陶瓷工艺学 第二章-1

粉体的制备与合成 陶瓷工艺学 课程回顾 陶瓷的主要原料 黏土 石英及长石 陶瓷的其他原料 瓷石 叶蜡石 高铝质矿物原料 高铝矾土 硅线石 碱土金属硅酸盐类 滑石及蛇纹石 硅灰石 透辉石 含碱金属硅酸盐类 霞石正长岩 锂辉石及锂云母 碳酸盐类 方解石 菱镁矿 白云石 新型陶瓷原料 氧化物类原料 氧化铝 Al2O3 氧化镁 MgO 氧化铍 BeO 氧化锆 ZrO2 碳化物类原料 碳化硅 SiC 碳化硼 B4C 氮化物类原料 氮化硅 Si3N4 氮化铝 AlN 粉体 Powder 就是大量固体粒子的集合体 它表示物质的一种存在状态 既不同于气体 液体 也不完全同于固体 因此有人将粉体看作是气 液 固三态之外的第四相 粉体由一个个固体颗粒组成 它仍有很多固体的属性 如物质结构 密度 颜色 几何尺寸等 组成粉体的固体颗粒的粒径大小对其性质有很大影响 其中最敏感的有粉体的比表面积 可压缩性和流动性 同时粉体颗粒的粒度决定了粉体的应用范畴 是粉体诸多物理性质中最重要的特征值 1 陶瓷原料只有达到一定的粒度及粒度组成 才有可能具备必要的成型性能 流动性 悬浮性 可塑性等 2 原料粒度细 便于各种成分不同的原料混合均匀 3 原料越细 表面能越高 化学反应活性越大 1 粉碎法 粉碎法是由粗颗粒来获得细粉的方法 通常采用机械粉碎 气流粉碎 球磨和高能球磨等 合成法是由离子 原子或分子通过反应 成核和生长 收集 后处理来获得微细颗粒的方法 这种方法的特点是纯度 粒度可控 均匀性好 颗粒微细 并且可以实现颗粒在分子级水平上的复合 均化 通常合成法包括固相法 液相法和气相法 但是 在粉碎过程中难免混入杂质 另外 无论哪种粉碎方式 都不易制得粒径在1 m以下的微细颗粒 2 合成法 粉体的制备方法一般可分为粉碎法和合成法两种 2 1 1 1粉体颗粒 2 1粉体的物理性能及其表征 2 1 1粉体的粒度与粒度分布 粉体颗粒 指在物质的结构不发生改变的情况下 分散或细化得到的固态基本颗粒 一次颗粒 指没有堆积 絮联等结构的最小单元的颗粒 二次颗粒 指存在有在一定程度上团聚了的颗粒 团聚 一次颗粒之间由于各种力的作用而聚集在一起称为 二次颗粒 的现象 1 分子间的范德华引力 2 颗粒间的静电引力 3 吸附水分产生的毛细管力 4 颗粒间的磁引力 5 颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力 粉体颗粒之间的自发团聚是客观存在的一种现象 引起团聚的主要原因有 2 1 1 2粉体颗粒的粒度 粒度是颗粒在空间范围所占大小的线性尺寸 粒度越小 颗粒微细程度越大 球形颗粒只有一个线性尺寸 粒度就是直径 正方体颗粒的粒度可用边长来表示 对于一些不规则形状的颗粒 可按某种规定的线性尺度来表示其粒度 通常是利用相当球的直径作为其粒度的 1 体积直径 2 斯托克斯径 Stoke s直径 也称等沉降速度相当径 斯托克斯假设 当速度达到极限值时 在无限大范围的粘性流体中沉降的球体颗粒的阻力 完全由流体的粘滞力所致 这时可用右式表示沉降速度与球径的关系 将某种颗粒所具有的体积用同样体积的球来与之相当 这种球的直径 就代表该颗粒的大小 即体积直径 dv为体积直径 V为颗粒体积 vstk 斯托克斯沉降速度 dstk 为斯托克斯径 为流体介质的粘度 s f分别是颗粒及流体的密度 