Как производится светящийся порошок?

Многие завораживают светящимися свойствами светящегося в темноте порошка, но мало кто понимает процесс его производства. Здесь мы развенчаем мифы о его производстве и подробно рассмотрим, как он «создаётся» шаг за шагом.

Историческая эволюция: три поколения светящегося в темноте порошка

Механизм свечения светящегося в темноте порошка претерпел ряд усовершенствований, превратившись из опасных радиоактивных материалов в современные безопасные и экологичные продукты. Каждая итерация знаменует собой значительный шаг вперёд в технологии.

  • Светящийся в темноте порошок первого поколения

Светящийся в темноте порошок первого поколения на самом деле не был порошком; это был, прежде всего, природный минерал. Его люминесцентные свойства были обусловлены наличием радия, который чрезвычайно радиоактивен и представляет серьёзную опасность для здоровья. Поэтому этот тип светящегося в темноте материала не был коммерчески выгоден.

  • Светящийся в темноте порошок второго поколения

Светящийся в темноте порошок второго поколения использует сульфид цинка в качестве сырья и активаторы, такие как медь и кобальт, для генерации света. Все эти элементы нерадиоактивны. Это значительный шаг вперед в обеспечении безопасности. Однако светящиеся в темноте порошки на основе сульфида цинка содержат серу. Выбросы, образующиеся в процессе его производства, загрязняют окружающую среду, приводя к кислотным дождям и кислой воде, что, в свою очередь, ускоряет коррозию зданий, повреждает структуру почвы и так далее. Кроме того, этот вид светящегося в темноте порошка химически нестабилен, подвержен воздействию влаги и старению, а также имеет плохую атмосферостойкость, что ограничивает его применение. Короткая продолжительность свечения (<30 минут) также не может удовлетворить растущий рыночный спрос на длительное свечение.

  • Светящиеся в темноте порошки третьего поколения

Подавляющее большинство продуктов на современном рынке относятся к третьему поколению, состоящему в основном из алюмината стронция, обычно активированного редкоземельными элементами диспрозием (Dy³⁺) и европием (Eu²⁺). Это считается крупным прорывом в разработке светящихся в темноте порошков.

Весь процесс производства исключает загрязнение окружающей среды, а сам продукт нетоксичен, не выделяет ионов радиации, безопасен и экологичен. Более того, при достаточном освещении он сохраняет устойчивое свечение в течение 8–12 часов в полной темноте, что соответствует требованиям к длительному свечению, предъявляемым к таким материалам, как аварийные знаки, указатели направления и ландшафтное оформление. Он также обладает чрезвычайно стабильными химическими свойствами, особенно после нанесения водостойкого покрытия, сохраняя свои эксплуатационные характеристики в течение длительного времени (15–20 лет). Он особенно подходит для сред на водной основе (таких как краски и чернила на водной основе). Этот тип люминесцентного порошка в настоящее время широко используется в предупреждающих знаках, игрушках, одежде, предметах домашнего обихода, архитектурном декоре и других областях.

Процесс производства третьего поколения – светящийся порошок алюмината стронция: сырье и редкоземельные активаторы:

Люминесцентный порошок на основе алюмината стронция изготавливается в основном из карбоната стронция и оксида алюминия. Чистота и стабильность размера частиц этих исходных материалов играют важную роль в определении яркости и размера люминесцентного порошка. Высокочистое сырье обеспечивает более совершенную кристаллическую структуру и меньшее количество примесей. Примеси могут снижать эффективность свечения и, в конечном итоге, влиять на яркость и длительность свечения люминесцентного порошка.

Свечение люминесцентного порошка алюмината стронция достигается в первую очередь за счет включения редкоземельные элементы, в частности, диспрозий (Dy³⁺) и европий (Eu²⁺) в качестве активаторов. Точное соотношение этих элементов является одной из основных технологий производства светящегося в темноте порошка. Эти соотношения напрямую влияют на такие характеристики порошка, как яркость, длительность послесвечения и цвет, и т. д. Различные производители корректируют составы в соответствии с собственными технологиями.

Процесс производства:

Процесс производства светящегося в темноте порошка — это сложный процесс, требующий строгого контроля на каждом этапе для обеспечения высокой яркости, стабильности и пригодности конечного продукта к применению. Весь процесс состоит из следующих шести этапов:

Схема технологического процесса производства

1. Смешивание

Смешивание включает в себя соединение базового сырья, включая неорганические соединения, такие как карбонат стронция (SrCO₃) и оксид алюминия (Al₂O₃), с определённым количеством европия (Eu²⁺) и диспрозия (Dy³⁺). ​​​​Это сырье должно быть тщательно высушено, взвешено и смешано для обеспечения точных пропорций. Даже незначительные отклонения могут привести к изменениям яркости, длительности послесвечения или цвета. В процессе смешивания обычно используется высокоскоростное смесительное оборудование для обеспечения равномерного смешивания сырья. Таким образом, этот этап напрямую определяет основные характеристики порошка.

2. Отопление

Затем смешанное сырье нагревают в высокотемпературной закрытой печи. После восстановительного обжига (обычно при температуре до 1450 °C) происходит сложная химическая реакция между различными видами сырья, в результате которой образуется новое вещество — алюминат стронция (SrAl₂O₄). Его физическая форма также преобразуется из порошка в крупные комки, что является ключом к свойствам люминесцентного порошка. Для обжига обычно используют туннельные, роликовые печи или высокотемпературные электрические печи. Восстановительный обжиг необходимо проводить при точном соблюдении температурной кривой, чтобы избежать таких проблем, как неравномерность кристаллов, изменение цвета и затухание люминесценции.

