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高能球磨法制備超細粉體的影響因素 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-02-17 07:09:00 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/遠志)高能球磨法制備材料所需的設備少、工藝簡單,但影響最終產品組成和性能的因素卻很多。其中原料性質、球磨強度、球磨環境、球磨氣氛、料球比、球磨時間和球磨溫度等是主要因素。
(1)原料性質的影響。物料體系的組成和各組分的配比是決定最終產品組成的物質基礎,不同的原料組成和組分配比即使在相同球磨條件下也會得到不同的球磨產品。
(2)球磨強度的影響。高能行星磨中研磨介質對物料的高速高頻沖擊碰撞有利于能量的轉換和分子、原子及離子的輸運和擴散。實驗表明,球磨強度對機械合金化非晶的形成具有重要的影響。強度低時,粉末形成非晶的時間較長,甚至無法形成非晶;強度較高時,形成非晶的時間大大縮短,且有助于非晶成分范圍的擴大,當球磨能量高到一定程度時更宜形成穩定的化合物而不是非晶。對于硬度和強度較高的多組分氧化物體系,因其價鍵較牢固,鍵能較高,球磨強度較低時根本無法使之發生晶格扭曲、畸變等,也就談不上機械力化學反應。
(3)球磨環境的影響。對無機非金屬的粉磨通常有干法和濕法兩種粉磨方法,干法操作簡單,濕法往往可以得到更小的粉磨產物粒徑。然而濕法粉磨產生相變的時間遠遠高于干法,這是由于濕法摩擦系數小,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壘的緣故。而干法粉磨至一定程度時,相變的發生幾乎是必然的。機械能誘性的材料內部結構變化通常要求顆粒(晶粒)尺寸及自由能達到極限值,而在濕法粉磨環境下,碎裂表面的溶解和“重建”、良好的潤滑和冷卻環境都阻礙了顆粒尺寸和自由能達到極限值,從而阻礙了多晶轉變的發生。
(4)研磨介質尺寸及料球比的影響。高能球磨中多采用尺寸較小的硬質合金球或氧化鋯球、氧化鋁球等,這是因為小尺寸球有利于增大研磨介質與物料之間的摩擦面積。為了獲得較高的球磨能量,通常采用比普通球磨機小得多的料球比。當裝料量和球徑大小一定時,球運動的平均自由程取決于裝球量。裝球量過小即料球比過大時,物料受研磨的機會減少;反之,料球比過小時,球的平均自由程減小,不能充分利用其機械力,因而降低機械力化學反應的程度。
(5)球磨時間和溫度的影響。球磨時間的長短直接影響粉磨產物的組成和純度。某些金屬或合金的MA 非晶化和晶型轉變只在—定的時間范圍內進行,粉磨時間過短時材料內部能量聚集太少不足以破壞其結合價鍵;粉磨時間過長又可能會發生其他的化學變化。對于無機非金屬材料的機械力化學合成,通常需要較長時間的球磨。
在研磨過程中,由于球磨對粉末的摩擦和撞擊,粉末的溫度會升高,局部溫升有利于固相反應,但整體溫度的升高會加劇物料間的團聚及其與磨球和筒壁的黏附,粉磨某些有機物時,溫度過高還會導致其分解等現象。一般認為,研磨時粉末的溫升不宜超過350K。
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