湿法超细研磨装备新进展及在精细陶瓷范畴的应用

1 湿法超细研磨装备在新质料出产中的应用

机械超细研磨工艺是制造“三超”质料的要要领之一。机械超细研磨装备包括干法超细研磨及湿法超细研磨装备。
1)超细:元件小型化, 智能化, 高集成, 高密度存储和超快速传输对质料尺寸要求越来越小。
2)超硬:航空、航天、新军事设备制造、金属切割刀具等对新质料的硬度要求越来越高。
3)超纯:工程陶瓷、电子陶瓷等对新质料纯度要求高达百万分之几以内(ppm)。
在布满朝气, 竞争猛烈的21世纪, 信息财产, 精细陶瓷, 生物技能, 能源供给, 情况掩护, 先进制造技能和国防科技的高速成长对新质料提出了新的、更高的要求。总而言之, “三超”(超细、超硬、超纯)新质料的研发及财产化已成为新技能革命的一个紧张方面。

2 湿法超细研磨装备紧张成长阶段

湿法超细研磨装备是在球磨机的基础上慢慢成长成超细研磨装备(砂磨机)。以是, 今朝还常常将砂磨机称作球磨机或搅拌磨。而在外洋被称作搅拌式球磨机或砂磨机(台湾称作珠磨机)。球磨机、搅拌磨和砂磨机配合点是操纵研磨介质之间的碰撞, 挤压, 摩擦等道理破碎物料, 以是三者都属于介质研磨装备。三者又有以下本质上的区别:
1)球磨机。筒体低速旋转, 筒体内无搅拌器, 使用大尺寸磨球, 操纵磨球的重力势能破碎物料。装备研磨细度细可达5～10μm。
2)搅拌磨。筒体固定不转, 筒体内有销棒式搅拌器, 使用较小磨球, 操纵搅拌器赐与介质的动能破碎,一般为立式布局。研磨细度细可达1～5μm。
3)砂磨机。筒体固定不转, 筒体内有差别情势的搅拌轴, 使用很小研磨介质, 操纵搅拌轴赐与介质的动能破碎物料。有立式或卧式, 盘式或销棒式。研磨细度细可到达100nm。 成长阶段:立式搅拌磨(底部筛网分散器+棒式研磨原件);
第二成长阶段:卧式圆盘砂磨机(盘式+差别情势的介质分散布局)。
总之, 超细研磨装备砂磨机岂论是研磨道理, 照旧研磨细度及应用范畴都与球磨机大不沟通。搅拌磨无需借助重力而具有自力的能量输入者, 可以认为是研磨装备的一场技能革命。但搅拌磨转速低, 介质尺寸较大, 沿销棒径向线速率梯度转变大, 故研磨效率较低, 产物粒度漫衍宽。以是, 搅拌磨慢慢被砂磨机挤出市场, 现仅用于硬质合金, 铁氧体研磨或预研磨。
1)磨不细。这是传统研磨装备难解决的问题之一。由于, 在介质磨装备中, 要将物料破碎得更细,必需使用更小的研磨介质, 而小尺寸介质的质量也小。要提高介质的动能, 只有增大其运动速率, 因为受浆料阻尼及介质加快间隔小的限定, 介质很难在密闭容器中得到很大的运动速率。
2)分不离。这是传统超细研磨装备又一个难题。一般所研磨产物终极平均细度约为所用介质尺寸1/1000。假如研磨产物细度为100 μm, 应该使用介质的尺寸为0.1 mm。云云小尺寸介质与物料的机械分散(通过漏洞网)是十分坚苦的。
3)纯度不敷。在特定环境下产物纯度是判断产物质量及格的惟一尺度。不然, 纵然细度到达了, 介质与物料也分散了, 但被污染了的物料照旧属于废品! 4 湿法超细研磨装备新成长 4.1 DTS(DynamicTurboSeparation)动态涡轮介质分散转子
跟着对产物细度要求不停提高, 必需使用极小的研磨介质。传统超细研磨装备使用过流面积很小的漏洞分散环及静态筛网很难分散小尺寸介质。以是, 小尺寸研磨介质的分散是传统超细研磨装备成长中一直未能解决的难题之一。
新型超细研磨装备标记之一是使用动态介质分散体系。它的灵感来自气流分级道理, 转子涡轮动员介质旋转而发生的离心力使介质被甩向转子外周围, 而转子中间要是料浆, 以是, 将分散筛网部署在涡轮转子中间, 料浆可以顺遂地通过筛网漏洞流出, 不会产生堵塞及磨损。将干法分级道理用于湿法研磨装备介质分散是砂磨机成长中的小的技能革命! 4.2 新型介质分散筛网