等同体积的形式 斯托克斯直径公式适用于Re 0 2的流体沉降 即层流区的粒径测定 雷诺数一种可用来表征流体流动情况的无量纲数 以Re表示 利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流 也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力 粒度分布表征多分散颗粒体系中 粒径大小不等的颗粒的组成情况 分为频率分布和累积分布 1 频率分布 2 累积分布 表示与各个粒径相对应的粒子占全部颗粒的百分含量 百分含量一般以颗粒质量 体积 个数等为基准 累积分布表示小于或大于某一粒径的粒子占全部颗粒的百分含量 累积分布是频率分布的积分形式 2 1 1 3粉体颗粒的粒度分布 颗粒分布常见的表达形式 粒度分布曲线 平均粒径 标准偏差 分布宽度等 颗粒粒径包括众数直径 dm 中位径 d50或d1 2 和平均粒径 众数直径 指颗粒出现最多的粒度值 即频率曲线的最高峰值 d50 d90 d10 分别指在累积分布曲线上占颗粒总量为50 90 及10 所对应的粒子直径 d50 指众数直径即最高峰的半高宽 平均粒径 式中n 粒度间隔的数目 di 每一间隔内的平均径 fdi 颗粒在粒度间隔的个数或质量分数 标准偏差 用于表征体系的粒度分布范围 式中n 体系中的颗粒数 di 体系中任一颗粒的粒径 d50 中位径 分布宽度SPAN 粉体的颗粒尺寸及分布 颗粒形状等是其最基本的性质 对陶瓷的成型 烧结有直接的影响 因此 做好颗粒的表征具有极其重要的意义 2 1 1 4粉体的测试方法及原理 除了电子显微镜法外 测定粒度分布的许多方法都是把试样分散在水中来进行的 即都是以颗粒在水中存在的状态为对象 但这未必与干燥状态的颗粒行为相对应 因此 认为仅仅用一个测定值就能得到粉体颗粒的所有信息是不确切的 在选择颗粒测试方法时 首先要了解待测样品是否符合实验要求和环境 如X射线沉降法不适于测量不吸收X射线的物质 同时还要了解测试方法所基于的原理与被测参数和颗粒尺寸之间的数学关系 在建立这些关系时 曾作了哪些假设 这些假设对仪器的要求 它有哪些优点和局限性 其次 还必须明确所得到数据是以哪种为基准的粒径分布 是颗粒的数量分布 质量分布还是表面积分布等 1 筛分 筛分的方法很快 很简单 容易操作 通常 按照开口直径逐渐降低的顺序将一系列筛网安装在一起 一次操作即可将不同粒度范围的颗粒及其所占的体积或重量百分比的测定完成 筛分过程中需要一些机械振动设备 这种方法的分辨率低 精确度小 因此 只能用于粉料大小的定性测定或粗略分级 2 沉降法 该方法是根据颗粒在液体介质中的沉降速率来确定其颗粒尺寸 颗粒的大小与沉降速率之间的关系可以通过经验公式来描述 如果所有颗粒都是球形颗粒 表面光滑 且具有同样的密度 则可以利用Stoke s定律来计算颗粒的等效直径 依靠重力沉降的方法 一般只能测定 100nm的颗粒尺寸 因此在用沉降法测定纳米粉体的颗粒时 需借助于离心沉降法 在离心力的作用下使沉降速率增加 并采用沉降场流分级装置 配以先进的光学系统 以测定100nm甚至更小的颗粒 3 感应区法 感应区法分两种 电阻变化法 光学方法 电阻变化法用于快速测定电解质溶液里颗粒或液滴的粒度 测量时悬浮液里的颗粒随液体流经两边装有电极的小孔 颗粒流经孔时 将取代小孔中液体位置 