无机盐生产造粒课件.ppt

1、材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction第二章 造粒材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban ConstructionContents4造粒和分类造粒和分类1235造粒的意义造粒的意义粒化过程粒化过程造粒方法造粒方法粒化工艺粒化工艺材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction造粒的定义造粒的定义造粒是把粉末、熔融液、水溶液等状态的物料造粒是把粉末、熔融液、水溶液等状态的物料经加工制成具有一定形状与大小粒状物的操作经加工制成具有一定形状与大小粒状物的操作材料科学与工

2、程系Tianjin Institute of Urban Construction第一节第一节 造粒和分类造粒和分类 一、造粒的目的一、造粒的目的1、防止成分分离，有利于改善物理化学反、防止成分分离，有利于改善物理化学反应的条件；应的条件；2、定量地使用多种原料，便于计量和配料、定量地使用多种原料，便于计量和配料（例如医药用的片剂，机立窑煅烧水泥的（例如医药用的片剂，机立窑煅烧水泥的生料球等）；生料球等）；3、改善产品的性能，提高技术经济效果；、改善产品的性能，提高技术经济效果；4、提高物料的流动性，便于输送和贮存；、提高物料的流动性，便于输送和贮存；5、保持混合物的均匀度在贮存、输送和包、保

3、持混合物的均匀度在贮存、输送和包装过程中不发生变化；装过程中不发生变化；6、将粉体制造各种形状的产品等。、将粉体制造各种形状的产品等。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction （一）自给式造粒 （二）强制式造粒第一节第一节 造粒和分类造粒和分类 一、造粒的分类一、造粒的分类材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction第二节第二节 粉粒体的性质粉粒体的性质 一、粉粒体简介 二、粉粒体的粒度及分布、测定 三、比表面 四、粉粒体的密度及孔隙率 五、粉粒体的流动性材料科学与工程系Tianjin In

4、stitute of Urban Construction第三节第三节 造粒操作造粒操作 一、粒化的三个阶段 二、粉体的凝集状态 三、自给式造粒原理 四、强制式造粒机理材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction一、粒化的三个阶段形成薄膜水形成薄膜水形成毛细水形成毛细水进一步湿润进一步湿润毛细作用力毛细作用力使两个或多使两个或多个颗粒形成个颗粒形成小球小球球内颗粒重新排列、球内颗粒重新排列、密集、形成结实稳定密集、形成结实稳定的小球（母球）的小球（母球）进一步湿润进一步湿润机械力作用机械力作用 母球仍然是多孔的，它内部包含有固体、液体母球仍然是

5、多孔的，它内部包含有固体、液体和气体三个相，它的稳定性取决于粉体的粒度和粒和气体三个相，它的稳定性取决于粉体的粒度和粒度组成，以及颗粒的形状和亲水性度组成，以及颗粒的形状和亲水性。 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction 母球在滚动过程中，彼此碰撞，使得内部颗粒母球在滚动过程中，彼此碰撞，使得内部颗粒之间毛细管形状发生变化，颗粒排列密集，毛细之间毛细管形状发生变化，颗粒排列密集，毛细管收缩，蜂窝状毛细水变为饱和毛细水，一部分管收缩，蜂窝状毛细水变为饱和毛细水，一部分水被挤到母球表面上来，这时母球可以以三种机水被挤到母球表面上来，这时母球可

6、以以三种机理长大。理长大。 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction（b）在生产中将湿料均匀不断地加进造球机，表面含水较高的母球，在滚动中遇到粉矿，便将矿粉粘在表层，小球互相碰撞，将新粘上的一层湿矿粉压紧，毛细管中的水，被挤到表面上来，又可粘结新的一层矿粉，如果水分不足，可以向小球表面洒水，如此反复，使母球长大，被称做成层机理成层机理。（a）母球水分较高，而且塑性较好，它们互相结合在一起，使生球迅速长大，被称做聚结机理聚结机理。 在工业生产中如果将一大批湿料倾入造球机中，或者精矿粉粒度极细，亲水性极强，母球多靠聚结机理长大。材料科学与工程系

7、Tianjin Institute of Urban Construction（c）小球在造球机中运动，总有少数球由于强度不够，水分较低等原因，发生破损及开裂，产生的碎片，粘附在另一个球上，被称做磨剥转移机理转移机理。 由细粉粒到生成母球，再到具有一定尺寸的生球，其成长机理，不外以上三种。至于以哪一种机理为主，则取决于原料性质和造球工艺条件。 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction 当母球长大到要求的尺寸，应当停止补充加水润湿，使生球在造球机内滚动一定时间，由于相互碰撞的结果，使生球内部颗粒排列得更加紧密，为成球得第三步。 生球滚动过程中

8、机械力的作用会使内部颗粒发生选择性的按最大接触面排列，颗粒相互靠近，毛细管直径缩小，甚至可以达到颗粒表面薄膜水层相互连接。 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction 。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction粉粒体结合力粉粒体结合力固体颗粒固体颗粒间的引力间的引力液体架桥液体架桥和毛细管和毛细管力力粘结力与粘粘结力与粘附力附力颗粒间的颗粒间的固体桥固体桥机械咬机械咬合力合力5、颗粒因形状或表面原因引起的相互镶嵌、交错。4、在一定温度条件下颗粒相互接触点上因分子扩散形成的连接。1. 范德华

