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技术文章

高能砂磨机制备碳化物超细粉体的产业化应用

碳化物陶瓷间的原子多以较强的共价键结合,因而表现出熔点高、硬度大,机械强度高,化学稳定性好等一系列优良性能,有些还具有特殊的电、磁或热学性能,已在机械、化工、电子、航天、航空等许多领域中得到应用。但由于碳化物陶瓷中强的共价键结合,使得烧结比较难。近年来,围绕着碳化物陶瓷的烧结温度,采用一些先进的工艺做了深入的研究,归纳起来有效途径:一是采用超细粉体原料,二是利用先进的烧结工艺,三是制备它们的复相或复合陶瓷。因此超细粉体的制备已经成为各种碳化物材料研究的重点。

制备超细粉体自下而上(Bottom-up)”自上而下(Top-down这两种方法。自下而上指在材料化学合成的过程中通过控制材料的成核和长大,从而控制产物的尺寸制备纳米颗粒;自上而下则是借助各种外力对块状颗粒粉碎,从而制备纳米颗粒。

前通过自上而下有效地工业化制备超细粉体最有效设备砂磨机,而市场上绝大多数是卧式砂磨机,但是卧式机和传统立式机普遍存在四大难点难以解决机械密封容易泄漏及损坏、筛网容易堵塞、难以用超细珠实现纳米级研磨以及研磨产品粒度不均匀特别是遇到碳化物这类超硬、耐磨性好的陶瓷粉体材料,卧式机基本无计可施。

针对四大难点,叁星飞荣公司自主研发生产的具有独立知识产权立式无轴封无筛网砂磨机可实现各种碳化物的超细粉体的产业化制备。叁星公司董事长--谢小飞先生在2018年全国碳化物粉体与陶瓷制备技术交流会”上作了高能砂磨机制备碳化物超细粉体的产业化应用的报告。报告中详细介绍了工业化制备超细碳化物的实践工作。

一、碳化硅


图1 不同磨介研磨碳化硅的粒度随时间的分布图


图2 不同磨介的磨耗分析图

由图1与可知:1.磨介越大、颗粒越粗,磨耗越大;反之亦然;2、为减少磨耗,应选择硬度≥被磨物料硬度的磨介。

图3 碳化硅的SEM图

图4 碳化硅的XRD分析图

由图3与图4可知:物料经过超细研磨后,峰形(半峰宽)变宽,毛刺增多,说明结晶度下降,这是穿晶破碎导致晶面破坏所致。

二、碳化硼


图5 碳化硼的SEM图


图6 碳化硼的XRD分析图

由图5与图6可知:研磨时间越长,颗粒越细,碳化硼的特征峰逐渐减弱,硼酸特征峰逐渐增强,说明在水基研磨体系中存在以下反应,而且颗粒越细,活性越强,水解反应越明显;

B4C+H2O→H3BO3+CO2

三、碳化钨


图7 碳化钨的SEM图

四、碳化钛


图8 碳化钛的SEM图

五、碳化钒

图9 碳化钒的SEM图

六、碳化钼

图10 碳化钼的SEM图

七、碳化锆


图11 碳化锆的SEM图




从产业化应用实践可知,立式无轴封无筛网砂磨机可以轻松制备得到亚微米粒级和纳米粒级各种碳化物材料,而且研磨效率高,产品颗粒分布窄,究其因主要为:

1)无轴封无筛网的结构设计决定了它可用于超硬耐磨的碳化物陶瓷材料的超细研磨;

2)整个实验采用的是分级研磨,可实现有效的高效率超细研磨;

3)立式无轴封无筛网砂磨机具有离心分离及分级功能:离心分离的作用,细颗粒物料被排出磨腔,研磨次数少,可防止过磨;大颗粒物料不能排出,在磨腔内多磨几次甚至几十次,很快被磨细;最终产品颗粒非常均匀,分布很窄;

4)磨珠能量主要施加在对粗颗粒的有效研磨上,有用功比例增大,有效研磨效率增加。



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