从而使两电极之问的电阻产生变化 引发一个电压脉冲 其脉冲振幅的大小正比于颗粒的体积 从一系列的脉冲可以计算颗粒的数目和颗粒的粒度分布 第二种感应区方法是应用光学原理测量颗粒的粒度 当光束照射到气体或液体里的细颗粒时 光将向各个方向散射 另一方面当颗粒通过光束时 在颗粒的背面将产生瞬时阴影 而在这照射的瞬间部分照射光将被颗粒吸收 一些光产生衍射 光的散射和衍射特征与颗粒的粒度有一定关系 根据这种关系发展了测定颗粒粒度的光学仪器 商业的颗粒计数器可以测定的粉体颗粒直径范围是0 3 100 m 4 吸附方法 可以采用低温气体吸附和溶液吸附方法进行粒度测定 它得到的是粉体的总的表面积 可以根据粉体的总表面积来计算平均颗粒尺寸 假定颗粒的形状和气孔数 在气体吸附情况下 假设气体分子的横截面积是一个常数 吸附的气体量与相对压力有关 通常在等温状态下 如进行BET吸附 同时要考虑多层吸附现象 用一般的表征方法测定得到的是颗粒尺寸 而颗粒不一定是单个晶粒 而X射线衍射线线宽法测定的是微细晶粒尺寸 同时 这种方法不仅可用于分散颗粒的测定 也可用于晶粒极细的纳米陶瓷的晶粒大小的测定 5 X射线衍射线线宽法 6 光学显微镜 光学显微镜可以通过观察处于其焦距平面上的颗粒的二维图象来直接测量颗粒的大小 然而 光学显微镜的垂直分辨率限制了该方法的精确度 同时需要很多分散状态良好的颗粒才能使统计的数据体现颗粒的真实性 可以将显微镜下的微区照片按一定比例放大来测量颗粒尺寸 也可以将图象传输到一个图象处理系统进行半自动或全自动统计计数 7 扫描电子显微镜 SEM 入射电子束到达样品表面时被散射 产生二次电子或特征X射线 通过收集这些电子产物信息成像获得相应的显微结构照片 扫描电子显微镜的分辨率大约是10nm 小于TEM 但是SEM的强度代表样品表面信息状况 样品的高分辨率图象可以通过显示屏来观察 从中不仅可以测定颗粒尺寸 也可以观察到颗粒的形状以及颗粒之间的相互连接状况 此外 SEM过程中产生的特征X射线可以用来分析样品被检测区域的组成成分 用于粒度分析的SiC粉料扫描电子显微镜照片 8 透射电子显微镜 TEM 电子显微镜利用电磁透镜 使显微镜物镜平面图象放大10到200倍 而投影棱镜又可以将图象放大50到400倍 大多数电子显微镜的实际分辨率大约为3nm 粉体样品放在一个薄膜或具有栅格结构的基片上 或者将样品进行复制 而将复模放在栅格上 有时也可以将粉料嵌在聚酯介质内 做成薄片 微加工技术可以将样品制成100nm宽的条带 在电子显微镜下可以直接观察到这些条带中的粉体颗粒 2 1 2颗粒形状 表面积和扫描技术 可以用很多种方法对颗粒形状进行数学描述 也有很多种试验方法来表征颗粒的总体形状或一些特殊的形状特点 实质上 基本的测定方法即是对颗粒图形或投影的线性测量 从中可以获得组成参数 形状参数或形状因子等信息 获取颗粒形貌的主要目的是获取颗粒反应活性的信息 要准确知道颗粒尺寸 颗粒尺寸分布 总的表面积和颗粒的体积分布等变量 还可以根据颗粒尺寸分布状况来判断烧成过程中收缩的影响因素 判断细颗粒的含量对烧成收缩的影响等 2 1 3粉体颗粒的化学表征 1 粉体化学成分确定 1 分析化学方法可以定量分析粉体样品内的总体化学组成成分 2 X射线荧光技术 XRF 相对于常规分析 XRF方法简单快捷 但需要进行标准校正并且了解元素之间的相互干涉结果 