超细粉体的制备技术2.1超细粉体制备方法及分类超细粉体制备技术及设备的研究主要从两个方面进行：（1）研究新的机械设备及相关技术；（2）研究通过化学或物理化学相结合的技术来制备超细粉体。采用机械法可以将物料粉碎到到微米、亚微米级，气流粉碎的极限是微米级，湿法研磨的极限可到亚微米级；然而一般情况下很难获得纳米级粉体。按制备方法的性质：物理方法与化学方法。按产品粒径大小：微米粉体制备法、亚微米粉体制备法；纳米粉体制备法。工艺条件控制不同----容易引起混乱。超细粉体的的制备方法很多：）物理法又分为粉碎法和构筑法粉碎法是借用各种外力，如机械力、流能力、化学能、声能、热能等使现有的块状物料粉碎成超细粉体。由大至小（微米级）。构筑法通过物质的物理状态变化来生成粉体。由小至大（纳米级））化学法：包括溶液反应法（沉淀法）、水解法、气相反应法及喷雾法等，其中，溶液反应法（沉淀法）、气相反应法及喷雾法目前在工业上已大规模用来制备微米、亚微米及纳米材料。目前，工业中用得最多的是通过粉碎法，应用最多的粉体是通过粉碎法、化学法产生的微米级和亚微米级粉体，纳米粉体的生产及使用量相对较少。工业上对超细粉体制备方法提出了一系列严格要求，归纳起来有以下几点方法：干式粉碎湿式粉碎气体蒸发法真空沉积法溅射法活化氢熔融金属反应法加热蒸发法混合等离子体法氧化还原法喷雾水解法喷雾焙烧法喷雾干燥法共沉淀法化合物沉淀法冻结干燥法激光合成法火花放电法粉碎法是超细粉体中最常用的方法之一，在金属、非金属、有机、无机、药材、食品、日化、农药、化工、电子、军工、航空及航天等行业广泛应用。常用的：辊压式、辊碾式、高速旋转式、球磨式、介质搅拌式、气流式粉碎机；新近开发的：液流式、射流粉碎机、超低温、超临界、超声粉碎机等。介绍：各种具体粉碎方式及设备的粉碎原理、功能、特性、结构及适应范围。2.2粉碎法制备超细粉体常用方法及设备分类采用机械法制备超细粉体的理论基础是：在给定的应力条件下，研究颗粒的断裂、颗粒的破碎状态、颗粒的碰撞以及新增表面积的特性等问题。颗粒的断裂学是材料科学的一个分支，它研究了材料变形的力学性能、脆性断裂与强度以及材料的热学、光学、电导、介质、压电和磁学等性能。物料的物理机械性质对破碎有直接影响，它对的选择起决定因素。物料的机械性质主要是指物料的机械强度。破碎时遇到的阻力主要是指物料的机械强度所引起的。机械强度大的物料破碎时需要的力也大，反之亦然2.3粉碎法制备超细粉体的理论综述静载下测定的物料强度指标有：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度（强度影响较小），它们常用来表示物料抗破碎的阻力。一般以抗压强度最大，抗剪强度次之，抗弯强度较小，抗拉强度最小。有时用抗压强度极限R（以MPa为单位）的十分之一衡量物料的抗破碎阻力，即。10称为普氏硬度系数。依此可将矿石分为10级，f值的范围0.3—20。应该指出的是：微裂缝理论：脆性断裂的主要理论基础。1920年，Griffith认为材料的理论强度和实际强度之所以有较大的差异主要是由于：实际材料中总是存在许多细小的裂纹和缺限，在外力作用下，这些裂纹和缺限附近产生应力集中现象。当应力达到一定程度时，裂纹开始扩展而导致断裂。对于延性材料，在断裂前要发生塑性形变，由于要消耗大量的能量，Orowan在Griffith的理论基础上，引入延性材料的塑性功来描述延性材料的断裂。10图2-4破碎与磨碎方式抗压强度、抗剪强度、抗弯强度、抗拉强度11、面积学说（）：物料破碎时，外力做的功用于产生新表面积，即破碎的功耗，与新生表面积成正比破碎的体积学说认为；破碎时，外力对物料做的功用于使物料发生变形，变形达到极限时物料即破碎。