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陶瓷 色料顆粒粉碎的基礎(chǔ)

粉碎作業(yè)在陶瓷色料顆粒物料的加工過(guò)程中至關(guān)重要，是色料生產(chǎn)必需的工藝步驟。

了解顆粒粉碎的相關(guān)理論基礎(chǔ)和粉碎機(jī)理是實(shí)施有效粉碎的前提。

單個(gè)顆粒的粉碎

在粉碎過(guò)程中，單個(gè)陶瓷色料顆粒的粉碎往往是和其他顆粒的粉碎同時(shí)進(jìn)行的。由于難以區(qū)分哪些顆粒在粉碎過(guò)程中發(fā)生了粉碎，因此，采用產(chǎn)品的顆粒粒徑分布與原始物料的顆粒粒徑分布相比較的方法分析粉碎效果。為了了解顆粒被粉碎的基礎(chǔ)，應(yīng)首先了解單顆粒被施加一定應(yīng)力后， 發(fā)生粉碎的機(jī)理及其相關(guān)的概念。

1.顆粒的斷裂力學(xué)概念

在研究顆粒的斷裂機(jī)理時(shí)，有關(guān)專家提出了“斷裂物理學(xué)”和“斷裂力學(xué)”等概念作為材料科學(xué)和顆粒力學(xué)的分支。顆粒是多種多樣的，從小到大均存在缺陷。因此，由于顆粒及其性質(zhì)的多樣性，顆粒粉碎實(shí)質(zhì)上可用斷裂過(guò)程進(jìn)行描述。

一般認(rèn)為陶瓷色料顆粒是脆性物質(zhì)，其斷裂是由應(yīng)力引發(fā)應(yīng)變而產(chǎn)生的。斷裂理論認(rèn)為，材料的缺陷(裂紋等)可導(dǎo)致應(yīng)力在在缺陷邊緣、裂紋處集中。裂紋尖端（破碎點(diǎn)）在外應(yīng)力下具有結(jié)合強(qiáng)度不同的化學(xué)鍵，即使施加的應(yīng)力不足以克服屈服應(yīng)力，但卻可以提供足夠的能量使裂紋擴(kuò)展并產(chǎn)生新表面，當(dāng)裂紋尖端處的應(yīng)變可使新表面形成時(shí)，顆粒就發(fā)生斷裂。

權(quán)威試驗(yàn)結(jié)果證明：

顆粒的抗張強(qiáng)度由裂紋和缺陷決定，顆粒越小，則缺陷越少，其產(chǎn)生裂紋的臨界應(yīng)力越大。

顆粒越細(xì)，顆粒內(nèi)部越難產(chǎn)生裂紋，在不考慮裂紋分布和密度的情況下，小顆粒的破碎需要較大的應(yīng)力。

大量的研究實(shí)驗(yàn)和工業(yè)實(shí)踐證明，采用機(jī)械粉碎方法可以制備亞微米或納米級(jí)顆粒，尤其是對(duì)于脆性材料。如，通過(guò)實(shí)驗(yàn)型介質(zhì)攪拌濕法粉碎獲得了粒徑為20nm的氧化鋁顆粒，其粉碎顆粒的組成穩(wěn)定。

不同粉碎時(shí)間的粒度分布

研究發(fā)現(xiàn)，在研磨機(jī)中，不同大小顆粒的流動(dòng)特性比較相近，且與水的流動(dòng)特性也相似。主要的區(qū)別是操作條件，如流動(dòng)速率、介質(zhì)裝載量、介質(zhì)大小等影響著平均顆粒粉碎時(shí)間。另外，漿料密度、顆粒組成和介質(zhì)形狀等對(duì)粉碎時(shí)間也有影響。

顆粒粉碎環(huán)境

在顆粒被粉碎時(shí)，其化學(xué)鍵發(fā)生斷裂而產(chǎn)生新的表面，而新表面的生成又會(huì)促進(jìn)化學(xué)鍵的斷裂。顆粒的斷裂能與其表面化學(xué)活性有直接關(guān)系。

水的影響是最普遍的，可提高粉碎效率。另外，無(wú)機(jī)物離子和有機(jī)表面活性劑的加人也會(huì)產(chǎn)生較大影響。一般地， 適量的表面活性劑的加人可提高粉碎速率，而與顆粒表面不相容的化學(xué)添加劑則會(huì)降低粉碎速率。

濕法粉磨時(shí)通?？梢约尤艘恍┍砻婊钚詣┮愿纳蒲心バЧ?，而某些情況下，尤其是添加過(guò)量的有機(jī)表面活性劑，反而會(huì)降低粉磨速率。

在干法粉磨中，表面活性劑的應(yīng)用較為廣泛。另外，采用補(bǔ)充蒸汽(溫度250~350°C，工作壓力40MPa)于流態(tài)化氣流磨粉碎陶瓷色料，可有效地制備D97小于1. 2nm的顆粒。