且只能检测比钠元素重的元素 3 质谱 MS 可以用于样品中所有元素的定量分析 通常采用质谱方法检测微量杂质的含量 MS法获得的数据不精确 但检测过程很快 适合于粉体成分的常规检测 是研究粉体总体成分变化的有效方法之一 4 中子激活分析将样品暴露在中子源中 其中的某些元素转变成放射性同位素 通过测量辐射强度可以确定元素的数量和种类 5 电子微探针 EPMA 电子微探针采用电子枪将具有足够能量的电子束轰击样品表面 部分表面原子离子化 当离子化的原子恢复到低能状态时 将发射出特征X射线谱 检测系统对这些不同元素放射的特征X射线信号进行分析 从而实现微区化学成分的测定 可以实现1 m3范围内的微区定量分析 6 离子微探针 IPMA 离子微探针与电子微探针的主要区别在于 气体离子撞击样品表面 使表面原子离子化 并以相当大的动能从表面溅射出来 通过一个双聚焦质谱仪分析这些溅射离子 IPMA可以分析所有元素 随着原子序数和结合能增加 元素溅射出的离子数量减少 离子数量的变化需要经过大量的内部标准校正步骤 由于它实际上是一种质谱技术 因此非常精确 分辨率大约为1 m3 2 表面化学成分 1 X射线质子发射谱 X rayphotoemissionspectroscopy XPS 或化学分析电子 electronspectroscopyforchemicalanalysis ESCA 2 俄歇电子谱 Augerelectronspectroscopy AES 3 二次离子质谱 secondary ionmassspectrometry SIMS 4 扫描俄歇电子显微镜 scanningAugermicroscopy SAM 上述表面分析要求电子束或离子束在样品内的传统深度小于200nm 通常 表面分光技术存在一个激发源 一束光子 电子 离子或X光量子从激发源照射到样品表面 入射束的动能使样品表面原子发生电子跃迁过程 能量与动量转换产生电子发射 2 1 4粉体颗粒晶态的表征 1 X射线衍射法 X RayDiffraction XRD 基本原理是利用X射线在晶体中的衍射现象必须满足布拉格 Bragg 公式 n 2dsin 具体的X射线衍射方法有劳厄法 转晶法 粉末法 衍射仪法等 其中常用于纳米陶瓷的方法为粉末法和衍射仪法 2 电子衍射法 E1ectronDiffraction 电子衍射法与X射线法原理相同 遵循劳厄方程或布拉格方程所规定的衍射条件和几何关系 电子衍射法包括以下几种 选区电子衍射 微束电于衍射 高分辨电子衍射 高分散性电子衍射 会聚束电子衍射等 粉碎原料时 应根据其硬度和粒度确定破碎阶段 设备 1 粗碎 2 中碎 3 细碎 球磨机 振动磨 搅拌磨 雷蒙磨 环辊磨机 气流磨 气流粉碎机 出料直径 40 50mm 设备 颚式破碎机 锤式破碎机 圆锥破碎机等 出料直径 3 5mm 颚式破碎机 轮碾机 圆锥破碎机等 出料直径 0 05mm 2 2机械法制备粉体 2 2 1机械冲击式粉碎 破碎 2 2 1 1鄂式破碎机 颚式破碎机是无机非金属材料工业中广泛应用的粗 中碎机械 根据其动颚的运动特征 颚式破碎机可分为简单摆动 复杂摆动和综合摆动型三种形式 a 简单摆动型 b 复杂摆动摆动型 c 综合摆动型 1 定颚 2 动颚 3 推动板 4 连杆 5 偏心轴 6 悬挂轴 主要用于块状料的前级处理 设备结构简单 操作方便 产量高 进料粒度大 