而物料蓄有的变形能与体积成正比，故认为的功耗与物体的体积变形成正比。在实际的生产中，如何预测最终产品的粒径大小，一直是关心的问题。颗粒的破碎与能耗的三种学说在一定程度上能反映粉碎后的粒径的大小情况：12、裂缝学说榜德认为：破碎物料时，外力所做的功先是使物体变形，当变形超过限度后即生成裂缝，裂缝形成以后，储存在物体内的变形能促使裂缝扩展并生成断面。输入功的有用部分转化为新生表面上的表面能，部分成为热损失。因此，破碎所需的功，应考虑变形能和表面能两项，变形能和体积成正比，表面能与表面积成正比。评述：面积学说只注意了新生表面积所需要能量，而忽视了物料破碎前先出现变形和实际中物料又是非均质的。体积学说只考虑了破碎时的变形能，没有考虑到新生表面积的增加。裂缝学说是介于面积学说与体积学说之间，但没有充足的理论根据。根据试验研究证实：粗碎时新生表面积不多，以体积学说为准确，裂缝学说结果不可靠；（）而细碎时（微米以下），新生表面积增多，表面能是主要的，以面积学说较为准确；（与细碎之间的广泛范围内，裂缝学说又比较适用。13破碎方法常用设备应用领域粒度备注油漆、涂料、油墨、军工以下的产品，很难获得亚微米级产品。棒磨机、雷蒙磨、超级混合磨属于古老设备超细粉碎机（日本）；以下新颖辊碾磨（加拿大）新颖高速旋转撞击式粉碎机销棒粉碎机（针状）化学、药品、材料、矿业、冶金、食品结构简单，占地面积小，操作方便，生产能力大，能耗低，生产成本低，易拆卸保养。摆锤式粉碎机大都采用干式破碎，其粉碎物料粒径可达结构简单、超细程度高，粉碎物料范围广等优点。离心式碰撞粉碎机能耗少、结构简单，价格便宜，用于对化学药品、香料、合成树脂、制造原料、饲料、食品、植物等进行粉碎。轴流粉碎机筛分磨离心分级磨内部无动件球磨法制备普通卧式球磨机是一种可用于超细领域的重要机型振动球磨粉碎时间短，产品粒度细，循环粉碎可达亚微米粒级；粉碎、分散及混合等三个过程可同时进行。离心球磨14搅拌磨直立式搅拌粉碎机卧式搅拌粉碎机卧式搅拌粉碎机的应用范围很广，与直立式搅拌粉碎机一样，广泛应用于化工、材料、涂料、油漆、染料、造纸、轻工等领域。卧式搅拌球磨机气流粉碎法圆盘式气流粉碎机系列循环气流粉靶式气流磨工业应用受到限限制超音速冲击板式气流粉碎机冲击环式气流粉碎机对撞式气流粉碎机流化床对撞式气流粉液流粉碎法对撞式液流粉碎机蒸发冷凝法电阻加热法等离子体、电子束、激光、高频感应等离子体喷雾加热法高频感应加热法电子束加热法激光束加热法15一、辊压粉碎机（一）原理应用行业：油墨工业、涂料工业、油漆工业采用辊压法可使其中的填料粉碎到微米以下。辊压粉碎机工作原理示意图1-固定辊筒；2-固定滚动轴承；3-滚动夹套；4-粉碎前物料；5-移动辊筒；6-止推螺杆（或液压制推系统）；7-机架；8-滚动轴承；9-粉碎后物料。16其特点是：）两辊筒间的平行度很高。部件装配非常精密，两辊筒间的缝隙极小。）主要靠挤压而压碎。同时，两辊转速存在差异，物料受到强烈的摩擦剪切力而被粉碎。可获得小于微米的产品。但很难获得亚微米级产品。 辊筒常用两种：带夹套和不带夹带。带夹套的目的是：可向夹 套内注入冷却水及时冷却辊套表面，防止粉碎过程中由于物料 剧裂摩擦而升温的现象，也可向夹套内通入蒸汽或热水加热辊 面和物料。 17 影响因素主要有： ）辊筒直径（一般为）：直径增大，产品粒度变 细，粉碎比增大；产量增加。原因：受挤压和摩擦剪切力的作用 时间增长； ）被粉碎物料性质的影响。18 图2-6 三辊光面细碎机结构示意图 1-低速辊；2-中速辊；3-高速辊；4-卸料刮刀； 5-产品出料；6-原料出料 19 图2-7 两辊面都为刀刃形的结构示意图 图2-8 一辊为齿面，另一辊为光滑形结构示意图 20 常见的辊碾设备有：雷蒙磨、胶体磨、离心辊式磨、棒磨机、超级混合磨、Szego及新近开发的Micros。 （一）原理 将单根或多根研棒或环等装入磨腔内，借助某种特殊力使 磨腔内的棒或环作旋转运动，棒与棒之间或环与环之间以及它 们与磨腔内壁之间产生的碰撞、挤压、研磨、剪切等作用，使 它们之间的物料被破碎。 21 图2-9 一种典型的辊碾磨结构示意图 （a）辊碾管及辊碾棒居中；（b）辊碾管及辊碾棒处于工作碾压状态。 1-辊碾磨缸体内壁；2-粉碎腔；3-辊碾管；4-旋转轴；5-辊碾棒。 22 超细粉碎机辊碾粉碎设备种类很多，如棒磨机、雷蒙磨、胶体磨及超级 混合磨等大多将粒径为几毫料至几十毫米的大颗粒物料粉碎至 网目）。Micros（日本奈良株式会社）被认为是辊辗磨中较先进的机 Micros粉碎机主要用于湿式粉碎。超细粉碎前，先将物料粉碎到一定的细度（325网目以上），然后将细粉碎与水配制成均匀 浆料，再用砂泵将这些浆料送入研磨钢体内。采用湿法粉碎可使 物料粉碎到2微米以下，甚至0.5微米以下。 日本多采用刚玉、氧化锆或超硬高耐磨合金来制造研磨环和缸体 内衬。 特点：在传统的辊辗磨中，由于管或棒太长，很难使管或棒 的表面之间以及与磨腔内壁之间形成均匀紧密接触进而碾磨物料 。为此，用短环状（短棒状）研磨介质代替长管或长棒。 23 图2-10 Micros超细粉碎机结构原理示意图 （a）内部运动图；（b）粉碎磨腔内研磨环动作图。 1-自旋转环；2-辅轴；3-轴套；4-离心力；5-浆料；6-研磨环；7-容器内衬；8-公转装臵；9-粉碎筒 体；10-夹套。 缸体内主轴旋转 通过梅花架辅轴绕主轴公转 既随主轴进行公转，又围绕各自的辅轴作自转。研磨环公转和自转的过程中，研磨环产生强大的离心力，研磨缸体内壁之间发生强烈 的辊碾作用。 24 图2-11 Szego粉碎机结构原理示意图 1-被粉碎物料；2-螺旋槽碾磨辊；3-固定圆筒；4-立轴；5-进料口； 6-辊子轴；7-辊子；8-出料口；9-辊子轴承 粉碎机：由加拿大开发的。是一种典型的离心辊碾磨。25 三、高速旋转撞机式粉碎机 主要是利用高速旋转的部件产生的强冲击力、剪切力摩擦而使物料 被粉碎。 高速旋转粉碎机由于结构及作用力的方式不同又分为：销棒粉碎机 （针状磨）、摆式粉碎机、轴流式粉碎机（笼式磨）、筛分磨、离 心分级磨等。 （一）销棒粉碎机（针状磨） 转子、定子和 腔壁撞击环 26 在转子和定子上分别布臵一定圈数的撞击齿。 转子在电机带动下绕主轴高速旋转，产生较大的离心力场，在 粉碎腔内中心形成一很强的负压区，借助负压被粉碎物料从转子 和定子中心吸入，在离心力作用下，物料由中心向四周扩散，在 向四周的扩散过程中，物料首先受到内圈转齿及定齿的撞击、剪 切、摩擦、以及物料与物料之间的相互碰撞和摩擦作用而被粉碎 。随着转齿的线速度由内圈向外圈逐步提高，物料在向外圈的运 动过程中受到越来越强烈的冲击、剪切、摩擦、碰撞等作用而被 粉碎的越来越细。最后在外圈与撞击环的冲击与冲击作用下得到 进一步粉碎而被超细粉碎。 粉碎方式有： ）定、动销棒所形成的狭窄间隙对物料颗粒的剪切、挤压和摩擦作用力； ）物料颗粒间的相互碰撞、摩擦作用。27 影响销棒粉碎机粉碎效果的因素。 、粉碎物料性质的影响 物料的性质诸如：硬度、湿度、脆性及热敏性等。 ）被粉碎物料硬度的影响莫氏硬度在 以内，将具有较经济的粉碎效果，更硬的材料将 对粉碎机的粉碎部件造成严重磨蚀。有三方面的危害： ：部件寿命缩短，提高工业生产中的生产成本； ：物料粉碎效果降低，产品颗粒粒度增大； ：对产品造成污染，使纯度降低。
