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球磨法制備超細(xì)石英粉
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作者:pmtce820c
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發(fā)布時(shí)間: 2020-12-14
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超細(xì)石英粉是一種優(yōu)質(zhì)的中性無(wú)機(jī)填料，由于具有強(qiáng)耐酸性、穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能、良好的透光性、高介電、高耐濕、抗輻射、優(yōu)良的耐高溫性能及高純度低離子含量、低膨脹性、低應(yīng)力等性能，廣泛用于塑料、橡膠、油漆、涂料、陶瓷、油墨及催化和氣體過濾材料等領(lǐng)域。而且超細(xì)石英粉還是一種功能性材料，與新的功能材料復(fù)合展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，因此開發(fā)超細(xì)石英粉具有現(xiàn)實(shí)意義。
超細(xì)石英粉是一種優(yōu)質(zhì)的中性無(wú)機(jī)填料，由于具有強(qiáng)耐酸性、穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能、良好的透光性、高介電、高耐濕、抗輻射、優(yōu)良的耐高溫性能及高純度低離子含量、低膨脹性、低應(yīng)力等性能，廣泛用于塑料、橡膠、油漆、涂料、陶瓷、油墨及催化和氣體過濾材料等領(lǐng)域。而且超細(xì)石英粉還是一種功能性材料，與新的功能材料復(fù)合展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，因此開發(fā)超細(xì)石英粉具有現(xiàn)實(shí)意義。
制備超細(xì)石英粉需要使用各種機(jī)械設(shè)備，包括：球磨機(jī)、振動(dòng)磨、攪拌磨、氣流磨、高速?zèng)_擊式磨、膠體磨等及作為配套設(shè)備的精細(xì)分級(jí)設(shè)備。其中，高能球磨法制備超細(xì)石英粉所需的設(shè)備較少、工藝簡(jiǎn)單，但影響最終產(chǎn)品的組成和性能的因素卻有很多。其中原料性質(zhì)、球磨強(qiáng)度、球磨環(huán)境、球磨氣氛、料球比、球磨時(shí)間和球磨溫度等是主要因素。
（1）原料性質(zhì)的影響。物料體系的組成和各組分的配比是決定最終產(chǎn)品組成的物質(zhì)基礎(chǔ)，不同的原料組成和組分配比即使在相同球磨條件下也會(huì)得到不同的球磨產(chǎn)品。
（2）球磨強(qiáng)度的影響。高能行星磨中研磨介質(zhì)對(duì)物料的高速高頻沖擊碰撞有利于能量的轉(zhuǎn)換和分子、原子及離子的輸運(yùn)和擴(kuò)散。球磨強(qiáng)度對(duì)機(jī)械合金化非晶的形成具有重要的影響。強(qiáng)度低時(shí)，粉末形成非晶的時(shí)間較長(zhǎng)，甚至無(wú)法形成非晶；強(qiáng)度較高時(shí)，形成非晶的時(shí)間大大縮短，且有助于非晶成分范圍的擴(kuò)大，當(dāng)球磨能量高到一定程度時(shí)更宜形成穩(wěn)定的化合物而不是非晶。對(duì)于硬度和強(qiáng)度較高的多組分氧化物體系，因其價(jià)鍵較牢固，鍵能較高，球磨強(qiáng)度較低時(shí)根本無(wú)法使之發(fā)生晶格扭曲、畸變等，也就談不上機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)。
（3）球磨環(huán)境的影響。對(duì)無(wú)機(jī)非金屬的粉磨通常有干法和濕法兩種粉磨方法，干法操作簡(jiǎn)單，濕法往往可以得到更小的粉磨產(chǎn)物粒徑。然而濕法粉磨產(chǎn)生相變的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于干法，這是由于濕法摩擦系數(shù)小，顆粒在水中的界面能小于在空氣中的表面能，因而使粉體顆粒難以積聚起足夠的能量以克服相變所需要的激活勢(shì)壘的緣故。而干法粉磨至一定程度時(shí)，相變的發(fā)生幾乎是必然的。機(jī)械能誘性的材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化通常要求顆粒(晶粒)尺寸及自由能達(dá)到極限值，而在濕法粉磨環(huán)境下，碎裂表面的溶解和“重建”、良好的潤(rùn)滑和冷卻環(huán)境都阻礙了顆粒尺寸和自由能達(dá)到極限值，從而阻礙了多晶轉(zhuǎn)變的發(fā)生。