如图3所示, 差别材质选择, 超大过流面积, 筛网部署在转子中间, 操纵涡轮离心分散道理彻底解决了小尺寸研磨介质与物料分散的技能难题, 从而为装备使用极小尺寸研磨介质扫清了停滞, 解决了磨料“磨不细”和“分不离”的技能难题。
一般对金属污染不敏感物料超细研磨可以使用不锈钢筛网。大大都陶瓷原料超细研磨使用氧化锆材质的筛网。而对于超纯氧化铝的研磨, 则必需使用聚氨酯材质的(PU)过滤筛网。对于细度在100nm至1μm物料超细研磨, 一般使用0.2～0.6mm的研磨介质, 分散筛网漏洞宽度为0.1～0.2mm。云云小漏洞筛网制造需要专用的工装装备及技巧。 4.3 卧盘式研磨装备HDM系列
HDM卧盘式超细研磨装备是在总结了海内外已有砂磨机使用中的经验和存在的问题做了约15项改良而开辟的。要用于B4C、SiC、Si3N4 、ZrO2 、ZrSiO4等物料的湿法超细研磨。
HDM超细研磨装备具有一下特点：动态涡轮分散体系(DTS):操纵涡轮转子的离心力道理分散介质，从而可以使用小0.2 mm的研磨介质，研磨细度可以到达亚纳米级。PU耐磨包覆:全部与物料打仗部件均为聚氨酯包覆，不会对物料发生金属及其它污染。 4.4 新一代涡轮离心超细研磨装备HZM系列
HZM涡轮离心纳米研磨装备是在总结已有研磨装备优弱点上而开辟的新一代纳米超细研磨装备。该新一代超细研磨装备焦点部门有以下两点：整体涡轮转子布局，具有销棒和盘式的综合长处，转子自己既是研磨元件又是分散元件。
超细研磨产生在高能量密度的外环区域，线速率按照所研磨物料(转速)可以无级可调，当使用小尺寸研磨介质时装备运行在高速工况， 以包管介质得到足够能量破碎物料，真正解决了传统研磨装备“磨不细”的难题。特殊材质研磨元件一般为聚氨酯或陶瓷质料， 制止了装备材质对物料的污染, 解决了产物“纯不敷”难题。 HZM超细研磨装备系列要用于超细研磨MLCC、CMP、ITO、BTO、Ferrite、Ink-Jet等新质料的出产。研磨工艺如图6所示。
1)介质的感化。是传输能量中介体, 全部“介质磨”研磨效率及产物质量都与介质的种类、尺寸、密度有关。介质分散体系是砂磨机紧张构成部门, 它的感化是将已磨过的物料与研磨介质分隔。
2)介质的尺寸。研磨装备一般使用球型介质。直径越小, 单元体积中装填的介质数量越多, 磨球之间打仗点就越多, 在研磨时间沟通环境下产物细度愈好, 但过小的研磨介质每每引起装备出口分散器的堵塞。分散器漏洞宽度决定研磨介质尺寸巨细, 一般环境下研磨介质直径为砂磨机分散器漏洞宽度的2～3倍。
3)介质的装填率。即装备近似佳研磨效果时介质填加量, 卧式砂磨机的装填率一般为80% ～85%;立式装备的装填率一般为75% ～ 80%。研磨介质装填率过高, 容易引起砂磨机温升过高或者出口堵塞;研磨介质装填率过低, 研磨效率低。研磨介质的密度:介质密度越大, 动能越大, 研磨效率越高。 6 同质研磨介质开辟 被研磨的物料与研磨介质为统一质料, 因此不会因为研磨介质磨损而引起物料的污染。为了超细加工差别种类的“三超”物料, 开辟了与之相对应的同质研磨介质。研磨碳化硼、碳化硅、氧化铝时别离使用B4C、SiC、Al2O3研磨介质。超纯氧化铝(99.99%)要用于精细陶瓷、切割刀具等。 碳化硼要用于防弹衣, 耐高温, 耐磨陶瓷及高等磨料。研磨碳化硼能耗是全部陶瓷原料中高的(为4500 kW• h/t)。此前使用钢球研磨介质, 酸洗去除铁污染, 不仅成本高, 并且污染情况。碳化硼和碳化硅等特殊陶瓷介质开辟乐成解决了多年陶瓷超细研磨的技能难题。