出料粒度较粗 粒度调节范围小 2 2 1 2圆锥破碎机 1 动锥 2 定锥 3 破碎后的物料 4 破碎腔 圆锥破碎机与鄂式破碎机相比 相似之处 即都对物料施以挤压力 破碎后自由卸料 不同之处 圆锥破碎机的工作过程是连续进行 物料夹在两个锥面之间同时受到弯曲力和剪切力的作用而破碎 故破碎较易进行 因此 生产能力较鄂式破碎机大 动力消耗低 圆锥破碎机工作示意图 按用途可分为粗碎 旋回破碎机 和细碎 菌形破碎机 按结构又可分为悬挂式和托轴式两种 旋回破碎机示意图1 动锥 2 定锥 菌形圆锥破碎机示意图1 动锥 2 定锥 3 球座面 圆锥破碎机的优点 产能力大 破碎比大 单位电耗低 缺点 构造复杂 投资费用大 检修维护较困难 2 2 1 3锤式破碎机 锤式破碎机的主要工作部件为带有锤子的转子 通过高速转动的锤子对物料的冲击作用进行粉碎 由于各种脆性物料的抗冲击性差 因此 在作用原理上这种破碎机是较合理的 PCX新型厢式锤式破碎机 锤式破碎机的分类 按转子的数目 单转子 双转子 按转子的回转方向 不可逆式 可逆式 按转子上锤子的排列方式 单排式 多排式 前者锤子安装在同一回转平面上 后者锤子分布在几个平面上 按锤子在转子上的连接方式 固定锤式 活动锤式 优点 生产能力高 破碎比大 电耗低 机械结构简单 紧凑轻便 投资费用少 管理方便 缺点 粉碎坚硬物料时锤子和篦条磨损较大 金属消耗较大 检修时间较长 需均匀喂料 粉碎粘湿物料时生产能力降低明显 甚至因堵塞而停机 为避免堵塞 被粉碎物料的含水量应不超过10 15 2 2 1 4反击式破碎机 1 高速转子 2 板锤 3 反击板 锤式破碎机和反击式破碎机主要是利用高速冲击能量的作用使物料在自由状态下沿其脆弱面破坏 因而粉碎效率高 产品粒度多呈立方块状 尤其适合于粉碎石灰石等脆性物 反击式破碎机的破碎作用 1 自由破碎 破碎腔内的物料受高速板锤的冲击 物料之间的相互撞击 板锤与物料及物料之间的摩擦作用而粉碎 2 反弹破碎 由于高速旋转的转子的板锤的冲击作用 使物料获得很高的运动速度而撞击到反击板上 从而得到进一步的粉碎 3 铣削破碎 经上述两种作用未能被破碎的大于出料口尺寸的物料在出口处被高速旋转的锤头铣削而粉碎 轮碾机是陶瓷工业生产所常采用的一种中碎设备 也可用于混合物料 2 2 1 5轮碾机 工作原理 在轮碾机中 物料原料在碾盘与碾轮之间的相对滑动及碾轮的重力作用下被研磨 压碎 碾轮越重 尺寸越大 粉碎力越强 为了防止铁污染 经常采用石质碾轮和碾盘 用作破碎时 产品的平均尺寸为3 8mm 粉磨时为0 3 0 5mm 分类 根据构造的不同 轮碾机常可分为轮转式和盘转式两种 轮碾机是一种效率较低的粉碎机械 但它在粉磨过程中同时具有破揉和混合作用 从而可改善物料的工艺性能 同时碾盘的碾轮均可用石材制作 能避免粉碎过程中因铁质掺入而造成物料的污染 另外 可较方便地控制产品的粒度 因此在陶瓷工业中作为细碎和粗磨机械 轮碾机仍占 定地位 盘转式轮碾机示意图1 电动机 2 支架 3 滑块 4 导槽 5 减速箱 6 圆锥齿轮 7 立轴 8 碾轮 9 水平轴 10 碾盘 11 衬板 12 筛板 13 活动刮板 14 料槽 15 筛板架 16 固定小刮板 17 固定大刮板 18 刮板架 19 栏杆 碾轮1 滑块 2 水平轴 3 夹板 4 轮圈 5 轮毂 6 连轴器 7 螺栓 