做陶瓷材料研發(fā)的人，大多遇到過類似的情況。實(shí)驗(yàn)室剛制備完一批氧化鋯粉（ZrO?），準(zhǔn)備做粒徑篩分分析。理論粒徑大約8μm，但篩分結(jié)果卻有點(diǎn)奇怪，20 μm以上顆粒占到十幾個(gè)百分點(diǎn)，換一臺(tái)篩機(jī)再測(cè)一次，又變成只有百分之幾。同一批粉體，數(shù)據(jù)卻對(duì)不上。很多工程師第一反應(yīng)通常是：是不是粉體團(tuán)聚了？但后來(lái)排查才發(fā)現(xiàn)，有時(shí)候問題并不在材料本身，而是在篩分方式。
像氧化鋯這種微米級(jí)陶瓷粉，如果還在用傳統(tǒng)振動(dòng)篩，篩分過程很容易受到團(tuán)聚、堵網(wǎng)等因素影響。因此不少材料實(shí)驗(yàn)室后來(lái)?yè)Q成了一種設(shè)備—負(fù)壓氣流篩。下面從工程師常用的分析邏輯出發(fā)，聊聊這種設(shè)備在氧化鋯粉篩分中的真實(shí)應(yīng)用。
一、負(fù)壓氣流篩到底是什么設(shè)備？
簡(jiǎn)單來(lái)說，負(fù)壓氣流篩是一種利用氣流完成粉體篩分的設(shè)備。它的工作方式和傳統(tǒng)振動(dòng)篩完全不同。
傳統(tǒng)篩分是依靠：機(jī)械振動(dòng) → 粉末跳動(dòng) → 通過篩孔
而氣流篩的原理是：氣流打散粉體 → 負(fù)壓吸走細(xì)粉 → 通過篩網(wǎng)完成分級(jí)
設(shè)備運(yùn)行時(shí)：篩網(wǎng)下方形成穩(wěn)定負(fù)壓，噴氣嘴持續(xù)向篩面噴氣，粉體在氣流作用下被打散，細(xì)顆粒會(huì)被負(fù)壓氣流帶過篩網(wǎng)，而較大的顆粒則留在篩面。
很多工程師第一次看到設(shè)備運(yùn)行時(shí)都會(huì)說一句：“這設(shè)備不像在篩粉，更像是在用氣流給粉體做分級(jí)。”也正是這種方式，讓微米級(jí)粉體篩分變得更穩(wěn)定。
二、為什么氧化鋯粉篩分更適合氣流篩？
氧化鋯粉篩分困難，其實(shí)主要來(lái)自三個(gè)方面。
1.粉體細(xì)，容易形成團(tuán)聚
很多陶瓷級(jí)氧化鋯粉粒徑范圍在0.5μm–10μm，這種級(jí)別的粉末在振動(dòng)篩上很容易形成粉末抱團(tuán)、假顆粒、粒徑被“放大”等情況。
實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)情況，實(shí)際粒徑 8 μm 的粉末，篩分結(jié)果卻像 15 μm顆粒。原因往往不是顆粒變大，而是團(tuán)聚沒有被打散。
氣流篩在工作時(shí)，噴氣嘴會(huì)持續(xù)產(chǎn)生氣流，對(duì)粉體進(jìn)行分散。通常約3000 Pa氣壓就能把細(xì)粉打散。
2.高目數(shù)篩網(wǎng)容易堵孔
氧化鋯粉篩分通常會(huì)使用：
1000目篩網(wǎng)（約13 μm）
1250目篩網(wǎng)（約10 μm）
在傳統(tǒng)振動(dòng)篩上，這種篩網(wǎng)很容易出現(xiàn)篩分到一半開始堵網(wǎng)，粉末越細(xì)，堵孔越明顯。
氣流篩在工作時(shí)，氣流會(huì)不斷掃過篩面，對(duì)篩孔有一定清理作用。如果再配合鉆石涂層篩網(wǎng)，堵網(wǎng)問題會(huì)明顯減少。很多實(shí)驗(yàn)室第一次使用時(shí)都會(huì)發(fā)現(xiàn)，篩網(wǎng)能保持比較干凈的狀態(tài)。
3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需要重復(fù)性
在陶瓷材料研發(fā)中，經(jīng)常需要進(jìn)行粒徑分布測(cè)試，材料批次對(duì)比以及粉體分級(jí)驗(yàn)證。
如果篩分結(jié)果每次變化很大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就很難作為參考。
氣流篩的優(yōu)勢(shì)是篩分參數(shù)基本都可以穩(wěn)定控制，例如：負(fù)壓值、噴嘴轉(zhuǎn)速、篩分時(shí)間，同一組參數(shù)可以反復(fù)使用，從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性。
三、哪些人最需要這種設(shè)備？
負(fù)壓氣流篩主要是實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，常見用戶包括三類。
1.材料研發(fā)工程師
例如陶瓷材料研發(fā)氧化鋯粉、氧化鋁粉、氮化硅粉，這些材料粒徑通常較細(xì)，對(duì)篩分精度要求較高。
2.粉體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室
很多企業(yè)內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室需要做粉體粒徑篩分、質(zhì)量控制檢測(cè)，樣品量通常不大，但對(duì)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性要求很高。