（4）料漿濃度的影響。在濕法球磨粉碎的過程中，漿料濃度也是一個(gè)重要的工藝參數(shù)，直接關(guān)系到粉體的粒度與球磨效率。由實(shí)驗(yàn)可知隨著料漿濃度的增加，球磨效果越來(lái)越好，但是當(dāng)料漿濃度達(dá)到一定值時(shí)，球磨時(shí)間對(duì)粉體粒徑的影響變小。
（5）研磨介質(zhì)尺寸的影響。高能球磨中多采用尺寸較小的硬質(zhì)合金球或氧化鋯球、氧化鋁球等，這是因?yàn)樾〕叽缜蛴欣谠龃笱心ソ橘|(zhì)與物料之間的摩擦面積。
（6）料球比的影響。為了獲得較高的球磨能量，通常采用比普通球磨機(jī)小得多的料球比。當(dāng)裝料量和球徑大小一定時(shí)，球運(yùn)動(dòng)的平均自由程取決于裝球量。裝球量過小即料球比過大時(shí)，物料受研磨的機(jī)會(huì)減少；反之，料球比過小時(shí)，球的平均自由程減小，不能充分利用其機(jī)械力，因而降低機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)的程度。
（7）球磨時(shí)間的影響。球磨時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響粉磨產(chǎn)物的組成和純度。某些金屬或合金的MA非晶化和晶型轉(zhuǎn)變只在—定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行，粉磨時(shí)間過短時(shí)，材料內(nèi)部能量聚集太少不足以破壞其結(jié)合價(jià)鍵；粉磨時(shí)間過長(zhǎng)，又可能會(huì)發(fā)生其他的化學(xué)變化。對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材料的機(jī)械力化學(xué)合成，通常需要較長(zhǎng)時(shí)間的球磨。
（8）球磨速率的影響。球磨轉(zhuǎn)速對(duì)產(chǎn)品粒度的影響與球磨時(shí)間的影響類似。
（9）助磨劑的影響。助磨劑是在粉體制備過程中能夠顯著提高粉碎效率和降低能耗的化學(xué)物質(zhì)，主要是表面活性劑、分散劑等。在球磨過程中加入微量的助磨劑，可提高球磨效率。
（10）溫度的影響。在研磨過程中，由于球磨對(duì)粉末的摩擦和撞擊，粉末的溫度會(huì)升高，局部溫升有利于固相反應(yīng)，但整體溫度的升高會(huì)加劇物料間的團(tuán)聚及其與磨球和筒壁的黏附，粉磨某些有機(jī)物時(shí)，溫度過高還會(huì)導(dǎo)致其分解等現(xiàn)象。一般認(rèn)為，研磨時(shí)粉末的溫升不宜超過350K。
制備超細(xì)石英粉需要使用各種機(jī)械設(shè)備，包括：球磨機(jī)、振動(dòng)磨、攪拌磨、氣流磨、高速?zèng)_擊式磨、膠體磨等及作為配套設(shè)備的精細(xì)分級(jí)設(shè)備。其中，高能球磨法制備超細(xì)石英粉所需的設(shè)備較少、工藝簡(jiǎn)單，但影響最終產(chǎn)品的組成和性能的因素卻有很多。其中原料性質(zhì)、球磨強(qiáng)度、球磨環(huán)境、球磨氣氛、料球比、球磨時(shí)間和球磨溫度等是主要因素。
（1）原料性質(zhì)的影響。物料體系的組成和各組分的配比是決定最終產(chǎn)品組成的物質(zhì)基礎(chǔ)，不同的原料組成和組分配比即使在相同球磨條件下也會(huì)得到不同的球磨產(chǎn)品。