盘转式轮碾机一般用于物料的干法粉碎 因此通常装有密封式的通风罩 以防止工作时粉尘外逸 轮转式轮碾机示意图1 支架 2 横梁 3 碾轮 4 立轴 5 圆锥齿轮 6 立轴轴承 7 电动机 8 栏杆 9 水平轴 10 碾盘 轮转式轮碾机既可用于干法粉碎 也可用于湿法粉碎 2 2 2球磨粉碎 陶瓷工业生产中普遍采用的间歇式球磨机是一种内装一定研磨体的旋转筒体 目的 磨碎 混合 间歇式球磨示意图1 电动机 2 离合器操纵杆 3 减速器 4 摩擦离合器 5 大齿圈 6 筒身 7 加料口 8 端盖 9 旋塞阀 10 卸料管 11 主轴头 12 轴承座 13 机座 14 衬板 15 研磨 当筒体旋转时带动研磨体旋转 靠离心力和摩擦力的作用 将磨球带到一定高度 当离心力小于其自身重量时 研磨体下落 冲击下部研磨体及筒壁 而介于其间的粉料便受到冲击和研磨 球磨机对粉料的作用 一是研磨体之间和研磨体与筒体之间的研磨作用 二是研磨体下落时的冲击作用 2 2 2 1球磨机的转速 当转速太大时 离心力也大 研磨体附在筒壁上与筒体同步旋转 失去研磨和冲击作用 图a 当转速太慢时 离心力太小 研磨体升不高就滑落下来 没有冲击能力 图b 只有当转速适当时 磨机才具有最大的研磨和冲击作用 图c 产生最大的粉碎效果 这一速度与磨机内径有关 工作转速 研磨和冲击作用最大时的转速 球磨机的转速对粉碎效果有直接影响 2 2 2 2研磨体的密度 大小及形状 a 密度增大研磨体比重 可以加强它的冲击作用 同时可以减少研磨体所占体积 提高装料量 故大比重的研磨体可以提高研磨效率 下图反映不同研磨体与研磨效率的关系 b 大小大的研磨体冲击力大 小的研磨体比表面积大 与物料接触面积多 效率高 但研磨介质不能太小 否则冲击力不够 c 形状圆柱状 扁平状接触面积大 研磨作用强 圆球状磨体冲击力集中 2 2 2 3球磨方式 湿法是在磨机中加入一定比例的研磨介质 一般是水 有时也加有机溶剂 干法则不加研磨介质 湿法球磨主要靠研磨作用进行粉碎 得到的颗粒较细 单位容积产量大 粉尘小 出料时可用管道输送 生产中用的较多 干法球磨主要靠研磨体的冲击与磨削作用进行粉碎 干磨后期 由于粉料之间的吸附作用 容易粘结成块 降低粉碎效果 干法得到的颗粒较湿法粗 球磨方式有湿法和干法两种 湿磨的效果较干磨高得多 这是液体介质所起的作用 2 2 2 4料 球 水的比例 磨机中加入的研磨体愈多 单位时间内物料被研磨的次数就愈多 研磨效率也愈高 但磨球过多 会占用磨机的有效空间 降低物料的装载量 一般料球比为1 1 5至 2 0 比重大的可取下限 比重小的可取上限 对难磨的粉料及细度要求较高的粉料 可以适当提高研磨体的比例 有资料报道 当料球比为1 4 8时 粉料细度可以大大提高 湿法球磨 料 球 水的比例约为1 1 5 2 0 8 1 2 选择液体介质时 要求它和原料在湿磨过程中不发生化学反应 希望干燥时介质易挥发 2 2 2 5装料方式 2 2 2 6球磨机直径 球磨时装料的方式除常见的一次加料外 还可采用二次加料法 既先将硬质料或难磨的原料 如长石 石英 锆英石等先磨若干小时 为使硬质料在研磨时不沉淀 可加入少量粘土 再加入粘土原料 这样可以提高球磨效率 球磨釉料时 应先将着色剂加入 以提高釉面呈色的均匀性 从研磨效率看 筒体大则效率高 这是因为筒体大研磨体也可相应增大 研磨和冲击作用都会提高 