氮化硅陶瓷具有高強(qiáng)度、高硬度、良好的斷裂韌性等優(yōu)異力學(xué)性能，并具有獨(dú)特的自潤(rùn)滑性能，成為高性能陶瓷的研究熱點(diǎn)。氮化硅陶瓷粉體是制備氮化硅陶瓷的關(guān)鍵原料，粉體的造粒處理方式是影響陶瓷性能的關(guān)鍵步驟，對(duì)最終氮化硅陶瓷產(chǎn)品的致密度、力學(xué)性能等都具有重要影響。因此，研究氮化硅粉體的造粒處理方法，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況選取最佳的粉料處理方案對(duì)于高性能氮化硅陶瓷的制備具有重要意義。

圖1  氮化硅陶瓷制品

一、氮化硅陶瓷粉體的造粒方法

在工業(yè)生產(chǎn)中，氮化硅陶瓷粉體造粒方法主要有干法輥壓造粒技術(shù)、冷等靜壓技術(shù)、噴霧造粒技術(shù)等。與其他氧化物陶瓷粉體相比，氮化硅陶瓷燒結(jié)過(guò)程中對(duì)溫度更加敏感，因此對(duì)粉體顆粒的大小以及表面形態(tài)的一致性具有較高的要求。

1、干法輥壓造粒技術(shù)

干法輥壓造粒技術(shù)是采用干法擠壓工藝技術(shù)，將含水量<10%氮化硅陶瓷粉體進(jìn)行壓縮成片，再經(jīng)過(guò)破碎、整粒、篩分工藝，使片塊狀物料變成符合使用要求的顆粒狀物料。干法輥壓造粒主要靠外部加壓方式，使粉體通過(guò)兩個(gè)反而旋轉(zhuǎn)的輥輪間隙，壓縮成片。在輥壓過(guò)程中，物料的實(shí)際密度能增大1.5-3倍，從而達(dá)到一定的強(qiáng)度要求。

干法輥壓造粒技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：具有造粒效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。與噴霧造粒相比，干壓造粒所需粘結(jié)劑含量低。

圖2  干法輥壓造粒技術(shù)示意圖

2、冷等靜壓造粒技術(shù)

冷等靜壓造粒技術(shù)是將氮化硅陶瓷粉體放入特定模具后，再置于冷等靜壓設(shè)備中，經(jīng)過(guò)冷等靜壓工藝壓制成坯體，再通過(guò)破碎機(jī)破碎，過(guò)篩，完成造粒過(guò)程。冷等靜壓造粒技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是利用了液體介質(zhì)不可壓縮的特點(diǎn)和均勻傳遞壓力的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)從各個(gè)方向?qū)υ嚇舆M(jìn)行均勻加壓，確保粉體各個(gè)方向所受到的壓強(qiáng)均勻且大小不變。

3、噴霧造粒技術(shù)

噴霧造粒是指將混合好的料漿直接噴霧到熱空氣中，快速干燥并得到形狀規(guī)則的球狀粉粒的造粒方法。通常采用離心式或壓力式噴霧造粒設(shè)備對(duì)混合后的氮化硅漿料實(shí)行邊攪拌邊造粒，從而使得氮化硅粉體均勻分布，從而提高氮化硅顆粒的球形度和粉料的流動(dòng)性，并改善粉料的粒徑分布。優(yōu)化噴霧造粒工藝參數(shù)，制備出成分高均勻、高一致性的氮化硅球形粉體。噴霧造粒過(guò)程中溫度、壓力、供料速度以及攪拌時(shí)間、粘結(jié)劑的種類等因素對(duì)造粒后氮化硅粉料粒徑尺寸、分散性具有重要影響。

噴霧造粒工藝優(yōu)點(diǎn)是：可以避免料漿中各組份發(fā)生再團(tuán)聚和沉降分離，可以保持料漿原有的均勻性并且得到的粒度分布均勻，流動(dòng)性好。噴霧造粒工藝可實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，可以提高生產(chǎn)效率，減少粉塵污染。應(yīng)用噴霧造粒工藝顆粒形狀規(guī)則，有利于提高素坯的密度及均勻性，進(jìn)而改善生坯燒結(jié)性能。噴霧造粒工藝目前已經(jīng)廣泛用在化工、冶金、陶瓷、水泥、食品、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域。

此外，粘結(jié)劑的選擇也是噴霧造粒工藝中重要的影響因素，目前噴霧造粒常用的粘結(jié)劑有酚醛樹(shù)脂、聚乙烯醇等。聚乙二醇易溶于乙醇，通過(guò)滾動(dòng)球磨能夠充分的混合，處理后所得粉料顆粒均勻，球形度好，燒結(jié)活性高。

二、結(jié)語(yǔ)

從氮化硅陶瓷粉體造粒技術(shù)可以看出，粉體后處理工程是一個(gè)包括多學(xué)科、多門類的諸多單元操作的系統(tǒng)工程，粉體造粒作為一個(gè)新興的行業(yè)，正越來(lái)越受到人們的重視，其技術(shù)和造粒設(shè)備的發(fā)展日新月異，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，其范圍已超越了原來(lái)的粉體技術(shù)的定義，應(yīng)注重多個(gè)專業(yè)的交叉和融合，從而進(jìn)一步推進(jìn)我國(guó)粉體工業(yè)的持續(xù)提升。