工作原理：高能纳米冲击磨简介.doc

1、高能纳米冲击磨简介工作原理：通过罐体快速的多维摆动式运动，使磨介在罐内的不规则运动产生巨大的冲击力；延长磨介的运动轨迹、提高冲击能、减少撞击盲点，其工作效率是传统工艺的几十倍。可以显著提高罐内磨介的冲击能量和运动次数，使被粉碎的物质颗粒达到纳米级；同时，大大提高了被粉碎颗粒的均匀度。粉碎过程宏观物体的粉碎机理是较为复杂的，难以用一个理论来圆满地解释，但我们可以通过晶体的破碎和变形对固体物料受外力作用被粉碎的机理作一些了解：在固体材料中，多晶体的定向是不一致的，在载荷作用下这种晶体的塑性变形有些不同于单个晶体，主要表现在：（1） 在很小的载荷作用下，每个多晶体的空间单元经受弹性变形；（2） 在某

2、种临界载荷作用下晶体沿滑移面开始变形，此变形与力的方向一致或表现为较低的粘附性，但是变形受到其它晶体的迟滞，因而宏观上仍表现为弹性变形，同时伴随着轻微的塑性变形；（3） 进一步增大载荷出现永久变形；（4） 在足够大的应力作用下，晶体重新定向。固体物料经粉碎后产生了新的表面，外力所做的功一部分转化为新生表面的表面能，所以粉碎产品粒度越细，新生表面积越大，物料的表面能也就越大，能耗也就越高，团聚现象也就越严重。（1） 初始阶段，颗粒的相互作用可以忽略，这时，颗粒内部晶键能的变化为零，物料的粉碎能耗大体与新的表面积成正比；（2） 聚结阶段，颗粒之间产生相互作用，但其作用力比较弱，因此系统的比表面仍然

3、增加，颗粒之间较弱且可逆的聚结作用虽然对表面能有所影响，但颗粒内部的能变化很小，这时物粒的粉碎能耗不与新生的比表面积成正比；（3） 团聚阶段，颗粒之间有较强的相互作用，颗粒内新的晶键能及比表面都将发生变化，被磨物料的粒度可能变粗。在一定的粉碎设备和条件下，被粉碎物料存在“粉碎极限” 。冲击粉碎的能耗与冲击碰撞的速度成正比，第一次碰撞只是导致物料颗粒的疲劳，只有经过连续碰撞后，物料颗粒才被粉碎，碰撞过程中能量不足的冲击能被颗粒的表面能所吸收，当碰撞所产生的冲击能完全被表面能吸收时，被粉碎物料的粒度将不再下降，处于粉碎-团聚的动态平衡状态，即使延长球磨时间粒度也不会下降，我们把这种现象称为“粉碎极

4、限” 。 当然，物料的粉碎极限是相对的，它与机械力施加的方式及大小、效率、粉碎方法、粉碎工艺、粉碎环境等因素有关，在相同的粉碎工艺条件下，不同种类物料的粉碎极限一般来说也是不相同的。正确了解物料的粉碎过程对于被粉碎物料的“粉碎极限”最小化有重要的帮助。粉碎过程保护和助磨当物料由大颗粒变为超微细小颗粒时，物料在受机械力作用而被粉碎至一定粒度时（1m） ，自身结构、化学组成、物理化学性质都要发生重大变化。主要变化包括：（1） 物料原子结构的重排和重结晶或形成非晶结构（2） 外来分子如气体、水、表面活性剂等在新生成的表面上进行化学和物理反应；（3） 被粉碎物料的化学组成变化及颗粒之间的相互作用和化学