3. Дробление и измельчение

Куски прокаленного алюмината стронция требуют физического измельчения. Сначала их измельчают в дробилке до частиц среднего размера, которые затем измельчают в шаровой мельнице. В шаровой мельнице износостойкие шары из оксида циркония или оксида алюминия вращаются с высокой скоростью, многократно ударяя и измельчая частицы, постепенно превращая их в относительно однородный мелкий порошок. Важен контроль времени и скорости измельчения. Переизмельчение может повредить кристаллическую структуру и снизить яркость люминесценции, а недостаточное измельчение может привести к образованию крупных частиц.

4. Просеивание

Измельченный порошок необходимо просеять с помощью просеивающего оборудования.

Обычные светящиеся порошки разделяются с помощью прецизионных сит, что позволяет получать продукты размером от десятков до сотен микрон, пригодные для применения в покрытиях, пластике, чернилах, силиконах, стеклах, керамике и т. д. Однако для ультратонкие светящиеся порошки (2-15 мкм)Традиционные методы просеивания неэффективны. Эти продукты часто требуют классификация воздушного потока, центробежное разделение, или мокрое разделение Для получения более мелких и однородных частиц, отвечающих требованиям ультратонких покрытий или ультратонких продуктов, требующих исключительно высокой тонкости. Каждый производитель использует различные технологии разделения в зависимости от условий производства и характеристик продукта.

5. Тестирование

Тестирование светящегося порошка особенно важно, поскольку у клиентов часто нет возможности профессионального тестирования, и они больше полагаются на визуальный осмотр для определения люминесцентного эффекта продукта. Поэтому обеспечение стабильности светящегося порошка посредством научных и стандартизированных испытаний является ключевой задачей для поставщиков светящегося порошка.

Основные пункты испытаний светящегося в темноте порошка включают в себя два аспекта: размер частиц и диапазон их распределения, а также яркость и длительность послесвеченияЭти два фактора в корне определяют эффективность светящегося в темноте порошка — от производства до конечного использования.

Тестирование светящегося в темноте порошка существенно отличается от тестирования обычных продуктов. Это связано с тем, что на результаты тестирования существенно влияют такие факторы, как: точность испытательного оборудования, стандарты испытаний, условия окружающей среды и строгость контроля процесса.

  • Влияние испытательного оборудования:

(1) Размер и распределение частиц: обычно используемое испытательное оборудование включает электронные микроскопы и лазерные анализаторы размера частиц. Размер частиц напрямую влияет на стабильность и эффективность производственного процесса, а распределение размеров частиц определяет пригодность светящегося в темноте порошка для конкретных применений, например, для нанесения ультратонких покрытий. Высокоточное оборудование позволяет улавливать частицы с большей точностью, точнее отражая фактический размер частиц светящегося в темноте порошка.

(2) Яркость и время послесвечения: обычно оцениваются с помощью люксметра или яркомера. Высокоточное контрольно-измерительное оборудование имеет меньшую погрешность и большую стабильность при повторных испытаниях.

  • Влияние стандартов тестирования:

Возьмём в пример зарядный индикатор. Различные типы зарядных индикаторов, яркость и время экспозиции могут привести к значительным колебаниям данных яркости. В люминесцентной промышленности наиболее распространённым стандартом является Европейский DIN 67510 (с указанием источника света D65, освещённости 1000 люкс и времени экспозиции 5 минут). Однако некоторые поставщики используют другие условия испытаний. Поэтому при обращении к данным и их сравнении важно сначала уточнить используемые стандарты, чтобы избежать ошибочных суждений из-за несоответствий в стандартах.

  • Влияние среды тестирования:

Среда тестирования светящегося порошка в первую очередь включает: яркость, температура и влажность окружающей среды.

Яркость послесвечения необходимо проверять в полностью тёмной комнате. Наличие рассеянного света или фонового освещения может привести к увеличению яркости. Температура и влажность окружающей среды также могут влиять на поглощение и излучение света люминофором, что приводит к отклонениям в результатах.

  • Влияние контроля процесса тестирования:

Строгий контроль процесса позволяет минимизировать вмешательство человека. Он включает в себя несколько этапов, таких как подготовка образца (толщина, дозировка, равномерность покрытия), расстояние и время экспозиции источника возбуждающего света, калибровка прибора и рабочие процедуры. Даже малейшее отклонение может привести к значительным отклонениям данных из-за чрезмерного или недостаточного поглощения света в исследуемом образце. Поэтому использование автоматизированного испытательного оборудования, разработка строгих стандартизированных рабочих процедур и тщательное обучение операторов имеют решающее значение для обеспечения научных и сопоставимых результатов испытаний.

6. Упаковка и хранение

Наконец, сертифицированная продукция, прошедшая все испытания, упаковывается в соответствии со спецификациями заказчика для удобства транспортировки и распространения.

Клиенты часто задаются вопросом: чем именно отличается продукция разных поставщиков? Мы рекомендуем проверять это с помощью образцов. Дело в том, что производители значительно различаются по всем параметрам, таким как рецептура, технология производства, производственное оборудование, контроль испытаний и даже квалификация технических специалистов. Все эти различия на всех этапах производства в конечном итоге приводят к разным характеристикам готовой продукции. Поэтому проверка с помощью образцов — лучший способ убедиться в соответствии продукта конкретным требованиям.