进料粒度也可增大 所以 大筒径的磨机 可大大提高球磨细度 可达几十个 m 甚至几个 m 而且产量大 成本低 可以制备性能一致 组分均匀的粉料 目前 普通陶瓷用的球磨机向大型化 自动化方向发展 国外已采用装载量为14 18t的球磨机 国内目前大量生产与使用的大型球磨机一次装料量为15t 一般筒体长度与直径之比小于2 2 2 2 7球磨机内衬的材质 2 2 2 8加料粒度 b 橡胶内衬 磨损小 寿命长 易维修 噪音小 杂质少 但研磨效率低 a 燧石 瓷砖等 研磨效率高 有杂质 噪音大 入料粒度细 则球磨时间短 但增加中碎负担 2 2 2 9助磨剂 助磨剂的作用 a 降低颗粒表面能 避免团聚 二次粒子 b 进入矿物晶层 粒子的微裂缝中 产生劈裂作用 从而提高研磨效率 2 2 3行星式研磨 行星式研磨有以下显著特点 1 进料粒度 980 m左右 出料粒度 小于74 m 最小粒度可达0 5 m 2 球磨罐转速快 不为罐体尺寸所限制 球磨效率高 公转 37 250r min 自转78 527r min 3 结构紧凑 操作方便 密封取样 安全可靠 噪声低 无污染 无损耗 2 2 4振动粉碎 出料粒度 60 m 干磨最细粒度可达5 m 湿磨可达1 m 甚至可达0 1 m 振动粉碎是一种超细粉碎方法 入料粒度 2mm 振动粉碎是利用研磨体在磨机内作高频振动而将物料粉碎的 在粉碎过程中 研磨体除了作激烈的循环运动外 还进行剧烈的自转 物料主要受冲击作用 其次也有研磨作用 由于物料本身不可避免地存在结构上的缺陷 在高频振动下 沿缺陷部位极易产生疲劳断裂 故振动磨能有效地对物料进行超细粉碎 原理 粉碎时间短 物料细度大 但颗粒形状不规则 流动性较差 没有球磨的物料形状好 圆 特点 影响振动粉碎效率的主要因素 2 2 4 1振动频率和振幅 是影响粉碎效率的主要因素 频率越高 冲击次数越多 振幅越大 冲击力量越大 适当提高频率和振幅 可以提高粉碎效率 新型的振动磨可以自动变频 粉碎初期 物料颗粒较粗 粉碎以冲击作用为主 此时频率低 振幅大 提高其冲击力 粉碎后期 物料变细 应以研磨作用为主 宜频率高 振幅小 增加冲击次数 增强研磨作用 频率和振幅增大到一定数值后 继续增大并不能明显提高粉碎效率 这主要是因为振磨过程除冲击作用外 还有一定的研磨作用 实际生产中 由于电动机的转速所限 频率不可能无限制地增大 而振幅则决定于传动轮的偏心度 所以也不能随意调整 一般振动初期的频率为750 1440r min 振幅为5 10cm 振动后期频率提高到3000 6000r min 振幅为1 5 3mm 2 2 4 2研磨体的比重 大小 数量 研磨体的比重 大小 数量对粉碎效果的影响机理与球磨粉碎基本一样 由于振动粉碎以冲击粉碎为主 故要求采用硬度大 比重大的研磨体 常用的有刚玉球 锆英石质球 淬火钢球及玛瑙球等 采用瓷球时入料粒度应小于0 5 1mm 用钢球时可大到1 2mm 为充分发挥研磨体的冲击和研磨作用 生产中采用大 中 小磨球混合使用 大 小磨球直径比在1 414 1 2 1之间 其数量各占1 3左右 2 2 4 3添加剂 加入适量的液体介质和助磨剂可大大提高粉碎效率 其原理与球磨粉碎基本相同 煅烧氧化铝瓷料分别用振动磨和球磨粉碎的粉碎效果 加水湿振和助磨剂的作用是明显的 当条件不变时 振磨到一定时间后 颗粒会黏结 聚结不再变细 振动粉碎是一种快速超细碎方法 