Phần lớn những người làm nghiên cứu và phát triển vật liệu gốm sứ đều từng gặp những tình huống tương tự. Trong phòng thí nghiệm, một lô bột zirconia (ZrO₂) vừa được chuẩn bị xong và đang sẵn sàng để tiến hành phân tích sàng theo kích thước hạt. Kích thước hạt theo lý thuyết khoảng 8 μm, nhưng kết quả sàng lại có phần bất thường: tỷ lệ hạt trên 20 μm chiếm hơn mười phần trăm. Khi kiểm tra lại bằng một máy sàng khác, kết quả lại chỉ còn vài phần trăm.
Cùng một lô bột nhưng dữ liệu lại không khớp. Phản ứng đầu tiên của nhiều kỹ sư thường là: liệu bột có bị kết tụ không? Nhưng sau khi kiểm tra kỹ hơn, đôi khi mới phát hiện vấn đề không nằm ở bản thân vật liệu mà nằm ở phương pháp sàng.
Đối với bột gốm cấp micron như zirconia, nếu vẫn sử dụng máy sàng rung truyền thống, quá trình sàng rất dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như kết tụ và tắc lưới. Vì vậy, nhiều phòng thí nghiệm vật liệu sau đó đã chuyển sang một loại thiết bị khác — máy sàng khí áp suất âm.
Dưới đây, dựa trên logic phân tích mà các kỹ sư thường sử dụng, hãy cùng trao đổi về ứng dụng thực tế của thiết bị này trong việc sàng bột zirconia.
I. Máy sàng khí áp suất âm thực chất là thiết bị gì?
Nói một cách đơn giản, máy sàng khí áp suất âm là thiết bị sử dụng luồng khí để hoàn thành việc sàng bột. Phương thức hoạt động của nó hoàn toàn khác với máy sàng rung truyền thống.
Sàng truyền thống dựa vào:
rung cơ học → bột nhảy lên → đi qua lỗ lưới
Trong khi nguyên lý của máy sàng khí là:
luồng khí phân tán bột → áp suất âm hút bột mịn → phân cấp qua lưới sàng
Khi thiết bị hoạt động, phía dưới lưới sàng hình thành một áp suất âm ổn định, đầu phun khí liên tục thổi lên bề mặt lưới. Dưới tác động của luồng khí, bột được phân tán, các hạt mịn sẽ được luồng khí áp suất âm đưa qua lưới, còn các hạt lớn hơn sẽ ở lại trên bề mặt lưới.
Nhiều kỹ sư khi lần đầu nhìn thấy thiết bị hoạt động đều nói một câu: “Thiết bị này trông không giống đang sàng bột, mà giống như đang phân cấp bằng khí.” Chính phương thức này đã giúp việc sàng bột cấp micron trở nên ổn định hơn.
II. Vì sao bột zirconia phù hợp hơn với máy sàng khí?
Khó khăn trong việc sàng bột zirconia chủ yếu đến từ ba khía cạnh.
Bột mịn, dễ hình thành kết tụ
Nhiều loại bột zirconia cấp gốm có dải kích thước hạt từ 0.5 μm–10 μm. Loại bột ở cấp độ này rất dễ hình thành vón cục, hạt giả và hiện tượng kích thước hạt bị “phóng đại” trên máy sàng rung.
Trong phòng thí nghiệm thường xuất hiện tình huống, bột có kích thước thực tế 8 μm nhưng kết quả sàng lại giống như hạt 15 μm. Nguyên nhân thường không phải do hạt lớn hơn, mà là do các khối kết tụ chưa được phá tán.
Khi hoạt động, đầu phun khí của máy sàng sẽ liên tục tạo ra luồng khí để phân tán bột. Thông thường áp suất khoảng 3000 Pa là đủ để phá tán bột mịn.
Lưới số mesh cao dễ bị tắc
Việc sàng bột zirconia thường sử dụng:
lưới 1000 mesh (khoảng 13 μm)
lưới 1250 mesh (khoảng 10 μm)
Trên máy sàng rung truyền thống, loại lưới này rất dễ bị tắc giữa chừng trong quá trình sàng. Bột càng mịn thì hiện tượng tắc lỗ càng rõ rệt.
