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當采用濕法擠出成型等工藝制備蜂窩陶瓷時(shí),由于擠出的坯料需要具有可塑性,因此水分含量一般比較高,也就導致蜂窩陶瓷生坯體的水分也較高。而且生坯體的孔隙多、內孔壁薄,若不及時(shí)對其中的水分進(jìn)行處理,就會(huì )因為各種應力的影響產(chǎn)生各種各樣的變形和開(kāi)裂,影響孔隙率和比表面積。
蜂窩陶瓷蜂窩陶瓷
陶瓷生坯排出水分可分為兩個(gè)方面:由生坯表面蒸發(fā)水分擴散到周?chē)橘|(zhì)中去,為外擴散;生坯內部水分遷移到表面為內擴散。隨著(zhù)生坯含水量的降低,干燥過(guò)程可分為:預熱階段、等速干燥階段、降速干燥階段與平衡狀態(tài),其中等速干燥是最為關(guān)鍵的部分。
陶瓷生坯的干燥與體積變化
上圖中A-B就是等速干燥階段,此時(shí)水分自生坯外表面的連續水膜蒸發(fā),內部水分不斷補充,內、外擴散速度相等,干燥速率固定不變。隨著(zhù)含水率降低,顆粒在水的表面張力作用下被拉近,生坯逐漸收縮,收縮的體積相當于排除水的體積,因此該階段應使生坯表面溫度均勻、不變。
蜂窩陶瓷常用的干燥方法有:自然干燥法、遠紅外干燥法、蒸汽干燥法、微波干燥法等。其中,微波干燥法的原理是利用微波照射濕坯體,電磁場(chǎng)的方向和大小會(huì )隨時(shí)間作周期性變化,使坯體內極性水分子隨著(zhù)交變高頻電場(chǎng)的變化,產(chǎn)生劇烈的轉動(dòng),然后發(fā)生摩擦轉化為熱能,使得坯體整體均勻升溫,達到干燥的目的。因此能夠克服厚壁蜂窩陶瓷干燥時(shí)存在表面與內部干燥速度不一致的問(wèn)題;同時(shí),也解決了坯體干燥前強度低、搬運困難,干燥后易開(kāi)裂等問(wèn)題。微波照射的穿透能力遠比紅外線(xiàn)大,其特點(diǎn)可歸納為以下四點(diǎn):
1.加熱快速、均勻
與普通方法相比,由于微波對吸收介質(zhì)有較強的穿透能力,熱量不必從表面傳遞到物料內部,而是直接將能量作用于整體物料,在物料內部瞬時(shí)轉化為熱量,大大縮短了加熱時(shí)間。
2.加熱的選擇性
微波加熱利用的是介質(zhì)損耗原理,在加熱過(guò)程中通過(guò)介質(zhì)損耗將電磁能轉化為熱能,只有吸收微波的物質(zhì)才能被微波加熱。由于水的介質(zhì)損耗很大,所以水吸收的微波能遠大于其它物質(zhì)。
3.熱效率高、節約能源
微波直接與物料相互作用,不需要加熱空氣或加熱大面積的設備器壁等,且加熱室為金屬制造的密閉空腔,既可提高熱利用率,又可以保證操作人員的安全。同時(shí),空腔反射微波,使之不向外泄露,只能為物料吸收。因此微波具有熱效率高、節約能源的作用。
4.反應靈敏、易控制、產(chǎn)品質(zhì)量高
在微波干燥時(shí),由于表面的對流換熱,物料表面溫度低于中心,在物料的表面很少出現溫度過(guò)熱和結殼的現象,有利于水分的蒸發(fā)。利用風(fēng)熱或蒸汽進(jìn)行表面加熱,有利于坯體的加熱均勻,從而降低了產(chǎn)品不合格率。能量的輸出大小可以通過(guò)電源開(kāi)關(guān)的控制來(lái)實(shí)現,以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
據孫千等人實(shí)驗,擠壓成形后的蜂窩陶瓷坯體經(jīng)微波爐干燥后,可以降低7%~10%的水分,并且強度有一定的提高,適合搬運及重新燒成。剛干燥出來(lái)的產(chǎn)品表面有一定的余熱,可以利用風(fēng)扇機對蜂窩陶瓷進(jìn)行對流干燥,將表面的熱量和水分除去,然后將蜂窩陶瓷放置在高溫熱泵房中進(jìn)行干燥直至含水量可以降低到適合燒成的范圍。整個(gè)流程,不僅操作簡(jiǎn)單、節約空間,而且提高勞動(dòng)效率,充分發(fā)揮了組合干燥的優(yōu)勢,取得較為理想的效果。