5、反应；（4） 被粉碎物料物理性能的变化。当颗粒小到一定程度时因表面积的增大造成氧化加剧，会发生自燃爆炸等现象，如石墨达到 40nm 时在室温（25）时就会自燃。所以当物料在粉碎过程中应加入相应的保护（如氩气、氮气、二氧化碳等）防止氧化、自燃等现象发生。在超微细粉碎过程中，当颗粒的粒度小至微米级后，颗粒的质量趋于均匀，缺陷减少，强度和硬度增大，粉碎难度大大增加，同时，因比表面积及表面能显著增大，颗粒相互团聚（形成二次颗粒）明显增强，如不采取一定的工艺措施，这时粉碎效率将下降并很快达到“粉碎极限” 。助磨剂能够显著提高粉碎作业效率和降低“粉碎极限” ，它包括不同状态（固态、液态和气态）的有机和无机

6、物。助磨剂的主要目的是提高物料的可磨性，减轻颗粒之间的相互作用（冷焊、团聚）和微细颗粒在磨介上的粘附，提高物料的流动性，从而提高产品细度，降低粉碎极限和单位能耗。固体助磨剂：硬脂酸盐类、胶体二氧化碳、碳黑、氧化镁粉、胶体石墨、石膏等。液体助磨剂：各种表面活性剂，分散剂等。气体助磨剂：蒸气状的极性物质（丙酮、硝基甲烷、甲醇）非极性物质（四氯化碳）粉碎比例*因各种物质的密度不同，所以磨介和被磨物质的比例也不相同，正确的比例对于提高球磨效率和减少污染至关重要。金属 2030：1非金属 1525：1中草药 1520：1例如加工碳化钨，比例如果是 40：1，罐体为 G15，磨介（碳化钨）是 400g，被

7、加工碳化钨粉为 10g，连续球磨 15 小时后检测铁的含量为 15%。相同条件下比例是 10：1 时，球磨要达到纳米级需要 70 小时。所以对于颗粒较大的物质可以采用分阶段球磨，前期比例为 510：1，球磨一段时间后再加入磨介，使其比例达到 2030：1，这样就可以减少污染、提高效率。*粉碎比例是指磨介与被磨物质之间的重量比例实验数据球磨原料 球磨时间（h） 粒度（nm）石英 5 小于 100中草药（根茎叶果） 8 小于 100碳化钨 15 小于 50石墨 12 小于 40氧化锆 8 小于 80二氧化硅 8 小于 80实验说明：石 英：罐体氧化锆，10、11 氧化锆球 400g石英 20g，比

8、例为 20：1，连续球磨 5 小时后检测结果为 80nm。红 花：罐体氧化锆，10 氧化锆球 400g红花 20g，比例为 20：1，氩气保护，70烘干 3 小时。当温度为 0球磨 30 分钟间歇 15 分钟，当温度为 20时球磨 15 分钟间歇 15 分钟，间歇的作用是防止温度过高造成碳化，球磨 5 小时后检测平均粒度为 30nm。麻 黄：罐体氧化锆，10 氧化锆球 400g麻黄 20g，比例为 20：1，氩气保护，70烘干 3 小时。球磨 30 分钟间歇 15 分钟，球磨 5 小时后检测平均粒度为 90-100nm。溜泄叶：罐体氧化锆，10 氧化锆球 400g溜泄叶 20g，比例为 20：

9、1，无保护，70烘干。球磨 30 分钟间歇 15 分钟，球磨 5小时后检测平均粒度为 50nm。碳化钨：罐体氧化锆，8 氧化锆球 500g碳化钨粉 20g（铁的含量为 2%） ，比例为 20：1，150烘干 2 小时。连续球磨 15小时后检测平均粒度为 40-50nm。石 墨：罐体氧化锆，8 氧化锆球 500g石墨 20g，比例为 20：1，氩气保护，100烘干 2 小时。连续球磨 12 小时后检测平均粒度为 40-50nm。氧 化 锆：罐体氧化锆，10 氧化锆球 400g氧化锆 20g，比例为 20：1。连续球磨 8 小时后检测平均粒度为 80nm。二氧化硅：罐体氧化锆，10 氧化锆球 400g二氧化硅 20g，比例为 20：1。连续球磨 8 小时后检测平均粒度为 80nm。注：如果对含铁要求不严格，可采用钢罐体水冷却罐连续球磨至需要时间。