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微波干燥工艺在电子陶瓷粉体应用中注意事项
2019年01月05日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:78
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电子陶瓷材料通常为多组份配方的材料体系,在生产过程中需要进行两次干燥工序,干燥占到其制造成本的45%以上。微波干燥具有快速升温、加热均匀、节能高效的优点,能耗下降幅度可高达70%以上,目前微波干燥工艺在电子陶瓷粉体干燥领域日益受到重视并得到快速发展。

 

1  隧道式微波干燥炉

 

一、微波干燥的原理及特点

1、微波干燥原理

微波干燥是微波通过与产品直接相互作用将电磁能在瞬间转化为热能,实现对产品的快速脱水干燥的过程。微波是频率在300MHz~300GHz的电磁波,被加热介质物料中的水分子是极性分子,在快速变化的高频电磁场作用下,其极性取向将随着外电场的变化而变化,造成分子的运动和相互磨擦效应。此时微波场的场能转化为介质内的热能,使物料温度升高,产生热化和膨化等一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。

 

工业上常用的微波干燥设备的微波频率主要是2450MHz和915MHz两种。 所以当微波的频率为2450MHz时,这些极性分子就会在电磁场的作用下摆动24.5亿次/秒,并发生剧烈的碰撞和摩擦,从而发生剧烈的热效应,即微波能转化成了介质的热能。

 

2、隧道式微波干燥炉工作原理

隧道式微波干燥炉实现了微波能的工业化应用。设备运行时,物料由传送带载入微波加热箱,当物料行进到哪个箱体,则依次开启相应箱体的微波加热控制开关,此时,由“微波发生器”产生微波,经馈能装置输入“微波加热箱”中,此时物料中的水分在微波能的作用下蒸发,通过排湿系统排到加热器外面而达到干燥的目的。

 

2  隧道式微波干燥炉工作基本原理

 

温控系统包括:磁控管超温报警系统,监控磁控管冷却水是否正常;加热箱体内安装有红外感应探头,探测到物料超温将自动关闭部分磁控管,减少微波功率, 从而实现微波功率的动态在线调节。

 

3、微波干燥的特点

微波干燥具有加热迅速、加热均匀、节能环保、工艺先进、易控制等特点。

1) 微波干燥电子陶瓷粉体,可直接铺陈于传送带上,直接进入微波箱干燥,工艺简便快捷。

2)微波干燥的单耗极低, 节能效果显著。

 

二、微波干燥工艺摸索

1、要不要承载容器

电子陶瓷粉体经湿法分散成固含量为50%的料浆,流动性像水一样,无法均匀铺展在传送带上,因此,选用合适的容器成为微波干燥工艺能否可行的关键。

 

研究者分别采用不锈钢盘、陶瓷盘、玻璃盘、砂锅煲、瓷碗、塑料盘、自制PP盘等,用以上容器装载电子陶瓷瓷粉料浆,放于传送带上,依次试验,结果出现: 不锈钢盘打火、 陶瓷盘过重、玻璃盘炸裂、塑料盘燃烧等问题,而且容器盛料还存在人工上料均匀性差、容器吸波耗能等问题,因此,用容器盛料不可行。

 

直接用传送带载料可以解决以上容器带来的问题,但首先要解决掉浆料流动性的问题,有两种方案:使用有增加空间位阻效应、增稠效果的分散剂和提高固含量。 生产中可以采用分散剂,同时提高固含量至70%,料浆可堆积高度达到10厘米,形态如膏状,人工上料到传送带上,不会像水一样到处流动。

 

为保证上料均匀、装载量稳定性,可以设计一种能干自动上下料的装置,实现料浆在传送带上自动均匀涂布、装载定量可重复,在恒定的传送带速下调节合适的供料速度、厚度,即稳定了进料量,在此基础上匹配合适的微波功率,最终保证了物料的均匀干燥。

 

3  自动上下料装置

 

2、如何确定电子陶瓷料浆铺展厚度

微波作为一种电磁能进行加热,电磁波的穿透深度对微波加热至关重要。如果微波穿透深度过低, 微波将被限制于物料表面而不能达到均匀加热的效果。微波穿透深度与介电常数和损耗成反比关系,即当介电常数和损耗越大,微波在物料中的穿透深度越低。

 

 

选择适当的物料铺展厚度,不仅有利于微波能的充分利用,同时能使物料均匀加热。在微波干燥电子陶瓷材料批量化生产时,要考虑微波穿透深度,干燥过程中, 物料厚度不应该大于微波穿透厚度的1~2倍,否则将产生不均匀加热。

 

例如如对于含量70%的Y5V电子陶瓷浆料的微波穿透实际深度为2~75px,建议物料铺展厚度为75px。同时产品不同,介电常数不同,厚度不同,介电常数为30的NPO高频瓷料的适宜的铺展厚度为50px。

 

三、微波干燥设备制造商的几点建议

1)水分: 建议在抑制器段后增加红外辅助加热箱, 以达到客户对瓷粉水分的要求;

2)微波传送带易偏移: 虽然很多厂家拥有自动调偏技术,但大都不过关;

3)设备不能连续运行:建议提高整机运行的稳定性,降低故障率。

 

参考文献:

1、曾令可,方海鑫,王慧等,微波加热技术在陶瓷坯体干燥上的应用,干燥技术与设备。

2、罗民华,曾令可,黄浪欢,微波加热技术应用于陶瓷行业需要解决的几个问题,陶瓷学报。

 

作者:乐心


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