Esferas de nitreto de silício (Si3N4) apresentam grande potencial no campo de rolamentos de alta velocidade, alta precisão e longa vida útil devido às suas excelentes propriedades, como peso leve, autolubrificante, alto isolamento, não magnético, alta módulo de elasticidade e excelente resistência à corrosão. Este artigo tem como objetivo discutir a otimização do processo de granulação por spray do pó de Si3N4, especialmente o método de granulação por spray sob pressão, a fim de melhorar a densidade, propriedades mecânicas e microestrutura das esferas de Si3N4, de modo a atender à demanda urgente por rolamentos de alto desempenho. materiais nos campos aeroespacial, automotivo e de geração de energia eólica.
Com o rápido desenvolvimento da tecnologia industrial, os requisitos relativos às propriedades dos materiais são cada vez mais rigorosos. Como um novo tipo de material de rolamento de alto desempenho, a esfera cerâmica Si3N4 tornou-se um ponto importante de pesquisa para melhorar ainda mais seu desempenho. Dentre eles, a densidade da peça bruta, como fator chave que afeta o desempenho final das esferas cerâmicas, está diretamente relacionada ao número de microporos e à vida em fadiga das esferas cerâmicas após a sinterização. Portanto, otimizar o processo de granulação por pulverização do pó de Si3N4 para obter morfologia regular do pó, distribuição uniforme do tamanho das partículas e aumento da densidade aparente é uma forma eficaz de melhorar o desempenho das bolas cerâmicas.
Vantagens de desempenho e campos de aplicação de esferas Si3N4
Com suas propriedades físicas e químicas únicas, as esferas cerâmicas Si3N4 apresentam vantagens significativas em muitos campos: a baixa massa reduz a carga geral do sistema de rolamento e melhora a eficiência operacional; Os recursos autolubrificantes reduzem os requisitos de lubrificação e os custos de manutenção; Alto isolamento e não magnético adequado para ambientes especiais; O alto módulo de elasticidade e a resistência à corrosão garantem uma operação estável a longo prazo sob condições extremas. Essas vantagens tornam as esferas cerâmicas Si3N4 amplamente utilizadas em sistemas de rolamentos de alta velocidade, alta precisão e longa vida útil, como fusos de máquinas-ferramenta, fusos elétricos, motores automotivos, motores aeroespaciais e turbinas eólicas.
Efeito do processo de granulação por spray nas propriedades da bola Si3N4
A importância da densidade em branco
A densidade do blank é um parâmetro chave na preparação da bola cerâmica, que afeta diretamente a densidade e as propriedades da bola cerâmica após a sinterização. Aumentar a densidade da peça bruta é útil para reduzir a formação de poros no processo de sinterização, de modo a melhorar as propriedades mecânicas e a vida à fadiga das esferas cerâmicas.
A relação entre a morfologia do pó granulado por pulverização e a densidade aparente
A granulação por spray é um dos processos importantes para a preparação de pós cerâmicos de alta qualidade. Através da granulação por spray de pressão, a pasta de Si3N4 é pulverizada na torre de granulação sob alta pressão e as gotas são rapidamente secas em pó esférico no fluxo de ar quente. Neste processo, controlar a taxa de evaporação do solvente na superfície da partícula é a chave para obter o pó com morfologia regular e distribuição uniforme de tamanho de partícula. O pó esférico regular é benéfico para aumentar a densidade solta do pó e, em seguida, melhorar a densidade e a uniformidade do branco.
Estratégia de otimização
1. Otimize a fórmula da pasta: ajuste a proporção de cada componente na pasta e o uso de dispersante para reduzir a aglomeração e a estratificação de sedimentação e melhorar a uniformidade e estabilidade da pasta.
2. Controle preciso dos parâmetros de pulverização, como pressão de pulverização, design do bico, temperatura do fluxo de ar quente, etc., para otimizar a distribuição do tamanho das partículas e a taxa de secagem das gotículas, para garantir a regularidade da morfologia do pó e a melhoria da densidade solta.
Otimização pós-tratamento: O pó após a granulação por pulverização é selecionado e classificado, e partículas não qualificadas são removidas para melhorar ainda mais a qualidade geral do pó.
3. Análise de experimentos e resultados
Através de uma série de experimentos, descobrimos que a densidade bruta das esferas cerâmicas Si3N4 preparadas pela tecnologia otimizada de granulação por spray de pressão aumentou significativamente, e as esferas cerâmicas sinterizadas apresentaram menor microporosidade, maior dureza e melhor resistência à fadiga. A análise da microestrutura mostra que a estrutura do grão da bola cerâmica é mais densa e a resistência de ligação da interface é aprimorada.
Conclusão e Perspectiva
Neste artigo, através da otimização do processo de granulação por spray de Si3N4, especialmente o estudo aprofundado do método de granulação por spray de pressão, a densidade, as propriedades mecânicas e a microestrutura das bolas cerâmicas de Si3N4 foram melhoradas com sucesso, o que fornece base teórica e suporte técnico para o preparação de bolas cerâmicas de alto desempenho. No futuro, com o progresso contínuo da ciência de materiais e da tecnologia de preparação, as bolas cerâmicas Si3N4 mostrarão suas vantagens únicas em campos mais sofisticados e promoverão o desenvolvimento sustentável de indústrias relacionadas. Ao mesmo tempo, a exploração adicional de novas tecnologias de granulação por pulverização e otimização de parâmetros de processo será uma direção importante para melhorar o desempenho das esferas cerâmicas. Otimizando o processo de granulação por spray de Si3N4 para melhorar o desempenho de esferas cerâmicas: vantagens de desempenho, áreas de aplicação e exploração de processos
