O que é a granulação de pó cerâmico Si3N4?

As cerâmicas de nitreto de silício (Si3N4) têm excelentes propriedades mecânicas, como alta resistência, alta dureza, boa resistência à fratura e propriedades autolubrificantes exclusivas, que se tornaram um ponto de pesquisa de cerâmicas de alto desempenho.

Os pós cerâmicos de Si3N4 são as principais matérias-primas para a preparação de cerâmicas de Si3N4. A forma de granulação dos pós é a principal etapa que afeta as propriedades da cerâmica, o que tem um impacto importante sobre a densidade e as propriedades mecânicas dos produtos finais de cerâmica Si3N4. Portanto, é de grande importância para a preparação de cerâmicas de Si3N4 de alto desempenho estudar o método de tratamento de granulação do pó de Si3N4 e selecionar o melhor esquema de tratamento de pó de acordo com a situação real de produção.

O método de granulação de pós cerâmicos de nitreto de silício

Na produção industrial, os métodos de granulação dos pós cerâmicos de Si3N4 incluem principalmente granulação por rolo seco, prensagem isostática a frio e granulação por spray. Em comparação com outros pós cerâmicos de óxido, as cerâmicas de Si3N4 são mais sensíveis à temperatura durante o processo de sinterização e, por isso, têm requisitos mais altos quanto ao tamanho das partículas de pó e à consistência da morfologia da superfície.

1. Granulação por rolo seco

A granulação por rolo seco refere-se ao processo de extrusão a seco no qual o pó de cerâmica Si3N4 com teor de água inferior a 10% é comprimido em uma folha e, em seguida, o material em forma de bloco é transformado em um material granular de acordo com os requisitos de uso por meio do processo de trituração, granulação e peneiramento. A granulação por rolo seco se baseia principalmente na pressão externa para transformar o pó em uma folha por meio de duas compressões, em vez de uma compressão rotativa da folga do rolo. No processo de laminação, a densidade real do material pode aumentar de 1,5 a 3 vezes, de modo a atender a determinados requisitos de resistência.

As vantagens da tecnologia de granulação por rolo seco são a alta eficiência de granulação e o baixo custo de produção. Em comparação com a granulação por spray, a granulação por pressão a seco exige um teor menor de aglutinante.

2. Granulação por pressão isostática a frio

A granulação por pressão isostática a frio refere-se ao processo de granulação no qual o pó cerâmico Si3N4 é colocado em um molde específico e, em seguida, colocado no equipamento de pressão isostática a frio para ser prensado em um espaço em branco por meio do processo de pressão isostática a frio e, depois, quebrado e peneirado pelo triturador. A vantagem da granulação por pressão isostática a frio é que ela aproveita a incompressibilidade do meio líquido e a transferência uniforme de pressão, de modo que a amostra pode ser pressurizada uniformemente de todas as direções para garantir a pressão uniforme e constante em todas as direções do pó.

3. Granulação por spray

A granulação por spray refere-se ao método de granulação no qual a pasta misturada é diretamente pulverizada em ar quente e rapidamente seca para obter partículas de pó esféricas com formatos regulares. Normalmente, o equipamento de granulação por spray centrífugo ou por pressão é usado para misturar a pasta de Si3N4 e granular ao mesmo tempo, de modo que o pó de Si3N4 seja distribuído uniformemente. Assim, a esfericidade das partículas de Si3N4 e a fluidez do pó foram aprimoradas, e a distribuição do tamanho das partículas do pó foi melhorada. Os pós esféricos de Si3N4 com alta uniformidade e consistência foram preparados com a otimização dos parâmetros do processo de granulação por spray. Fatores como temperatura, pressão, velocidade de alimentação, tempo de mistura e o tipo de aglutinante têm uma influência importante no tamanho e na dispersão do pó de Si3N4 após a granulação.

As vantagens do processo de granulação por spray são que ele pode evitar a aglomeração e a separação por sedimentação dos componentes na pasta, manter a uniformidade original da pasta e obter uma distribuição uniforme do tamanho das partículas e boa fluidez. A tecnologia de granulação por spray pode realizar a produção automática contínua, melhorar a eficiência da produção e reduzir a poluição por poeira. A aplicação da tecnologia de granulação por spray pode melhorar a densidade e a uniformidade da peça bruta, bem como o desempenho de sinterização da peça bruta. A tecnologia de granulação por spray tem sido amplamente utilizada na indústria química, metalurgia, cerâmica, cimento, alimentos, medicina e outros campos industriais.

Além disso, a escolha do aglutinante também é um fator importante no processo de granulação por spray. Atualmente, os adesivos comumente usados para granulação por spray incluem resina fenólica e álcool polivinílico. O etilenoglicol é facilmente solúvel em etanol e pode ser totalmente misturado pelo moinho de bolas. Após o tratamento, as partículas de pó são uniformes, com boa esfericidade e alta atividade de sinterização.

A tecnologia de granulação de pó cerâmico de Si3N4 mostra que a engenharia de pós-tratamento de pó é uma engenharia de sistema que inclui muitas unidades multidisciplinares e de várias categorias. Como um novo setor, a granulação de pó está atraindo cada vez mais atenção. Com o rápido desenvolvimento da tecnologia e dos equipamentos de granulação, a granulação de pó tem sido amplamente utilizada.

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Sobre a autora

Cathie Montanez é a cientista de projetos da Stanford Advanced Materials (SAM). Ela já foi professora de pesquisa na escola de ciência e engenharia de materiais da universidade e agora é responsável pelos testes de desempenho e pela orientação técnica dos produtos da SAM, como metais refratários, cerâmicas, cadinhos de laboratório, barras de moagem e assim por diante.