粉末是一种重要的基础工业原料形式，粉末的制备技术在冶金、化工、医药、食品、建筑、电子、农业等许多领域中被广泛应用，被粉碎的材料种类也多种多样。自20世纪60年代提出超细粉末的概念,粉末粒度小于0.1μm(即在1~100nm之间)的称之为超细粉末，又称作纳米粉末。
许多国家将粒度微细化､粒度分布均匀化或颗粒形状特定化､品质高纯化､表面处理功能化的超细粉末称之为超微粉,并将其作为发展的重点。目前，世界各国对超微粉的研究主要集中在制备､微观结构､宏观物性及应用四个领域，其中超微粉的制备技术是关键,因为制备工艺对超微粉的微观结构和宏观性能具有重要的影响。
1 超微粉的制备方法
制备超微粉的途径大致有两种:一是机械法,即通过机械作用将粗颗粒物质逐步粉碎;另一种造粉法,即利用原子､离子或分子形核和长大两个阶段合成,包括物理和化学两种方式.本文重点介绍超微粉的机械制备方法及典型设备.
1.1 机械法特点
尽管利用机械法制备超微粉的设备类型繁多,但其开发的出发点主要围绕发下几点:
(1)原理上考虑提高有效粉碎能,大多是利用冲击､剪切､摩擦等力的综合作用进行超细粉碎.
(2)结构上采用超细粉碎-分级组合型式,利用高效气流分级装置不但可提高微细化粒度,而且藉以实现粒度分布均匀化或特定化。
(3)材质上采用高耐磨材料作衬材,不仅可减少衬材磨损对粉体成分或色泽的污染,而且可以提高设备的使用寿命。
(4)超细粉碎与颗粒表面改性一体化的实施。
(5)特殊需求的粉碎,例如低温粉碎等.
1.2 主要制备超微粉的设备
按照机械力的不同将其分为机械冲击式粉碎机､气流磨粉碎机､球磨机和射流粉碎机等.
1.2.1 高速机械冲击式粉碎机
它是利用高速回转转子上的锤､叶片､棒体等对物料进行撞击,并使其在转子与定子间､物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互强力冲击､剪切作用而粉碎的设备.冲击式粉碎机可为涡轮式､气流涡旋式､内分级式粉碎机等.图1为较为典型的､由日本细川公司生产的ACM 立式高速机械冲击微粉碎机.此类设备有如下特点:
（1）可以通过不同转子锤与定子衬的组合,能获得最佳的冲击速度和冲击能量,并利用内设的高效分级装置及时分离出合格产品,避免过度粉碎.
（2）特别适用于方解石､滑石､云母､大理石､石墨等硬度较低矿物的超细颗粒的制备.
（3）机盖为可掀式，便于清扫，粉碎对象变更时不致于被污染。
（4）机内气流的流动可起到降温的作用，适用于涂料、合成树脂食品、医药等弱热型物质（软化点较低的）的粉碎加工．亦可采用惰性气体进行循环粉碎。
（5）可用于具有潜在粉尘爆炸危险的防爆粉碎系统。
 1.2.2 气流粉碎机
气流粉碎机又称流能磨机或喷射磨机,利用高速气流或过热蒸气的能量,使颗粒相互碰撞､剪切､摩擦而实现超细粉碎的设备.其产品纯度高､分散性好,粒度细且分布较窄,颗粒表面光滑,广泛用于化工､材料､电子､冶金､农药､食品､生物､医药､军工和航天等领域.目前工业上应用的气流粉碎机可以分为:扁平式气流磨;循环管式气流磨;靶式气流磨;流化床对喷式气流磨等几种.使用最早､应用最广泛的扁平式气流粉碎机如图2所示,它主要由扁平圆盘空腔工作室､喷嘴､进料器､成品出口､气室和工作室内衬组成.其特点:
(1)结构简单,没有动部件,拆卸､维修､清洗简便,操作方便;
(2)主机体积小,能连续生产并有自动分级功能;
(3)产量较大.
