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新聞資訊

美國Union Process立式攪拌磨助力透明電光陶瓷光通訊行業(yè)——國內(nèi)主流媒體報道跟蹤采訪

時間:2021-06-26  作者:砂磨機生產(chǎn)廠家:美國UP青島工廠  點擊:22405次

“日常的生活里我們已經(jīng)離不開網(wǎng)絡,都是通過光通訊來實現(xiàn)。作為光通訊里最主要的方式,電光陶瓷在各方面優(yōu)勢都是非常明顯的……” 這是2021年4月24日晚青島QTV-2《生活在線》節(jié)目“心青年”篇的開場白。

 

青島大學物理學院張教授十幾年來,在制備的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)基透明電光陶瓷和壓電陶瓷的各項性能達到國內(nèi)領先、國際先進水平,基于自主制備的PMN-PT透明電光陶瓷開發(fā)出原型電光器件、實現(xiàn)了自由空間光通信,被青島電視臺及網(wǎng)絡媒體爭相報道。

 

同時,主持國家自然科學基金、教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目、山東省自然科學基金,山東省教育廳科技發(fā)展項目,山東省研究生教育質(zhì)量提升計劃項目、青島市科技局項目共8項。

正如視頻報道中,張教授主要研究從透明電光陶瓷原材料粉體制備、成型、燒結到性能測試、微結構研究和應用效果演示等,即為光通訊領域核心器件的關鍵材料。青島大學地處美國Union Process青島工廠大本營,早在十幾年前建廠初期就已經(jīng)開始了密切聯(lián)系與合作,為其提供了廣受各大科研院所和高校好評的01HDDM(實驗型立式砂磨機)和1S(干濕兩用立式攪拌磨)等設備,物理學院就有2臺01HDDM做著不同方向的研究。

 

隨著節(jié)目的播出和傳閱,更多的高校、科研人員和企業(yè)希望了解更多關于材料、行業(yè)和設備等相關信息,為滿足廣大客戶需求,近日青島聯(lián)瑞精密機械有限公司(UPQ)市場部聯(lián)合技術部一同前往青島大學物理學院跟蹤采訪了張教授,以下為主要關心的幾個問題的提問和回答摘要:

 

 

問題01

 

 

透明陶瓷的發(fā)展歷程及其應用?

 

 

張教授:光通訊概念很寬泛,人和人之間的交流都是依靠信息的傳輸?,F(xiàn)在手機的信息傳輸依托于一個很龐大的光通訊網(wǎng)絡。目前信息傳輸主流仍是光纖通訊,而十幾二十年前還是電纜。

為何使用光纖呢?第一是因為光從物理角度來說是傳輸速度最快的。第二是因為光纖帶寬高,同樣一根光纖它所能傳輸?shù)男畔⒘恳入娎|多幾百萬倍甚至上億倍。光纖有速度快、容量大、損耗低的優(yōu)點。所以光通訊是目前最主要的通訊方式,它的發(fā)展速度已經(jīng)超越了電的發(fā)展速度,光通訊的摩爾定律比集成電路的還要短,幾個月就要翻一倍,國家正在考慮建設全光網(wǎng)絡。

電光材料也就是透明陶瓷,上世紀八九十年代開始應用在光學儀器中,由美國賓州州立大學率先制備出來。國內(nèi)當時受限于制備技術水平、工藝和儀器設備,大部分的陶瓷是不透明的,而賓州州立大學做成的半成品性能還不錯,當時已能做到透明。隨著技術水平的進步和儀器設備的升級,從2009年開始到現(xiàn)在已有十幾年,現(xiàn)在我們也可以做出來。

透明陶瓷不僅在光通訊領域有所應用,還在高性能的電光調(diào)節(jié)器、熵共振、量子光學器件提供關鍵材料。還有醫(yī)學領域,像醫(yī)院的超聲成像、B超的探頭核心材料都是透明陶瓷。陶瓷的壓電性能,包括超聲聲吶、水下?lián)Q能等,做成透明之后又有了電光性能,既有壓電性能又有光學性能,它就有了復合效應,也就有了更廣闊的市場。

 

 

問題02

 

 

透明陶瓷在材料制備過程中需要注意什么?

 

 

張教授:透明陶瓷首先從結構上來說,它是由粉壓制在一起高溫燒制出來的,每一個粉都是一個顆粒,每兩個顆粒放在一起都有一個界面,叫做晶體晶界。如果是均一的物體光通過時不會受影響,而光通過好多個界面,界面對光就會有散射。陶瓷燒制有1%的氣孔,陶瓷都不會透明,透明陶瓷需要將氣孔降到千分之一甚至萬分之一,控制氣孔就是難點之一。

第二是不能有雜質(zhì),原材料要純,制備過程不能引入雜質(zhì)。不同組份兩種物象混在一起就會有一個像界面,又會對光有散射。材料是單折射還是雙折射的晶體,雙折射晶體光通過后會分成兩股,透過率就會很低。還有晶粒的大小也會產(chǎn)生影響。所以透明陶瓷的影響因素特別的多,就特別依賴制備技術和制備設備。因為整個過程有十幾道工藝,一旦出現(xiàn)問題就很容易出現(xiàn)不透明的情況。

在原材料方面,高純度的原材料成本高,99.9%和99.99%純度的原料價格差很多。在制備環(huán)境方面,因為是開放性環(huán)境,空氣中的灰塵落入不可避免,在球磨的過程中磨球碎屑脫落也不可避免,這就需要進行工藝的改進。另一個問題是如果做好了,后期要產(chǎn)業(yè)化的時候,從實驗室小批量生產(chǎn)到中批量再到大批量,工藝的移植又不一樣了。實驗室是小批量的,但是工廠是流水線式的,要求這邊進料那邊出料,怎么樣能保證產(chǎn)出是一樣的,需要重新去嘗試,都需要去探索。

 

 

問題03

 

立式攪拌磨在制備透明陶瓷過程中的應用?

