3.6. СУШКА И УДАЛЕНИЕ СВЯЗОК

  Главная      Учебники - Радиотехника     Технология керамических радио- электронных материалов

 поиск по сайту           правообладателям

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

 

 

3.6. СУШКА И УДАЛЕНИЕ СВЯЗОК

Сушка. В зависимости от метода формования заготовок в них могут содержаться различные технологические добавки, подлежащие удалению перед обжигом. Если шликер приготовлен для формования на водных или неводных растворах полимеров, то получаемые заготовки подвергают естественной (искусственной) сушке. Иногда ее совмещают в одном агрегате с обжигом, предусмотрев в конструкции специальную камеру.

Более сложным процессом является удаление неиспаряющихся связок и пластификаторов (парафина, воска, смол, каучука, бакелита, полимеров и др.). В этих случаях требуется удаление веществ при высоких температурах. Образование объемных коллоидных структур, развитых ионных слоев и сольватных оболочек вокруг частиц порошка делают отформованные изделия весьма чувствительными к режимам сушки и удаления связок. Нередко эти операции вносят существенную долю брака в производстве
[2, 19, 23, 32].
Наиболее проста сушка испаряющихся систем, которая возможна при условии, что давление водяных паров на поверхности тела, подвергаемого сушке, больше давления их в окружающей среде. Перемещение влаги из внутренних слоев происходит из-за разности концентраций внутри и на поверхности, с которой влага испаряется. Она может перемещаться в виде жидкости или пара. Керамические сырые изделия относятся к коллоидно-капиллярнопористым системам, в которых возможны все виды перемещения влаги. Влага в твердом теле может перемещаться вследствие вла-гопроводности и термовлагопроводности. При различных способах сушки в изделиях могут иметь место один или оба процесса одновременно. Влагопроводность включает в себя диффузию и капиллярные перемещения. Процесс сушки делят обычно на четыре периода (рис. 3.24, рис. 3.25). Первый период — подогрев. Устанавливается постоянная температура, т. е. наступает равновесие между количеством тепла, сообщаемого телу, и расходом на испарение влаги, влагосодержание в системе уменьшается. Этот период самый короткий. Второй — это период ее постоянной скорости. Температура повышается только до температуры мокрого термометра, стабилизируется и происходит адиабатическое испарение (при постоянных температуре и давлении). Начинается интенсивная объемная усадка материала из-за сближения частиц (рис. 3.26). При том влагосодержании, при котором частицы входят в контакт, пленка жидкости исчезает с поверхности и создается сопротивление для поступления воды к поверхности; скорость сушки и усадка начинают затухать. Такая влажность называется критической (рис. 3.27). Удаление механически связанной воды приводит к нарастанию пористости. Этот период наиболее опасен для изделий, так как мала скорость диффузии изнутри. Усадка поверхностных слоев становится больше, чем в глубине материала, создаются внутренние напряжения, которые могут привести к образованию трещин. Здесь необходимы мягкие режимы, т. е. невысокие температуры и достаточная влажность теплоносителя, который иногда специально увлажняют. В естественных условиях изделия покрывают влажным полотном. В третьем периоде происходит снижение скорости сушки с дальнейшим снижением влажности. Температура изделий повышается, так как поверхность испарения перемещается внутрь изделия. Разность между температурами воздуха и поверхности изделия выравниваются. В таких условиях сушку можно интенсифицировать повышением температуры и снижением влажности среды. Четвертый — период равновесной влажности. Скорость сушки приближается к нулю, можно применять жесткие режимы.

При сушке удаляется свободная, капиллярная и рыхлосвязанная вода. Химически связанная вода удаляется при более высокой температуре, обычно при нагреве под обжиг. При сушке до влажности, менее равновесной, изделия будут поглощать влагу из окружающего воздуха. Вследствие расклинивающего действия этой гигроскопичной влаги на изделиях могут появиться микротрещины. Такое же явление может возникнуть из-за неравномерности влаги как результат усадочных напряжений. Тонкодисперсные материалы из-за небольших размеров капилляров обезвоживаются медленно и дают высокую усадку, грубозернистые — наоборот.

Удаление связок. Температура выгорания всех используемых в технологии органических веществ не превышает 500 (773), а иногда и 300°С (573 К). В отличие от сушки процесс удаления связок медленный и очень чувствительный к режимам — температуре, времени выдержки, среде. Высокая температура приводит к размягчению материала и деформации изделий; бурное газо-выделение продуктов разложения органики сопровождается трещинообразованием. Для обеспечения механической прочности отформованных изделий не следует полностью удалять связку, остаток должен быть 1—3%. Если в массу для формования вводят не более 3 % добавок, то выгорание не опасно при нагреве под обжиг и операцию удаления можно не проводить.

При повышении температуры удаление связок происходит поэтапно (рис. 3.28). Вначале плавятся, затем испаряются легкие фракции, далее происходит пиролиз тяжелых углеводородов, выгорание углеродистых остатков и, наконец, начало спекания. Наиболее опасными являются фазовые переходы связок из твердого в жидкое при Т=50—60 °С (323—333 К) и из жидкого в газообразное при Т=150—170 °С (423—443 К) состояния. Здесь необходимы медленный подъем температуры и выдержка, обеспечивающие равномерный прогрев по всему объему заготовки. Режимы Удаления связок зависят от вида и молекулярной природы веществ. При добавке в порошок 10 % раствора глицерина температура его удаления (при степени 90—95 %) на 100° выше, чем для воды. Зависимость степени удаления ПВС от температуры показана на рис. 3.29.

Наиболее сложным является процесс удаления парафина из горячелитых изделий: при Г=50—60 °С (323—333 К) он плавится и растекается; при Т>120°С (393 К) испаряется и диффундирует в виде газа. Оптимальной температурой выгорания считается 7’=180°С (453 К), при которой сохраняется достаточная механическая прочность и легкая очистка изделий от засыпки. Удаление связок в слое засыпки (глинозем, тальк через 2—3 см) обеспечивает нахождение изделий во взвешенном состоянии и предотвращает их деформацию. Газы адсорбируются поверхностями частиц засыпки и диффундируют в нее. При некоторой оптимальной температуре процесс приобретает постоянную скорость. Для полного удаления связки следует повышать температуру. Температура

процесса для связки может быть разная в развисимости от вида и оечения изделий и определяет кинетику процесса (рис. 3.30). Время выдержки зависит от размеров изделий. Некоторые представления об этом дает табл. 3.1.