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压电陶瓷混料球磨工艺研究进展
来源:|作者:金瑞 |发布时间:2021-03-07 |次浏览
研究了如何将粉料粒径细化，磨球增加50%Φ3mm氧化锆珠和磨球50%Φ5mm氧化锆珠均使粉料粒径比原工艺粉料粒径细化。在此基础上减少了球磨时间发现粉料粒度虽有所增加但D10、D50、D90的粉
1引言
1.1压电陶瓷简介
压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外,还具有介电性、弹性等,已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等[1-2]。
由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的，而烧结过程主要是沿领料表面或晶界的团相扩散物质的迁移过程。因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。就是说粉末的粒径是描述粉末的重要参数。因为粉末粒径越小。表面积越大，或说粒度越小。单位质量粉末的表面积越大。烧结时进行的团相扩散物质迁移的界面越多。也就越容易致密化[3]。
1.2压电陶瓷混料磨细工艺介绍
目的是将各种原料混匀磨细，为预烧进行完全的固相反应准备条件，一般采取干磨或湿磨的方法。实验室一般采用行星式球磨机加水球磨，本次试验也是采用此类方法进行。
各种原料经过粉料均匀磨细后，新的粉料粒径小于旧的原料粒径。在后续的烧结工艺中，粒径较细的粉料容易烧结成晶向致密的块体，可烧成的温度范围也大，烧成陶瓷后单位体积密度会理想。d33、电容、损耗、介电常数等压电陶瓷性能测试结果会加稳定。
2压电陶瓷混料磨细实验
2.1实验设备
①主要的实验设备：行星式球磨机如图1所示。②其他实验设备：球磨罐（聚氨酯罐）、磨球（氧化锆珠），水（去离子水），原料（Pb3O4、ZrO2、TiO2），料盆（搪瓷盆）、粉料粒度测试仪等。
2.1.1行星式球磨机工作原理
行星式球磨机其工作原理是利用磨球（本次使用的为氧化锆珠）与粉料在球磨罐内高速翻滚，对粉料产生剪切、冲击、碾压达到粉碎、研磨、分散、乳化粉料的目的。行星式球磨机在同一转盘上装有四个球磨罐，当转盘转动时，球磨罐在绕转盘公转的同时有围绕自身轴心自转，做行星式运动。球磨罐中氧化锆珠在高速运动中相互碰撞，研磨和混合粉料，研磨粉料小粒度可致0.1微米。
2.1.2行星式球磨机的点
行星式球磨机和同类型产品比较如立式球磨机如图
2所示，虽然立式球磨机结构简单，价格低，但由于其只具备自转功能不具备公转功能，磨出的粉料粒径不够细，均匀程度也欠佳，因此不选择立式球磨机。
2.1.3粉料粒度测试设备介绍
激光粒度分布仪如图3所示，是基于激光散射原理测量粒度分布的一种新型粒度仪。该系统包括主机、样品制备装置和电脑系统等。通过样品制备装置将样品输送到主机的测量区域，激光照射到样品后将产生光散射信号，光电探测器阵列将光散射信号转换成电信号，这些信号通过USB方式传输到电脑中，用专门的粒度测试软件，依据Mie散射理论对散射信号进行处理，就可以得到该
样品的粒度分布结果。
样品的粒度分布结果。
2.2实验问题探究
①如何通过改变磨球的质量配比，降低粉料粒径，让粉料细化
②如何在保证粒径大小为可接受范围的前提下，通过改变磨球和水的质量配比，缩短混料磨料的工作时间，提高生产效率
③如何在保证粒径大小为可接受范围的前提下，使用容积相同的球磨罐，通过改变磨球和水的质量配比使其能加工跟多质量的粉料，提高生产效率
2.3实验过程
①烘原料：用100℃的烘箱烘烤原料Pb3O4、ZrO2、TiO26小时以上。
②配料：将Pb3O4、ZrO2、TiO2分别按272g、46g、36g加入球磨罐中，并加入一定量的水。
③混料磨料：将加完原料和水的球磨罐放置锁紧于球磨机上，并设定好球磨时间、球磨频率、球磨转速等参数，待球磨机运行后做好相应记录。
④出料（湿料）：球磨机运行结束后，将球磨罐内的磨球和粉料冲洗分开，粉料冲入搪瓷盆内。
⑤测试：使用激光粒度分布仪对搪瓷盆内的粉料进行粒度测试。
⑥总结：对测试结果进行分析并得出结论。
⑦粉料处理：实验结束后，对实验用粉料进行预烧
合成处理，烧制成烧结垫料。3实验结果及分析
3.1粉料粒度实验结果
实验结果如表1所示。
3.2粉料粒度实验结果分析
①通过一轮实验发现当球磨频率、球磨时间相同时，比原工艺粉料磨球增加50%Φ3mm氧化锆珠和比原工艺粉料磨球增加50%Φ5mm氧化锆珠均使其粉料粒径比原工艺粉料粒径细化。
②通过二轮、三轮实验发现当球磨频率相同且氧化锆珠配比质量也相同时，逐渐减少球磨时间会使粉料粒径逐渐。
③仔细比较两种不同的氧化锆珠配比所磨出粉料的粒径会发现，比原工艺粉料磨球增加50%Φ3mm氧化锆珠磨出的粉料粒径，略于比原工艺粉料磨球增加50%Φ5mm氧化锆珠磨出的粉料粒径。
4结论
本文研究了压电陶瓷混料磨料工艺中粉料细化的控制要点及规律。首先研究了如何将粉料粒径细化，磨球增加50%Φ3mm氧化锆珠和磨球50%Φ5mm氧化锆珠均使粉料粒径比原工艺粉料粒径细化。在此基础上减少了球磨时间发现粉料粒度虽有所增加但D10、D50、D90的粉料粒径仍小于原工艺的粉料粒径。再仔细比对磨球增加50%Φ3mm氧化锆珠和磨球增加50%Φ5mm氧化锆珠两种不同磨球配比方式磨出的粉料粒径时发现，磨球增加50%Φ3mm氧化锆珠磨出的粉料粒径的测试结果略于磨球增加50%Φ5mm氧化锆珠磨出的粉料粒径的测试结果。因此在保证粉料粒径稳定性的前提下，使用比原工艺粉料磨球增加50%Φ3mm氧化锆珠，并将磨料时间设定为4小时进行磨料也可以达到原工艺粉料细化的效果。这样就将原工艺粉料的磨料时间减少了4个小时，大的节约了时间成本，提高了效率。