Khi hoạt động, luồng khí sẽ liên tục quét qua bề mặt lưới, tạo ra tác dụng làm sạch nhất định đối với các lỗ lưới. Nếu kết hợp với lưới phủ kim cương, vấn đề tắc lưới sẽ giảm đi rõ rệt. Nhiều phòng thí nghiệm khi sử dụng lần đầu đều nhận thấy lưới có thể duy trì trạng thái khá sạch.
Dữ liệu thí nghiệm cần tính lặp lại
Trong nghiên cứu và phát triển vật liệu gốm, thường xuyên cần tiến hành thử nghiệm phân bố kích thước hạt, so sánh lô vật liệu và xác minh phân cấp bột.
Nếu kết quả sàng thay đổi lớn mỗi lần, dữ liệu thí nghiệm sẽ rất khó dùng làm cơ sở tham khảo.
Ưu điểm của máy sàng khí là các thông số sàng cơ bản đều có thể được kiểm soát ổn định, chẳng hạn như: giá trị áp suất âm, tốc độ đầu phun và thời gian sàng. Cùng một bộ thông số có thể được sử dụng lặp đi lặp lại, từ đó nâng cao tính lặp lại của kết quả thí nghiệm.
III. Những ai cần thiết bị này nhất?
Máy sàng khí áp suất âm chủ yếu là thiết bị phòng thí nghiệm, người dùng phổ biến gồm ba nhóm.
Kỹ sư nghiên cứu và phát triển vật liệu
Ví dụ như nghiên cứu vật liệu gốm liên quan đến bột zirconia, bột alumina và bột silicon nitride. Những vật liệu này thường có kích thước hạt mịn và yêu cầu độ chính xác sàng cao.
Phòng thí nghiệm kiểm tra bột
Nhiều phòng thí nghiệm nội bộ doanh nghiệp cần thực hiện sàng kích thước hạt và kiểm soát chất lượng. Lượng mẫu thường không lớn nhưng yêu cầu độ ổn định dữ liệu rất cao.
Trường đại học và viện nghiên cứu
Các khoa vật liệu và viện nghiên cứu bột cũng thường xuyên sử dụng máy sàng khí để phân tích kích thước hạt và xác minh dữ liệu thí nghiệm.
IV. Khi nào cần cân nhắc sử dụng máy sàng khí?
Trong thực tế phòng thí nghiệm, nếu xuất hiện các tình huống sau thì thường sẽ cân nhắc sử dụng máy sàng khí.
Thứ nhất: kích thước hạt dưới 20 μm, ví dụ như bột zirconia và bột gốm nano, máy sàng rung khó cho kết quả ổn định.
Thứ hai: số mesh vượt quá 1000, lưới mesh cao rất dễ bị tắc trên máy sàng rung.
Thứ ba: lượng mẫu nhỏ, nhiều phòng thí nghiệm mỗi lần chỉ sàng 50 g–100 g, phù hợp hơn với thiết bị phòng thí nghiệm.
Thứ tư: dữ liệu thí nghiệm cần ổn định, máy sàng khí thường chỉ mất vài phút để hoàn thành một lần sàng và có độ lặp lại tốt.
V. Thiết bị này thường được sử dụng trong những ngành nào?
Mặc dù nhiều người tiếp xúc với máy sàng khí trong ngành gốm sứ, nhưng thực tế phạm vi ứng dụng của nó khá rộng. Các ngành phổ biến bao gồm:
gốm tiên tiến: bột zirconia, bột alumina, bột silicon nitride
vật liệu điện tử: bột gốm MLCC, bột cho hồ điện tử
vật liệu năng lượng mới: bột graphite, bột silicon, vật liệu ternary
hóa chất tinh vi: bột màu, bột sơn phủ
Những ngành này có một đặc điểm chung là bột rất mịn và dễ kết tụ.
