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美国Union Process立式搅拌磨助力透明电光陶瓷光通讯行业——国内主流媒体报道跟踪采访

时间:2021-06-26 10:13  作者:砂磨机生产厂家:美国UP青岛工厂  点击:

“日常的生活里我们已经离不开网络,都是通过光通讯来实现。作为光通讯里最主要的方式,电光陶瓷在各方面优势都是非常明显的……” 这是2021年4月24日晚青岛QTV-2《生活在线》节目“心青年”篇的开场白。

 

青岛大学物理学院张教授十几年来,在制备的铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)基透明电光陶瓷和压电陶瓷的各项性能达到国内领先、国际先进水平,基于自主制备的PMN-PT透明电光陶瓷开发出原型电光器件、实现了自由空间光通信,被青岛电视台及网络媒体争相报道。

 

同时,主持国家自然科学基金、教育部产学合作协同育人项目、山东省自然科学基金,山东省教育厅科技发展项目,山东省研究生教育质量提升计划项目、青岛市科技局项目共8项。

正如视频报道中,张教授主要研究从透明电光陶瓷原材料粉体制备、成型、烧结到性能测试、微结构研究和应用效果演示等,即为光通讯领域核心器件的关键材料。青岛大学地处美国Union Process青岛工厂大本营,早在十几年前建厂初期就已经开始了密切联系与合作,为其提供了广受各大科研院所和高校好评的01HDDM(实验型立式砂磨机)和1S(干湿两用立式搅拌磨)等设备,物理学院就有2台01HDDM做着不同方向的研究。

 

随着节目的播出和传阅,更多的高校、科研人员和企业希望了解更多关于材料、行业和设备等相关信息,为满足广大客户需求,近日青岛联瑞精密机械有限公司(UPQ)市场部联合技术部一同前往青岛大学物理学院跟踪采访了张教授,以下为主要关心的几个问题的提问和回答摘要:

 

 

问题01

 

 

透明陶瓷的发展历程及其应用?

 

 

张教授:光通讯概念很宽泛,人和人之间的交流都是依靠信息的传输。现在手机的信息传输依托于一个很庞大的光通讯网络。目前信息传输主流仍是光纤通讯,而十几二十年前还是电缆。

为何使用光纤呢?第一是因为光从物理角度来说是传输速度最快的。第二是因为光纤带宽高,同样一根光纤它所能传输的信息量要比电缆多几百万倍甚至上亿倍。光纤有速度快、容量大、损耗低的优点。所以光通讯是目前最主要的通讯方式,它的发展速度已经超越了电的发展速度,光通讯的摩尔定律比集成电路的还要短,几个月就要翻一倍,国家正在考虑建设全光网络。

电光材料也就是透明陶瓷,上世纪八九十年代开始应用在光学仪器中,由美国宾州州立大学率先制备出来。国内当时受限于制备技术水平、工艺和仪器设备,大部分的陶瓷是不透明的,而宾州州立大学做成的半成品性能还不错,当时已能做到透明。随着技术水平的进步和仪器设备的升级,从2009年开始到现在已有十几年,现在我们也可以做出来。

透明陶瓷不仅在光通讯领域有所应用,还在高性能的电光调节器、熵共振、量子光学器件提供关键材料。还有医学领域,像医院的超声成像、B超的探头核心材料都是透明陶瓷。陶瓷的压电性能,包括超声声呐、水下换能等,做成透明之后又有了电光性能,既有压电性能又有光学性能,它就有了复合效应,也就有了更广阔的市场。

 

 

问题02

 

 

透明陶瓷在材料制备过程中需要注意什么?

 

 

张教授:透明陶瓷首先从结构上来说,它是由粉压制在一起高温烧制出来的,每一个粉都是一个颗粒,每两个颗粒放在一起都有一个界面,叫做晶体晶界。如果是均一的物体光通过时不会受影响,而光通过好多个界面,界面对光就会有散射。陶瓷烧制有1%的气孔,陶瓷都不会透明,透明陶瓷需要将气孔降到千分之一甚至万分之一,控制气孔就是难点之一。

第二是不能有杂质,原材料要纯,制备过程不能引入杂质。不同组份两种物象混在一起就会有一个像界面,又会对光有散射。材料是单折射还是双折射的晶体,双折射晶体光通过后会分成两股,透过率就会很低。还有晶粒的大小也会产生影响。所以透明陶瓷的影响因素特别的多,就特别依赖制备技术和制备设备。因为整个过程有十几道工艺,一旦出现问题就很容易出现不透明的情况。

在原材料方面,高纯度的原材料成本高,99.9%和99.99%纯度的原料价格差很多。在制备环境方面,因为是开放性环境,空气中的灰尘落入不可避免,在球磨的过程中磨球碎屑脱落也不可避免,这就需要进行工艺的改进。另一个问题是如果做好了,后期要产业化的时候,从实验室小批量生产到中批量再到大批量,工艺的移植又不一样了。实验室是小批量的,但是工厂是流水线式的,要求这边进料那边出料,怎么样能保证产出是一样的,需要重新去尝试,都需要去探索。

 

 

问题03

 

立式搅拌磨在制备透明陶瓷过程中的应用?

