطريقة التجفيف بالرش أفضل عمومًا من تلك المُحضرة بالطريقة التقليدية. لا يمكن لمسحوق التحبيب اليدوي أن يتدفق عبر جهاز الكشف دون اهتزاز، بينما يمكن لمسحوق التحبيب بالرش أن يقوم بذلك تمامًا. بالرجوع إلى معيار ASTM لاختبار سيولة مسحوق المعادن وكثافته الظاهرية، تم قياس الكثافة الظاهرية وسيولة الجسيمات الناتجة عن التجفيف بالرش في ظل ظروف محتوى مائي مختلفة. انظر الجدول 1.