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干貨丨納米粉體粉碎的技術關鍵點

時間:2021-11-05    作者:營銷部    閱讀量:

綜述
 
        在粉碎過程中,單個陶瓷色料顆粒的粉碎往往是和其他顆粒的粉碎同時進行的。由于難以區分哪些顆粒在粉碎過程中發生了粉碎,因此,采用產品的顆粒粒徑分布與原始物料的顆粒粒徑分布相比較的方法分析粉碎效果。粉碎技術在納米粉體加工過程中至關重要,是色料生產必需的工藝步驟。為了了解顆粒被粉碎的基礎,應先了解單顆粒被施加一定應力后, 發生粉碎的機理及其相關的概念。
 
顆粒的斷裂力學概念

        在研究顆粒的斷裂機理時,有關專家提出了“斷裂物理學”和“斷裂力學”等概念作為材料科學和顆粒力學的分支。顆粒是多種多樣的,從小到大均存在缺陷。因此,由于顆粒及其性質的多樣性,顆粒粉碎實質上可用斷裂過程進行描述。
 
 
原子間約束和距離的關系圖
原子間約束和距離的關系圖
 
        在外力作用下,解理面間的原子結合遭到破壞,從而引起晶體的脆性斷裂。所以,晶體的的理論強度應由原子間結合力決定。當原子處于平衡位置時,原子間的作用力為零;在拉應力作用下,原子間距增大,引力也增大。曲線上的至高點代表晶體的結合力,即理論斷裂強度。
        一般認為陶瓷色料顆粒是脆性物質,其斷裂是由應力引發應變而產生的。斷裂理論認為,材料的缺陷(裂紋等)可導致應力在在缺陷邊緣、裂紋處集中。
        裂紋尖端(破碎點)在外應力下具有結合強度不同的化學鍵,即使施加的應力不足以克服屈服應力,但卻可以提供足夠的能量使裂紋擴展并產生新表面,當裂紋尖端處的應變可使新表面形成時,顆粒就發生斷裂。

權威試驗結果證明:

        顆粒的抗張強度由裂紋和缺陷決定,顆粒越小,則缺陷越少,其產生裂紋的臨界應力越大。顆粒越細,顆粒內部越難產生裂紋,在不考慮裂紋分布和密度的情況下,小顆粒的破碎需要較大的應力。大量的研究實驗和工業實踐證明,采用機械粉碎方法可以制備亞微米或納米級顆粒,尤其是對于脆性材料。如,通過實驗型介質攪拌濕法粉碎獲得了粒徑為200nm的氧化鋯顆粒,其粉碎顆粒的組成穩定。
 
實驗室粒度分析報告
實驗室粒度分析報告

不同粉碎時間的粒度分布
 
        研究發現,在研磨機中,不同大小顆粒的流動特性比較相近,且與水的流動特性也相似。主要的區別是操作條件,如流動速率、介質裝載量、介質大小等影響著平均顆粒粉碎時間。另外,漿料密度、顆粒組成和介質形狀等對粉碎時間也有影響。
 
 
粒徑分布與研磨時間關系曲線圖
粒徑分布與研磨時間關系曲線圖
 
         由圖可知,隨著研磨時間的延長,其粒徑逐漸變小,當研磨時間≥8.5 h時,粒徑可視為基本不變。但當研磨時間t≤4.5h時, 粒徑急劇減小,圖中表現為斜率較大;當研磨時間t為4.5~7.5 h時,粒徑變化緩慢;當研磨時間t為7.5~8.5h時,其粒徑變化更小,其曲線斜率近乎為0。
 
顆粒的粉碎環境
 
        在顆粒被粉碎時,其化學鍵發生斷裂而產生新的表面,而新表面的生成又會促進化學鍵的斷裂。顆粒的斷裂能與其表面化學活性有直接關系。水的影響是普遍的,可提高粉碎效率。另外,無機物離子和有機表面活性劑的加人也會產生較大影響。一般地, 適量的表面活性劑的加人可提高粉碎速率,而與顆粒表面不相容的化學添加劑則會降低粉碎速率。
 
濕法/干法研磨時活性劑的應用:
 
        濕法研磨時通??梢约尤艘恍┍砻婊钚詣┮愿纳蒲心バЧ?,而某些情況下,尤其是添加過量的有機表面活性劑,反而會降低粉磨速率。在干法粉磨中,表面活性劑的應用較為廣泛。另外,采用補充蒸汽(溫度250~350°C,工作壓力40MPa)于流態化氣流磨粉碎陶瓷色料,可有效地制備D97小于1. 2nm的顆粒。
 
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