硬质耐磨材料的研磨工艺浅谈

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通常物理研磨分为湿法和干法工艺

一、湿法研磨

主流的湿法研磨方式分为立式搅拌和卧式搅拌,且都是通过研磨介质的搅拌和滚动,在粉体颗粒表面产生挤压作用的剪切力,从而切割颗粒。

卧式湿法内部结构卧式湿法内部结构卧式湿法内部结构立式湿法内部结构

湿法研磨除了直径不同大小的研磨介质之外,还有填充在研磨介质之间的液体媒介,比如水,酒精,煤油等,根据物料选择不同的研磨介质和内衬材料,比如氧化铝,氧化锆,玻璃球等。典型的湿法工艺如下图。

卧式湿法研磨线立式湿法研磨线

湿法研磨粉体细度与研磨时间关系如下图:

二、干法研磨

目前主流工艺以求卧式球磨+分级和气流磨为主。其中球磨机的工作原理是通过圆简旋转带动研磨介质旋转,在重力作用下粉体被介质的研磨、剪切作用完成颗粒切割。

卧式球磨机

典型的球磨+分级工

根据物料选择不同的研磨介质、内衬、介质形状。

一台符合完美工艺的球磨机在设计的时候需要充分考虑的要素:

转速,长径比,研磨介质,介质大小配比,介质形状,介质填充量,研磨腔设计,卸料方式等等。

2.气流磨

螺旋气流磨的原理通过高速气流(螺旋气流)带动大部分粉体颗粒与腔壁产生强烈的对冲碰撞,达到粉体的研磨效果。其中的关键点在于静态分级轮的设计。

流化床气流磨的原理是通过高速气流带动大部分粉体颗粒与颗粒之间产生强烈的对冲碰撞,达到粉体的研磨效果。

气流磨结构图

典型的气流磨工艺如下图。

气流磨的关键除了设备本身腔体设计外,还有喷嘴设计,分级轮的设计与制作工艺(必须每年小时长期持续运行,且保持完美的动态平衡)。

当然整体气流磨的工艺的设计能力也是很重要,比如争对某些材料需要惰性气体保护。

气流磨的工艺能达到亚微米级别颗粒直径,比如D50=0.8um,如果气流磨再通过气流磨做更细的产品,则会导致能耗大幅上升,但这种情况往往是很多客户是无法承受的。

注意:讲到这里,其实大家应该对研磨有个概念,只要给与研磨设备足够的时间(能耗),是可以达到很细的颗粒粒径。

但这也会引入新的问题,比如过度研磨,粒度分布宽泛,能耗高。这也是比如环辊磨,立磨等设备的弊端所在。

但粉体工艺永远的追求,是要如何在最低能耗下,最短时间达到最好的颗粒分布(颗粒也不是细就好,追求的合适粒度的窄分布)。

那么如何去解决和平衡能耗,时间,细度,且解决粒度分布宽泛的问题?

3.微珠磨

为巨头企业德国阿尔派制造,目前只有国外才有的工艺,国际粉体材料头部巨头均拥有,主要集中与欧洲和北美,亚太地区只有韩国和日本粉体相关工厂拥有该先进工艺。

该图可以看出,相比湿法和气流磨有很多优势。

经优化的研磨应力大大提高了研磨的效率与气流磨相比技能可达80%。

纯干法流程,无需干燥环节。

金属污染最少化,使用寿命最大化。

典型的微珠搅拌磨工艺

根据材料选择不同的研磨介质和分级轮。

该设备工艺可以达到的最细的粒度为D50=0.4um,且形成较窄的粒度分布。达到了湿法工艺,干法球磨工艺,气流磨工艺的完美配合。

蓝色为原料,红色为最终产品(物料:氧化铝)

气流磨和微珠磨能耗比较气流磨和微珠磨能耗比较

以上为硬质材料的各种研磨分级大概工艺的介绍,前面几种工艺可能大家比较熟悉,其中关于微珠磨的更多介绍,待下次再展开介绍。

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