但噪声大 机械磨损快 寿命短 2 2 5行星式振动粉碎 通常采用的行星振动磨机由4个球磨筒 弹簧 支座和电动机等组成 在工作过程中 行星式振动磨的磨筒既做行星运动 同时又发生振动 磨筒内部的粉磨介质处于离心力场之中 既在一定高度上抛落或泻落 又不断发生振动 其加速度可以达到重力加速度的数十倍乃至数百倍 在这一过程中 对物料施加强烈的碰击力和磨剥力 从而使物料粉碎 而且 磨筒的自转速度较高 加快了介质的循环 且振动频率较高 大部分介质都在振动 使不起作用的惰性区缩小 介质对物料作用频繁 次数很多 故研磨效率大大提高 雷蒙磨又称为悬辊式 摆辊式 盘磨机 主要由振动给料器 磨机 排放风机和分离器四部分组成 2 2 6雷蒙磨 辊子2的轴安装于梅花架1上 梅花架由传动装置带动而快速旋转 磨环3固定不动 物料由机体侧部通过给料部和溜槽给人机内 在辊子和磨环之间受到粉碎作用 雷蒙磨已广泛用于焦炭 石膏 石灰石 滑石 石墨 陶土 萤石等非金属矿物原料及化工原料 化肥 农药等的细磨 产品的粒度一般在325 400目之间 破碎的物料又经排放风机和分离器进行粒度分级处理 大颗粒重新回到磨机破碎 合格产品则被排出 2 2 7气流粉碎 是超细粉碎物料的一种有效的方法 利用高压气体作为介质 将其通过细的喷嘴进入粉碎室 此时气流体积突然膨胀 压力降低 流速急剧增大 可以达到音速或超音速 物料在高速气流的作用下 相互撞击 摩擦 剪切而迅速破碎 然后自动分级 达到细度的颗粒被排出磨机 粗颗粒将进一步循环 粉碎 直至达到细度要求 2 2 7 1工作原理 2 2 7 2气流粉碎的特点 1 不需要任何固体研磨介质 2 粉碎室内衬为橡胶 耐磨塑料 尼龙等 可保证物料纯度 3 在粉碎过程中实现颗粒自动分级 粒度较均匀 4 耗电量大 附属设备多 噪音 粉尘较大 5 进料粒度约在1 0 1mm之间 出料粒度可达1 m左右 气流粉碎机 又叫气流粉磨 流能磨或无介质磨 2 2 7 3气流粉碎设备 利用物料的自磨作用 用压缩空气产生的高速气流或热蒸汽对物料进行冲击 使物料相互间发生强烈的碰撞和摩擦作用 以达到细碎的目的 2 2 7 4影响气流粉碎的因素 主要是粉料的物性和粉碎时的工艺参数 物料的硬度 脆性及进料粒度都直接影响粉碎的细度和产量 硬度很大的物料不易磨细 软而粘的物料容易堵塞加料喷管和粉碎室 也不易粉碎 进料粒度直接关系到出料的粒度和产量 它和物料的硬度有关 粉碎时 气体压力及流量的大小 加料速度等工艺参数的确是很重要的 任何一个参数的变化都会影响到出料的细度及产量 进气压力恒定时 提高加料速率会使产量提高 细度降低 反之 则会使产量降低 细度增大 2 2 8搅拌磨 摩擦磨 砂磨 粉碎 1 粉碎原理 与球磨类似 固定的球 2 设备 进料粒度 1mm 出料粒度0 1 m 适于制备轧膜成型和流延成型用的浆料 待研磨的浆料由筒底泵入 研磨后由顶部溢出 可连续操作 搅拌研磨具有下列特点 1 研磨时间短 研磨效率高 是滚筒式磨的10倍 2 物料的分散性好 微米级颗粒粒度分布非常均匀 3 能耗低 为滚筒式磨机的1 4 4 生产中易于监控 温控极好 5 对于研磨铁氧体磁性材料 可直接用金属磨筒及钢球介质进行研磨 2 2 9胶体磨粉碎 粉碎原理 利用固定磨子 定子 和高速旋转磨体 转子 的相对运动产生强烈的剪切 摩擦和冲击等力 被处理的料浆通过两磨体之