超细粉体材料的制备技术现状及应用形势.doc

超细粉体材料的制备技术现状及应用 周正华 （材料(05)研 0 引言 超细粉碎技术是从20世纪40年代逐步发展起来的，至今已成为各国重要的非金属矿及其它高新原材料深加工技术之一。由于各国科研技术水平不一，到目前为止超细粉碎仍没有严格的统一定义。一般将加工粒径为0.1-10um的超细粉体的粉碎和相应的分级技术称为超细粉碎[1]。超细粉碎和超细分级是物料深加工中的难题，也是粉体技术中的关键。 物料细化后，往往会出现许多新的优良性能。由于超细粉体粒度极细、比表面积大，且分布均匀，加之缺陷少，因而其表面活性高、化学反应速度快、溶解度大、烧结温度低且烧结体强度高、填充补强性能好，又具有独特的光、电、磁性能等，故被广泛应用于高档涂料、医药、高技术陶瓷、微电子及信息材料、高级耐火及保温材料、填料和新材料产业。因此，提高超细粉碎技术对现代高技术新材料产业的发展有着极其重要的意义.[1-2] 1 超细粉体的制备设备 超细粉体的制备方法有很多，但从其制备的原理上分主要有两种：一种是化学合成法，一种是物理粉碎法。化学合成法是通过化学反应或物相转换，由离子、原子、分子经过晶核形成和晶体长大而制备得到粉体，由于生产工艺复杂、成本高、而产量却不高，所以化学合成法在制备超细粉体方面应用不广。物理粉碎法是通过机械力的作用，使物料粉碎。物理粉碎法相对于化学合成法，成本较低，工艺相对简单，产量大。因此，目前制备超细粉体材料的主要方法为物理粉碎法。常用的超细粉碎设备有气流粉碎机、机械冲击粉碎机、振动磨、搅拌磨、胶体磨以及球磨机等。[3] 1.1 气流粉碎机 自从1892年美国人戈麦斯第一次提出挡板式气流粉碎机的模型并申请专利以来，经过百余年的发展，目前气流磨已经发展成熟，成为国内外用于超细粉体加工的主要设备。我国研制气流粉碎机开始于上世纪80年代初。目前气流粉碎机可分为圆盘式、对喷式、靶式、循环式、流化床式等。 气流粉碎机又称流能磨或喷射磨，由高压气体通过喷射嘴产生的喷射气流产生的巨大动能，使颗粒相互碰撞、冲击、摩擦、剪切而实现超细粉碎。粉碎出的产品粒度细，且分布较集中；颗粒表面光滑，形状完整；纯度高，活性大，分散性好。目前超细粉碎机有很多的机型，其中流化床式气流粉碎机是其效率最高的。其工作原理为物料进入粉碎室，超音速喷射流在下部形成向心逆喷射流场，在压差作用下，使磨底物料流态化，被加速的物料在多喷嘴的交汇点汇合，产生剧烈的冲击碰撞，摩擦而粉碎，被粉碎的细粉随气流一起运动至上部的涡轮分级机处，在离心力作用下，将符合细度要求的微粉排出。其优点是粉碎效率高，能耗低，磨损极小，可用于高硬度物料的粉碎，产品粒度窄等。 1.2 机械冲击式粉碎机 冲击式粉碎机已经有很长的历史了，其利用围绕水平或垂直柱高速旋转的回转体，对物料进行强烈的冲击，使之于固定体或颗粒间冲击碰撞，以较强大的力量使颗粒粉碎。冲击式粉碎机可分为涡轮式、气流涡旋式、内分级式粉碎机等。市场上还有与一般粉碎机不同的高速涡流粉碎机，它不只是利用冲击力和剪断力等单纯粉碎力进行粉碎，还利用叶片背面产生的无数超声波涡流，以及由此产生的高频压力的振动作用将物料粉碎，在一定条件下粘性和弹性物料也能被粉碎。在粉碎作业中原料的温度上升很少，因而对热敏性物质也可进行粉碎。主要的有力马化机生产的JF400高速涡流粉碎机，江阴市奔达药化机械设备厂WLFG-400型高速涡流粉碎机等。 1.3 行星式球磨机 行星式球磨机是利用机械力化学生产超细粉体材料的机械，机械力化学是固体材料在机械力作用下，使固体形态、晶体结构等发生变化，并诱导物理化学变化的科学。行星式球磨机优点是充分利用机械力化学的作用在进行超细粉碎的同时进行表面改性。通过球磨机中磨球之间及磨球与缸体间相互滚撞作用，使接触钢球的粉体粒子被撞碎或磨碎，同时使混合物在球的空隙内受到高度湍动混合作用而被均匀地分散并相互包覆，从而使得表面活性减少，团聚性降低，进而促使粉碎继续深入进行下去。其工作原理是在一转盘上装有4个球磨罐，当转盘转动时，球磨罐在绕转盘轴公转的同时又绕自身轴作行星式的反向自转运动，罐中磨球和材料在高速运动中相互碰撞、摩擦，达到粉碎、研磨、混和与分散样品的目的，可以干磨、湿磨、真空磨，研磨产品最小粒度可至0.1um.目前国内具有代表性的生产高能球磨机的厂家有南京南大天尊电子有限公司、咸阳金宏通用机械有限公司和天津市华联矿山仪器厂以及Spex公司8000M-230型行星式球磨机。 1.4 搅拌磨 搅拌磨又称砂磨机，是20世纪60年代开始用于超细粉碎中的设备，可分为盘式、棒式、环式和螺旋式；按工作方式分间歇式、连续式和循环式。主要由一个静止的内填小直径研磨介质研磨筒和一个旋转搅拌器构成，研磨作用是通过搅拌器把动力直接施加于研磨介质上而实现的。 2