5.2.2 Полукерамический метод

Замена метода совместного осаждения полукерамическим дает большие преимущества в части упрощения стадии осаждения и полу­чения гомогенизированной пасты с добавками. Электрофизические свойства изделий из материалов ЦТС остаются практически на том же уровне.

Сущность полукерамического метода заключается в осаждении раз­личных соединений из растворов их солей на заранее суспензирован­ные в этих растворах твердые оксиды, гидроксиды или карбонаты ме­таллов. Между компонентами шихты обычно происходит взаимодей­ствие. поэтому для образования из нее соединений и твердых раство­ров требуются более низкие температуры синтеза, чем в случае приго­товления чисто механических смесей исходных соединений.

Существует три способа выделения соединений из растворов на ок­сиды и карбонаты:

5. обезвоживанием суспензий (упариванием или распылительной сушкой);

6. гидролизом алкоголятов;

7. взаимодействием с осадителем.

Из перечисленных вариантов метода осаждения на твердую фазу первые два не получили промышленного использования. В качестве необходимых стадий они включают операции упаривания, распыли­тельной сушки или гидролиза алкоголятов. Такие процессы имеют ряд недостатков, затрудняющих их внедрение в промышленное производство.

Наибольшее развитие получил третий вариант метода - выделение соединений из растворов на твердую фазу путем взаимодействия с оса­дителем. Этот метод нашел промышленное применение для изготовле­ния ряда материалов ЦТС.

Основные условия успешной реализации полукерамического ме­тода:

8. обеспечение полноты осаждения компонентов из растворов;

9. высокая активность сырья в виде твердой фазы;

10. высокая степень смешивания суспензии;

11. аппаратурное оформление, обеспечивающее получение гомогени­зированной суспензии[4].

5.2.3 Распылительная сушка растворов

Этот метод основан на мгновенном испарении воды при распылении смеси растворов легкоразлагающихся солей в потоке горячего воздуха (рис. 5.7).

Рис. 5.7 Схема установки для распылительной сушки растворов: 1 – электрокалорифер, 2 – напорная емкость для смеси растворов, 3 – пневматическая форсунка, 4 – сушильная камера, 5 – циклон, 6 – бункер, 7 – рукавный фильтр, 8 – электрический вибратор, 9 – скруббер

Распыление растворов осуществляется через распылители различной конструкции (форсуночные, пневматические и др.), при этом горячий (400-500⁰С) воздух под давлением (2-3)·10⁴ Па может подаваться прямо- или противотоком. Метод обеспечивает сохранение в продуктах распылительной сушки (ПРС) того же молекулярного уровня распределения компонентов, который был в исходных смешанных растворах солей. ПРС удаляются из сушилки потоком горячего воздуха, остывшим до 200-250⁰С. Более крупные фракции собираются в циклоне, более мелкие – улавливаются в рукавных фильтрах. Все фракции ПРС смешиваются и подвергаются термообработке для окончательного разложения солей и образование нужных материалов. Отработанные газы улавливаются водой в скруббере.

Продукты распылительной сушки характеризуется высокой дисперсностью (размер частиц до 1мкм) и активностью, выражающейся в снижении температуры твердофазных реакций образования конечных продуктов на 100-200⁰С, а также температуры спекания, о чем свидетельствует данные табл. 5.1.

Таблица 5.1

Сравнительные данные по температурам спекания керамики, полученной различными методами

Состав керамики	Температура спекания образцов. 0С
	Керамический метод	Распылительная сушка
BaTiO3	1350	1280-1300
PbTiO3	1080	1000
Ba0,8Pb0,12Co0,08TiO3	1300	1270
PbTi0,9Fe0,05Nb0,05O3	1080	1000
PbTi0,7Fe0,15Nb0,15O3	1050	1000
PbTi0,5Fe0,25Nb0,25O3	1040	1000
PbTi0,3Fe0,35Nb0,35O3	1020	980

Основным достоинством метода распылительной сушки растворов является значительное снижение температуры синтеза соединений и твердых растворов за счет образования в ПРС новых сложных фаз, ускоряющих и направляющих процессы синтеза. Сюда можно приобщить и другие положительные стороны метода:

- получение ПРС со смешиванием компонентов на молекулярном уровне и сохранение гомогенности в конечных материалах;

- синтез мелкозернистых порошков с размером зерен 1-5 мкм и менее и возможность регулирования дисперсности изменением условий сушки и прокалки;

- снижение температуры не только синтеза (на 100-200⁰С, а в некоторых случаях на 250-300⁰С) керамики. Выгодно, когда материалы содержат легколетучие оксиды (например, цинка, свинца и висмута)

Методу распылительной сушки растворов присущи и недостатки: выделение вредных газов и громоздкость схемы улавливания; высокая коррозионная активность газов, выделяющихся при разложении нитратов. Этот метод не применим в том случае, если в процессе образуются гигроскопические порошки, которые невозможно выгрузить[4].