其主要缺点为产品易受到衬壁磨损材料的污染,尤其是在粉碎高硬度物料时,磨损严重.
图3为另一种典型的气流粉碎机-流化床对喷式气流粉碎机的结构原理图.它也被称为流化床对撞式气流粉碎机,由德图Alpine公司于1981年研发成功,由料仓､螺杆､或重力加料装置､粉碎室､高压进气喷嘴､分级机和出料口等组成.其特点为:
(1)结构紧凑.
(2)磨损小,对产品的污染小.
(3)能耗低.
(4)产品粒度均匀,粒径分布较窄.
(5)拆洗､清理较方便,生产过程自动化程度高,工作噪声小.
1.2.3 球磨机
球磨机是无机非金属材料加工中广泛使用的一种粉碎机械,主要工作部件为圆形筒体,内装载粉碎介质(球状､棒状等),筒体回转时在介质的冲击和磨剥作用下使物料粉碎.
随着材料科学与技术的发展,在传统球磨机的基础上研发出了离心式球磨机､振动球磨机､行星轮球磨机､搅拌式球磨机等超微粉加工设备.图4为离心式球磨机结构图.主要依靠筒体高速旋转的离心力与空气的扰动,使粉碎介质及物料间产生强烈的冲击与磨剥,达到粉碎物料的目的.
该球磨机粉碎效率高、能耗低，而且兼具表面改性与表面处理的功能，同时对由多种成分构成的物料具有良好的均质作用．目前这种机型已用于矿物质、金属、非金属材料、化学制品、纤维类物质的超细粉碎．
搅拌磨机是另外一种高效的球磨机，是现代超细粉碎设备重要装备之一，在各种超微磨方法中能量利用率较高，产品粒度较细，设备成本较低．其特点：
（１）产品粒度分布均匀且容易调节，容易获得所需产品细度；
（２）机械振动小，噪声低；
（３）结构简单，操作容易；
（４）能量利用率高，较普通球磨机节能５０％以上；
（５）比普通球磨机，节约钢球耗２０％～３０％．
德国Gustav eirich机械公司发明的MAXX球磨机是一种可以进行干式或湿式连续作业的立式搅拌球磨机，基本结构由桶体、盘式搅拌器、带进料管的固定导向器、电动机和皮带传动装置等组成，其结构如图５所示．
1.2.4 射流粉碎机
射流粉碎机是利用高压液体通过喷射器加速,形成高速射流,带动其中的固体颗粒作高速运动,然后与靶板(超硬材料,如金刚石或宝石)或相反方向的另一股射流形成高速碰撞.由于强烈撞击及金刚石产生的超声振动,使其中的固体物料被粉碎.射流粉碎机有两种类型,即靶板式和对撞式.射流粉碎机的特点:可以制备各种超细有机物的浆液及乳化液,经过多次次循环粉碎后,某些材料可达亚微米或纳米级,并可制得悬浮性､分散性及均匀性极好的乳液.
1.2.5 其他粉碎设备
(1)超声粉碎机
利用超声波振荡的动能,使固体物料粉碎的一种设备.此设备多用于对分散系进行分散和乳化处理.应用领域涉及医药､食品､化工和生物制品等.
(2)高压膨胀粉碎机
利用高压技术将物料加压后再突然泄压而使物料超细粉碎的设备.此设备应用于大分子蛋白质与高分子纤维混合物的超细粉碎,且不破坏活性有效效成分.在食品､农副产品深加工行业有广泛的应用.
(3)低温粉碎机
将物料预冷至低温(或是设备内部温度为低温)进行粉碎的设备.一般采用液氮为冷却介质.该装置主要适用于在常温下无法粉碎的物料以及对中药､西药､农药､化工塑料､橡胶等的低温超微粉碎.
(4)电能破碎机
利用高压脉冲,使浸于液态电介质中物料爆裂而粉碎的设备.主要用于冶金行业.能获得高精矿和高回收率,同时还能减少矿物颗粒过度粉碎.
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