В первой части настоящей статьи было показано, что наиболее существенное влияние на оптимизацию технологического процесса достижения технологически равновесного состояния керамического материала оказывает единый принцип оптимизации технологии в целом.
Существуют ли технологические факторы понижающие вероятность достижения технологически равновесного состояния керамики? Да, существуют. К числу таких факторов относится дисперсность исходных оксидов.
Ограничения классического твердофазного синтеза
Сегодня не вызывает сомнение то, что производство качественной оксидной функциональной керамики связывают с синтезом монодисперсных, химически однородных порошков с размерами исходных частиц менее одного микрона.
Вызвано это тем, что свойства керамического материала предопределяются химической гомогенностью синтезированного порошка, а уровень однородности ее микроструктуры – монодисперсностью порошка (рис. 2.1).
При этом под монодисперсностью порошка подразумевается соблюдение следующего соотношения:
Dmax. ≤ 2 - 2,5d (1)
где: Dmax. – максимальный размер отдельной частицы;
d – средний диаметр всей совокупности исходных частиц.
В свою очередь, как показала практика, отклонение от выполнения соотношения (1) влечет за собой повышение вероятности развития аномального роста зерен в процессе спекания заготовки и как следствие понижение уровня однородности микроструктуры керамического материала в целом.
Исторически сложилось так, что в силу экономической целесообразности (цена/качество) наибольшее распространение в условиях оксидного керамического производства получил классический метод твердофазного синтеза, несмотря на все его ограничения.
В этой связи выполнение соотношения (1) предопределяется компромиссом, между получением химически однородного состава керамического порошка и его монодисперсностью.
В основе этого компромисса лежит то, что твердофазный синтез, в классическом его исполнении отвечая за гомогенность синтезированной механической смеси, только косвенно влияет на результат монодисперсности, поскольку в последующем процессе измельчения участвует продукт твердофазного синтеза.
В свою очередь размер частиц исходного порошка также является компромиссом, но уже между стремлением повысить активность порошков к спеканию и вероятностью их агломерации, которая растет с ростом удельной поверхности керамических порошков.
Таким образом, достижение монодисперсности, необходимое для увеличения вероятности протекания нормального роста зерен в процессе спекания керамики, становится тем проблематичнее, чем меньше диаметр исходных частиц.
В этой связи достижение требований, предъявляемых со стороны формования к синтезированным порошкам в рамках классической керамической технологии, влечет за собой усложнение технологического регламента, увеличение трудозатрат и как следствие неэффективность используемых методов в целом.
Справедливости ради следует сказать, что в РФ химическая промышленность не производит оксиды, дисперсность которых отвечает требованиям оксидного керамического производства.
Как правило, гранулометрический состав промышленных оксидов соответствует диапазону 10 – 70мкм, использование которых заведомо не позволяет производить высококачественную керамику.
Решение этой проблемы было найдено автором при разработке технологии непрерывного твердофазного синтеза.
ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ТВЕРДОФАЗНОГО СИНТЕЗА
К основным отличиям технологии непрерывного твердофазного синтеза (НС) от классического твердофазного синтеза (КТС) относится то, что:
1.Гранулированный порошок механической смеси оксидного материала вводится в реакционную камеру, нагретую до температуры его синтеза и как следствие, температура нагрева вводимого порошка не изменяется по линейному закону (рис.2.2).
2. В начальный момент синтеза на грануле механической смеси оксидного материала возникает:
- градиент температуры = 8000 – 10000 гр./мм и
- температурный удар, формируемый температурно-временными условиями синтеза оксидного материала и как следствие его измельчение. (рис.2.2б))
3.В связи с этим 100%-е протекание твердофазного синтеза оксидных материалов исчисляется минутами, а не часами как в классическом твердофазном синтезе.
Таким образом, непрерывность разработанного твердофазного синтеза связано не столько с его физической непрерывностью (таких решений больше, чем достаточно), сколько с его химической завершенностью в рамках одного технологического этапа. (Продолжение следует)
Специалистам, аспирантам, соискателям и студентам. Обращайтесь, Вас услышат. E-lk783395@gmail.com