VI. Phòng thí nghiệm nên chọn máy sàng khí phù hợp như thế nào?
Từ góc độ kỹ sư, thường sẽ chú ý đến một số yếu tố then chốt.
Kích thước lưới sàng
Phổ biến nhất trong phòng thí nghiệm là lưới tiêu chuẩn 200 mm, phù hợp với hầu hết các thử nghiệm sàng bột.
Phạm vi kích thước hạt
Thông thường máy sàng khí có thể hỗ trợ 5 μm – 4000 μm, nhưng khoảng được sử dụng nhiều nhất thường là 10 μm – 200 μm.
Chất liệu lưới
Đối với việc sàng mesh cao, thường khuyến nghị sử dụng lưới kim cương. Loại lưới này có lớp phủ chống mài mòn, ít bị tắc và có tuổi thọ dài hơn.
Có cần siêu âm hay không
Nếu kích thước hạt ≤10 μm, nhiều kỹ sư sẽ khuyến nghị trang bị mô-đun siêu âm, có thể tiếp tục giảm hiện tượng kết tụ.
VII. Phân tích các vấn đề thường gặp khi sàng zirconia
Câu hỏi 1: Làm thế nào để sàng bột zirconia ở cấp độ micron?
Đối với bột zirconia 10 μm trở xuống, nên ưu tiên sử dụng máy sàng khí áp suất âm. Thông qua phân tán bằng khí + hút áp suất âm, có thể giảm ảnh hưởng của kết tụ, nâng cao độ chính xác sàng và độ ổn định dữ liệu.
Câu hỏi 2: Vì sao kích thước hạt của bột zirconia sau khi sàng lại lớn hơn?
Nguyên nhân chính không phải do hạt lớn lên mà là do khối kết tụ chưa được phá tán. Đặc biệt khi sử dụng máy sàng rung, các hạt kết tụ sẽ bị thống kê là “hạt lớn”, dẫn đến sai lệch kết quả thường trong khoảng 5%–15%.
Câu hỏi 3: Sàng bột zirconia có cần siêu âm không?
Nếu kích thước hạt dưới 10 μm, nên trang bị siêu âm. Điều này có thể giảm hiệu quả hiện tượng kết tụ của bột, nâng cao tỷ lệ lọt sàng và tính nhất quán dữ liệu.
Câu hỏi 4: Làm thế nào để xác định có cần máy sàng khí áp suất âm hay không?
Nếu xuất hiện các tình huống sau thì về cơ bản có thể cân nhắc:
kích thước hạt dưới 20 μm, dữ liệu không ổn định khi dùng máy sàng rung, lưới mesh cao dễ tắc, lượng mẫu thí nghiệm nhỏ (<100 g)
Sau khi làm việc lâu với việc sàng bột, sẽ nhận ra một quy luật: bột càng mịn thì phương pháp sàng càng quan trọng.
Đối với bột gốm như zirconia ở cấp 10 μm, nhiều vấn đề thực tế không nằm ở bản thân vật liệu mà xuất phát từ kết tụ, tắc lưới và dữ liệu không ổn định trong quá trình sàng.
Vai trò cốt lõi của máy sàng khí áp suất âm thực chất chỉ có ba điểm: phân tán bột, ổn định quá trình sàng và nâng cao tính lặp lại của dữ liệu thí nghiệm. Vì vậy, nhiều phòng thí nghiệm vật liệu sau khi sử dụng đều có đánh giá khá thống nhất rằng, nó có thể không phải là thiết bị sàng nhanh nhất, nhưng thường là một trong những thiết bị có dữ liệu ổn định nhất.
Nếu phòng thí nghiệm của bạn hiện đang thực hiện sàng bột zirconia, bột gốm siêu mịn hoặc bột cấp 10 micron, bạn cũng có thể mang mẫu đến thử nghiệm thực tế để xem hiệu quả sàng có phù hợp với vật liệu của mình hay không. Hoan nghênh gọi số 15601937055 để đặt lịch thử mẫu miễn phí.
English
中文
Español
ภาษาไทย
Pусский
Bahasa Indonesia
Tiếng Việt