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)過程中對溫度更加敏感，因此對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，使粉體通過兩個(gè)反而旋轉(zhuǎn)的輥輪間隙，壓縮成片。在輥壓過程中，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)過冷等靜壓工藝壓制成坯體，再通過破碎機(jī)破碎，過篩，完成造粒過程。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)劑有酚醛樹脂、聚乙烯醇等。聚乙二醇易溶于乙醇，通過滾動(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

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)用范圍也越來越廣，其范圍已超越了原來的粉體技術(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)我國粉體工業(yè)的持續(xù)提升。