 

 

张教授:陶瓷材料制备一般三大步,第一步做粉:氧化镁、氧化铅、氧化钛等原料,用立式搅拌磨球磨混匀,在此过程中将它打碎,再进行高温烧制得到需要的物象。第二步压片:用压片机压成小片。第三步烧结:烧结工艺十分讲究,烧结之后需要进行切割、测性能、做机验等。

粉体制备常规工艺试过化学法,如固相反应、水热反应等,化学法的优点是粉体比较细,但粉体容易团聚,产量也是一个问题。实验室采用传统球磨方式,球磨又分行星球磨和立式搅拌球磨立式搅拌球磨优点是能量输入高、速度快、出料粒径小等。节省了实验周期,行星球磨一般需要一天,而立式搅拌球磨只需要一个小时,且转速高,粉体粒径即可达到要求,缩短整个周期,均匀性亦有保证。

虽然陶瓷最后是烧结出来的,但是第一步做不好,后面都做不好。在这三大步里,每一个步骤都包含十几个细节,每一个细节都会影响陶瓷是否透明。因此需要从粉体制备开始一直跟踪,从形貌、粒度、分布等方面严格要求。粉体需要一个适合的粒径范围,太大和太小都不好。一般做粉体的公司都会对粉体的形貌进行控制,球磨容易将粉体形貌打坏。我们粉体制备使用的是美国Union Process品牌立式搅拌磨,2013年使用的第一台,8年了效果还是非常的好,设备稳定,重复性和可靠性比较高,我们一直在用。

 

 

问题04

 

 

干法工艺制备透明陶瓷的难点与机会?

 

 

张教授:干法制备过程中会有粉尘的溢出,而陶瓷材料中有铅的成分,吸入之后对人体是有害的,所以并没有进行干法工艺探索。

如果干法可行将解决我们很大一部分问题。目前湿法研磨后我们需要进行冲洗球料分离,然后进行烘干,但是烘干过程有个问题,由于原料密度不同,在沉降过程中沉降的速度有快有慢,沉降之后原料又不均匀,如果干法能够成功。我们的工艺能更简化。美国UnionProcess立式搅拌磨可以干湿两用,之后我们可以共同研究开发不同粉体制备的干法工艺,目前国内干法工艺还有很大进步空间。

以上是关于透明陶瓷材料、行业和设备以及工艺探讨的主要几个问题和回答摘要,在交流的整个过程中,深刻体会到张教授潜心研究的那份执着与热爱,每每谈到材料基础研究时,是能看到眼里发的光,正是这从内心发出的光,照亮新材料发展前进的道路,美国UnionProcess青岛工厂——青岛联瑞精密机械有限公司邀请青岛、山东乃至全国各地的材料专家莅临指导,共同探索。

 

 

 
相关设备拓展
01-HDDM系列
 
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一、主要特点:

 

1、可选用0.03mm到2mm的磨介

 

2、DELTA研磨盘,纳米级研磨

 

3、转速从1000转-4200转/分钟

 

4、研磨缸可方便更换

 

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二、研磨缸选择:

 

氧化锆、不锈钢,特氟龙涂层不锈钢,聚氨酯,氧化铝等。

 

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三、研磨盘选择:

 

氧化锆、硬质合金、硬质不锈钢、聚氨酯。

 

 

 

相关设备拓展
1-S系列
 
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一、主要特点:

 

1、批量物料无需预混,可提供干法湿法

 

2、等比例放大到生产型设备

 

3、转速100~500RPM,可无级变速

 

4、搅拌轴高度可以调整,适用于3-10mm不同大小磨介

 

5、带有冷却水夹套

 

6、研磨缸可倾斜90°,便于磨介的取出和清洗

 

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二、1-S系列实验室用研磨机(1-S,1-SC,1-SD型)

 

1-S系列批量式实验室用研磨机是一种立式的,可靠的实验室用机型,可适用于所有的实验室研磨和分散的需要,不论是湿法还是干法,也适用于小批量的生产或是试验性工厂。

 

1-S型:对于特殊的应用具有两种特殊的构造。

 

1-SC型:适用于碳化钨的研磨,使用碳化钨磨介和用碳化钨做套筒的搅拌臂。

 

1-SD型:适用于干法研磨,带有一个计量阀或球阀,不锈钢缸盖具有浮动刷封,可控制灰尘的污染,对于连续式操作,搅拌轴使用搅动盘。

 




美国UP青岛工厂—青岛联瑞精密机械有限公司

立式搅拌磨发明人

专业设计、研发、生产"卧式砂磨机&立式搅拌磨"
76年超细研磨、分散、混料和自动化产线的设备经验
官网:https://www.unionprocess.com.cn
地址:青岛市市北区会昌路11号
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