9、力、静电力、磁场力2.有液体存在的条件下，颗粒间的毛细管力产生颗粒间的吸引压力形成连接。3、粘结剂在颗粒表面形成薄膜层材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction粉粒体粒子间的凝集状态粉粒体粒子间的凝集状态 1、干燥粉体 2、湿润粉体 3、含有特殊粉结核的机体 4、粉体由于烧结、烧固、结晶析出、化学反应及其它原因形成的固相架桥现象，成为坚硬的凝集造粒物。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction第五节第五节 几种常用造粒法介绍几种常用造粒法介绍材料科学与工程系Tianjin Institute

10、 of Urban Construction造粒方法造粒方法压缩造粒法挤压造粒法破碎造粒法凝聚造粒法喷雾干燥造粒流化喷雾造粒常见的造粒方法主要有：材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction压缩造粒法压缩造粒法 压缩造粒法是将混合好的原料粉体放在对辊间或一形状的封闭压模中，通过外部施加压力使粉体团聚成型。 优点：颗粒形状规则、均一、致密度高、所需粘结剂用量少、造粒水分低。 缺点：生产能力低，模具磨损大，所制备的颗粒粒径有一定下限。 压缩造粒机械：压粒机、辊式压粒机。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Const

11、ruction压缩造粒机理压缩造粒机理1、密实填充：随着外部压力增大，粉体中原始微粒中的空隙不断减小，颗粒达到了原始微粒尺度上的重新排列和密实化。2、原始微粒弹性变形，因相对位移产生表面破坏。3、外部压力继续增大，相邻微粒界面上产生原子扩散或化学键合。在粘结剂作用下微粒间形成牢固的结合。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction重型压块机重型压块机材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction挤压造粒法挤压造粒法 挤压造粒法是用螺旋、活塞、辊轮、回转叶片对加湿的粉体加压，并从设计的网板孔中挤出。

12、 优点：颗粒截面规则、均一，生产量大。 缺点：模具磨损严重，颗粒长度和端面形状不能精确控制。 挤压造粒设备：螺旋挤压式、旋转挤压式、摇摆挤压式。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction过筛过筛 流程：流程： 制粒设备：制粒设备：槽式混合机、摇摆式颗粒机、旋槽式混合机、摇摆式颗粒机、旋转挤压式制粒机、螺旋机压式制粒机转挤压式制粒机、螺旋机压式制粒机轻握成轻握成团、轻团、轻压即散压即散粘合剂或粘合剂或湿润剂湿润剂制软材制软材湿颗粒湿颗粒干颗粒干颗粒原辅料原辅料挤压过筛挤压过筛材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban

13、Construction挤压制粒的常用设备材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction摇摆式制粒机摇摆式制粒机材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction破碎、滚动造粒法破碎、滚动造粒法 破碎造粒法：先将物料破碎，再粉碎，从而凝聚成粒子。 凝聚造粒法（也称滚动造粒），含少量液体的粉体，因液体表面张力作用而凝聚，用搅拌、转动、振动或气流式干粉体流动，添加适量液体粘结剂后，可像滚雪球似的使制成的粒子长大。 缺点：颗粒密度不高，难以制备粒径较小的颗粒。 常用设备：盘式成球机。材料科学与工程系Tianj

14、in Institute of Urban Construction2.2.转动（搅拌）造粒法转动（搅拌）造粒法 搅拌法造粒是将某种液体或粘结剂渗入固态细粉末中并适当地搅拌，使液体和固态细粉末相互密切接触，产生粘结力而形成团粒。最常用的搅拌方法是通过圆盘、锥形或筒形转鼓回转时的翻动、滚动以及帘式垂落运动来完成。根据成型方式又可分为滚动团粒、混合团粒及粉末成团。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction优点：优点： 成型设备结构简单，单机产量大，所形成的颗粒易快速溶解、湿透性强。缺点：缺点： 颗粒均匀性不好，所形成的颗粒强度较低。 目前这类设备

15、单机处理能力最大可达500吨小时，颗粒直径最大可到600毫米，多适用于选矿业、化肥、精细化工、食品等领域。 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction转动（搅拌）制粒转动（搅拌）制粒 流程：流程： 制粒设备：制粒设备：圆筒旋转制粒机、倾斜转动制粒、圆筒旋转制粒机、倾斜转动制粒、糖衣锅、离心制粒机等糖衣锅、离心制粒机等搅拌、转动、摇动搅拌、转动、摇动原辅料原辅料粘合剂或粘合剂或湿润剂湿润剂湿颗粒湿颗粒干颗粒干颗粒材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction圆筒造粒机圆筒造粒机(筒内设有加水装置）