 

 

張教授:陶瓷材料制備一般三大步,第一步做粉:氧化鎂、氧化鉛、氧化鈦等原料,用立式攪拌磨球磨混勻,在此過程中將它打碎,再進行高溫燒制得到需要的物象。第二步壓片:用壓片機壓成小片。第三步燒結:燒結工藝十分講究,燒結之后需要進行切割、測性能、做機驗等。

粉體制備常規(guī)工藝試過化學法,如固相反應、水熱反應等,化學法的優(yōu)點是粉體比較細,但粉體容易團聚,產(chǎn)量也是一個問題。實驗室采用傳統(tǒng)球磨方式,球磨又分行星球磨和立式攪拌球磨立式攪拌球磨優(yōu)點是能量輸入高、速度快、出料粒徑小等。節(jié)省了實驗周期,行星球磨一般需要一天,而立式攪拌球磨只需要一個小時,且轉(zhuǎn)速高,粉體粒徑即可達到要求,縮短整個周期,均勻性亦有保證。

雖然陶瓷最后是燒結出來的,但是第一步做不好,后面都做不好。在這三大步里,每一個步驟都包含十幾個細節(jié),每一個細節(jié)都會影響陶瓷是否透明。因此需要從粉體制備開始一直跟蹤,從形貌、粒度、分布等方面嚴格要求。粉體需要一個適合的粒徑范圍,太大和太小都不好。一般做粉體的公司都會對粉體的形貌進行控制,球磨容易將粉體形貌打壞。我們粉體制備使用的是美國Union Process品牌立式攪拌磨,2013年使用的第一臺,8年了效果還是非常的好,設備穩(wěn)定,重復性和可靠性比較高,我們一直在用。

 

 

問題04

 

 

干法工藝制備透明陶瓷的難點與機會?

 

 

張教授:干法制備過程中會有粉塵的溢出,而陶瓷材料中有鉛的成分,吸入之后對人體是有害的,所以并沒有進行干法工藝探索。

如果干法可行將解決我們很大一部分問題。目前濕法研磨后我們需要進行沖洗球料分離,然后進行烘干,但是烘干過程有個問題,由于原料密度不同,在沉降過程中沉降的速度有快有慢,沉降之后原料又不均勻,如果干法能夠成功。我們的工藝能更簡化。美國UnionProcess立式攪拌磨可以干濕兩用,之后我們可以共同研究開發(fā)不同粉體制備的干法工藝,目前國內(nèi)干法工藝還有很大進步空間。

以上是關于透明陶瓷材料、行業(yè)和設備以及工藝探討的主要幾個問題和回答摘要,在交流的整個過程中,深刻體會到張教授潛心研究的那份執(zhí)著與熱愛,每每談到材料基礎研究時,是能看到眼里發(fā)的光,正是這從內(nèi)心發(fā)出的光,照亮新材料發(fā)展前進的道路,美國UnionProcess青島工廠——青島聯(lián)瑞精密機械有限公司邀請青島、山東乃至全國各地的材料專家蒞臨指導,共同探索。

 

 

 
相關設備拓展
01-HDDM系列
 
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一、主要特點:

 

1、可選用0.03mm到2mm的磨介

 

2、DELTA研磨盤,納米級研磨

 

3、轉(zhuǎn)速從1000轉(zhuǎn)-4200轉(zhuǎn)/分鐘

 

4、研磨缸可方便更換

 

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二、研磨缸選擇:

 

氧化鋯、不銹鋼,特氟龍涂層不銹鋼,聚氨酯,氧化鋁等。

 

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三、研磨盤選擇:

 

氧化鋯、硬質(zhì)合金、硬質(zhì)不銹鋼、聚氨酯。

 

 

 

相關設備拓展
1-S系列
 
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一、主要特點:

 

1、批量物料無需預混,可提供干法濕法

 

2、等比例放大到生產(chǎn)型設備

 

3、轉(zhuǎn)速100~500RPM,可無級變速

 

4、攪拌軸高度可以調(diào)整,適用于3-10mm不同大小磨介

 

5、帶有冷卻水夾套

 

6、研磨缸可傾斜90°,便于磨介的取出和清洗

 

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二、1-S系列實驗室用研磨機(1-S,1-SC,1-SD型)

 

1-S系列批量式實驗室用研磨機是一種立式的,可靠的實驗室用機型,可適用于所有的實驗室研磨和分散的需要,不論是濕法還是干法,也適用于小批量的生產(chǎn)或是試驗性工廠。

 

1-S型:對于特殊的應用具有兩種特殊的構造。

 

1-SC型:適用于碳化鎢的研磨,使用碳化鎢磨介和用碳化鎢做套筒的攪拌臂。

 

1-SD型:適用于干法研磨,帶有一個計量閥或球閥,不銹鋼缸蓋具有浮動刷封,可控制灰塵的污染,對于連續(xù)式操作,攪拌軸使用攪動盤。

 




美國UP青島工廠—青島聯(lián)瑞精密機械有限公司

立式攪拌磨發(fā)明人

專業(yè)設計、研發(fā)、生產(chǎn)"臥式砂磨機&立式攪拌磨"
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