3.高校與科研機(jī)構(gòu)
高校材料學(xué)院、粉體研究所也經(jīng)常使用氣流篩進(jìn)行粉體粒徑分析，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證等。
四、什么時(shí)候需要考慮氣流篩？
在實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐中，如果出現(xiàn)以下幾種情況，通常就會(huì)考慮氣流篩。
第一：粉體粒徑低于20 μm，例如氧化鋯粉、納米陶瓷粉，振動(dòng)篩很難穩(wěn)定篩分。
第二：篩網(wǎng)目數(shù)超過1000目，高目數(shù)篩網(wǎng)在振動(dòng)篩上容易堵孔。
第三：樣品量較小，很多實(shí)驗(yàn)室一次篩分量只有50 g–100 g，更適合實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。
第四：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需要穩(wěn)定，氣流篩通常 幾分鐘即可完成一次篩分，重復(fù)性較好。
五、這種設(shè)備通常用在哪些行業(yè)？
雖然很多人是在陶瓷行業(yè)接觸到氣流篩，但它的應(yīng)用其實(shí)比較廣。常見行業(yè)包括：
先進(jìn)陶瓷：氧化鋯粉、氧化鋁粉、氮化硅粉
電子材料：MLCC陶瓷粉體、電子漿料粉末
新能源材料：石墨粉、硅粉、三元材料
精細(xì)化工：顏料粉末、涂料粉體
這些行業(yè)有一個(gè)共同特點(diǎn)，粉體細(xì)，而且容易團(tuán)聚。
六、實(shí)驗(yàn)室如何選擇合適的氣流篩？
從工程師角度，通常會(huì)關(guān)注幾個(gè)關(guān)鍵因素。
1.篩網(wǎng)尺寸
實(shí)驗(yàn)室最常見的是：200 mm標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)，適合多數(shù)粉體篩分測(cè)試。
2.篩分粒徑范圍
一般氣流篩可以支持5 μm – 4000 μm，但最常用區(qū)間通常是10 μm – 200 μm。
3.篩網(wǎng)材質(zhì)
對(duì)于高目數(shù)篩分，通常建議使用鉆石篩網(wǎng)，這種篩網(wǎng)表面有耐磨涂層，不易堵孔，使用壽命更長(zhǎng)。
4.是否需要超聲波
如果粉體粒徑 ≤10 μm，很多工程師會(huì)建議配置超聲波模塊，可以進(jìn)一步減少團(tuán)聚。
七、氧化鋯篩分常見問題分析
問題一：氧化鋯粉怎么做微米級(jí)篩分？
對(duì)于 10 μm及以下氧化鋯粉，建議優(yōu)先采用負(fù)壓氣流篩。通過氣流分散+負(fù)壓抽吸，可以減少團(tuán)聚影響，提高篩分精度和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。
問題二：氧化鋯粉為什么篩出來(lái)粒徑偏大？
主要原因不是顆粒變大，而是粉體團(tuán)聚未被打散。尤其在使用振動(dòng)篩時(shí)，團(tuán)聚顆粒會(huì)被當(dāng)作“大顆?！苯y(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致結(jié)果偏差通常在 5%–15%。
問題三：氧化鋯粉篩分需要超聲波嗎？
如果粒徑在 10 μm以下，建議配置超聲波?？梢杂行p少粉體團(tuán)聚，提高篩分通過率和數(shù)據(jù)一致性。
問題四：怎么判斷自己是否需要負(fù)壓氣流篩？
如果出現(xiàn)以下情況，基本可以考慮：
粒徑在 20 μm以下、使用振動(dòng)篩數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、高目數(shù)篩網(wǎng)易堵、實(shí)驗(yàn)樣品量較小（＜100 g）
做粉體篩分久了會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律：粉體越細(xì)，篩分方式越關(guān)鍵。像氧化鋯這種10μm級(jí)陶瓷粉體，很多問題并不是材料本身，而是篩分過程中出現(xiàn)的團(tuán)聚、堵網(wǎng)、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。
負(fù)壓氣流篩的核心作用，其實(shí)就是三件事：打散粉體、穩(wěn)定篩分過程、提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性。所以很多材料實(shí)驗(yàn)室使用后都會(huì)有一個(gè)比較一致的評(píng)價(jià)，它不一定是篩得最快的設(shè)備，但往往是數(shù)據(jù)最穩(wěn)定的一種。
如果你們實(shí)驗(yàn)室正在做氧化鋯粉、陶瓷微粉、10微米級(jí)粉體篩分，也可以帶樣品做一次實(shí)際測(cè)試，看看篩分效果是否適合你的材料，歡迎致電15601937055預(yù)約免費(fèi)帶料測(cè)試。