（2）球磨強(qiáng)度的影響。高能行星磨中研磨介質(zhì)對(duì)物料的高速高頻沖擊碰撞有利于能量的轉(zhuǎn)換和分子、原子及離子的輸運(yùn)和擴(kuò)散。球磨強(qiáng)度對(duì)機(jī)械合金化非晶的形成具有重要的影響。強(qiáng)度低時(shí)，粉末形成非晶的時(shí)間較長(zhǎng)，甚至無(wú)法形成非晶；強(qiáng)度較高時(shí)，形成非晶的時(shí)間大大縮短，且有助于非晶成分范圍的擴(kuò)大，當(dāng)球磨能量高到一定程度時(shí)更宜形成穩(wěn)定的化合物而不是非晶。對(duì)于硬度和強(qiáng)度較高的多組分氧化物體系，因其價(jià)鍵較牢固，鍵能較高，球磨強(qiáng)度較低時(shí)根本無(wú)法使之發(fā)生晶格扭曲、畸變等，也就談不上機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)。
（3）球磨環(huán)境的影響。對(duì)無(wú)機(jī)非金屬的粉磨通常有干法和濕法兩種粉磨方法，干法操作簡(jiǎn)單，濕法往往可以得到更小的粉磨產(chǎn)物粒徑。然而濕法粉磨產(chǎn)生相變的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于干法，這是由于濕法摩擦系數(shù)小，顆粒在水中的界面能小于在空氣中的表面能，因而使粉體顆粒難以積聚起足夠的能量以克服相變所需要的激活勢(shì)壘的緣故。而干法粉磨至一定程度時(shí)，相變的發(fā)生幾乎是必然的。機(jī)械能誘性的材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化通常要求顆粒(晶粒)尺寸及自由能達(dá)到極限值，而在濕法粉磨環(huán)境下，碎裂表面的溶解和“重建”、良好的潤(rùn)滑和冷卻環(huán)境都阻礙了顆粒尺寸和自由能達(dá)到極限值，從而阻礙了多晶轉(zhuǎn)變的發(fā)生。
（4）料漿濃度的影響。在濕法球磨粉碎的過程中，漿料濃度也是一個(gè)重要的工藝參數(shù)，直接關(guān)系到粉體的粒度與球磨效率。由實(shí)驗(yàn)可知隨著料漿濃度的增加，球磨效果越來(lái)越好，但是當(dāng)料漿濃度達(dá)到一定值時(shí)，球磨時(shí)間對(duì)粉體粒徑的影響變小。
（5）研磨介質(zhì)尺寸的影響。高能球磨中多采用尺寸較小的硬質(zhì)合金球或氧化鋯球、氧化鋁球等，這是因?yàn)樾〕叽缜蛴欣谠龃笱心ソ橘|(zhì)與物料之間的摩擦面積。
（6）料球比的影響。為了獲得較高的球磨能量，通常采用比普通球磨機(jī)小得多的料球比。當(dāng)裝料量和球徑大小一定時(shí)，球運(yùn)動(dòng)的平均自由程取決于裝球量。裝球量過小即料球比過大時(shí)，物料受研磨的機(jī)會(huì)減少；反之，料球比過小時(shí)，球的平均自由程減小，不能充分利用其機(jī)械力，因而降低機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)的程度。
（7）球磨時(shí)間的影響。球磨時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響粉磨產(chǎn)物的組成和純度。某些金屬或合金的MA非晶化和晶型轉(zhuǎn)變只在—定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行，粉磨時(shí)間過短時(shí)，材料內(nèi)部能量聚集太少不足以破壞其結(jié)合價(jià)鍵；粉磨時(shí)間過長(zhǎng)，又可能會(huì)發(fā)生其他的化學(xué)變化。對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材料的機(jī)械力化學(xué)合成，通常需要較長(zhǎng)時(shí)間的球磨。
（8）球磨速率的影響。球磨轉(zhuǎn)速對(duì)產(chǎn)品粒度的影響與球磨時(shí)間的影響類似。
（9）助磨劑的影響。助磨劑是在粉體制備過程中能夠顯著提高粉碎效率和降低能耗的化學(xué)物質(zhì)，主要是表面活性劑、分散劑等。在球磨過程中加入微量的助磨劑，可提高球磨效率。
（10）溫度的影響。在研磨過程中，由于球磨對(duì)粉末的摩擦和撞擊，粉末的溫度會(huì)升高，局部溫升有利于固相反應(yīng)，但整體溫度的升高會(huì)加劇物料間的團(tuán)聚及其與磨球和筒壁的黏附，粉磨某些有機(jī)物時(shí)，溫度過高還會(huì)導(dǎo)致其分解等現(xiàn)象。一般認(rèn)為，研磨時(shí)粉末的溫升不宜超過350K。
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