16、筒内设有加水装置）圆盘造粒机圆盘造粒机材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction当圆盘直径、转速、倾角一定时，不同直径的球粒，脱离角当圆盘直径、转速、倾角一定时，不同直径的球粒，脱离角不同，原因是物料与球粒在滚动成型的不同阶段的摩擦系数不同，原因是物料与球粒在滚动成型的不同阶段的摩擦系数变化所致。变化所致。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction高速制粒高速制粒 流程：流程： 制粒设备：制粒设备：

17、高速搅拌制粒机高速搅拌制粒机搅拌浆搅拌浆切割刀切割刀原辅料原辅料粘合剂或粘合剂或湿润剂湿润剂大颗粒大颗粒切成小颗粒切成小颗粒干颗粒干颗粒材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction高速搅拌制粒机高速搅拌制粒机材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction3.3.沸腾造粒法沸腾造粒法 沸腾造粒法在几种方法中效率最高。其原理是利用从设备底部吹入的风力将粉粒浮起与上部喷枪喷出的浆液充分接触后相互碰撞而结合成颗粒。 特点：特点：用此种方法生产出的颗粒较为疏松，真球度及表面光洁度都很差，适于制造要求不高的颗

18、粒或为其它制剂做前期加工。 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction 该方法即在沸腾造粒筒的下部中央配置一小直径的芯筒或称隔离筒，将底部热风通风孔板的通风面积分布为中心大四周小而形成中心热风流量大于四周的状态。在不同风力的作用下，颗粒在筒中从芯筒中间上浮与装在上部中央的喷枪喷出的粘结剂接触，再与上部落下的粉料粘结后由芯筒外部沉降下来，形成颗粒的上下循环流动，达到使颗粒均匀长大的目的。 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction流化沸腾制粒法流化沸腾制粒法 流程：流程： 设备：设备：流化床制

19、粒机流化床制粒机沸腾状态沸腾状态原辅料原辅料粘合剂或粘合剂或湿润剂湿润剂湿颗粒湿颗粒干颗粒干颗粒材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction 利用物料粉末粒子，在原利用物料粉末粒子，在原料容器料容器( (流化床流化床) )中呈环形流化中呈环形流化状态，受到经过净化后的加热状态，受到经过净化后的加热空气预热和混合，将粘合剂溶空气预热和混合，将粘合剂溶液雾化喷入，使若干粒子聚集液雾化喷入，使若干粒子聚集成含有粘合剂的团粒，由于热成含有粘合剂的团粒，由于热空气对物料的不断干燥，使团空气对物料的不断干燥，使团粒中水分蒸发，粘台剂凝固，粒中水分蒸发，粘台

20、剂凝固，此过程不断重复进行，形成理此过程不断重复进行，形成理想的、均匀的多微孔球状颗粒。想的、均匀的多微孔球状颗粒。流化床制粒机流化床制粒机材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction4.4.喷雾干燥造粒法喷雾干燥造粒法 喷雾干燥法是将浓缩的浆液通过喷嘴或离心转盘喷出形成微小液滴，在高温热风的作用下，水分迅速蒸发形成干燥颗粒。 特点：此种方法生产出的颗粒带有水分蒸发时留下的空隙，同样比较疏松，虽然可以连续生产，但产量较低，而且设备庞大，同时需要前期萃取

21、、过滤、浓缩等一系列处理设备配套。 此种方法适于制造速溶类食品或中药制剂。 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction喷雾干燥造粒法喷雾干燥造粒法雾气接触过程雾气接触过程喷雾过程喷雾过程干燥过程干燥过程产品收集过程产品收集过程材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction喷雾干燥制粒喷雾干燥制粒 流程：流程： 设备设备: : 喷雾干燥器喷雾干燥器原辅料原辅料粘合剂或粘合剂或湿润剂湿润剂混合浆混合浆液滴液滴干颗粒干颗粒雾化器雾化器材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban

22、 Construction喷雾制粒喷雾制粒机材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction喷雾干燥制粒机材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction流化喷雾造粒法流化喷雾造粒法材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction第五节第五节 微细化技术发展微细化技术发展 一、概述在常态下以较细粉粒状态存在的物料，称为粉体物料。材料科学与工程系Tianjin Ins

23、titute of Urban Construction二、粉体的超乡微化加工二、粉体的超乡微化加工 （一）机械加工方法材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.3.1 机械冲击式粉碎（破碎） 一、鄂式破碎机 (a) 简单摆动型 (b)复杂摆动摆动型 (c)综合摆动型1-定颚；2-动颚；3-推动板；4-连杆；5-偏心轴；6-悬挂轴n主要用于块状料的前级处理。n设备结构简单，操作方便，产量高。 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction二、圆锥破碎机 n按用途可分为粗碎（旋回破碎机）和细碎

24、（菌形破碎机）两种n按结构又可分为悬挂式和托轴式两种。n圆锥破碎机的优点是： 产能力大，破碎比大， 单位电耗低。n缺点是：构造复杂，投资费用大，检修维护较困难。 1-动锥；2-定锥；3-破碎后的物料；4-破碎腔材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction三、锤式破碎机锤式破碎机的主要工作部件为带有锤子的转子。通过高速转动的锤子对物料的冲击作用进行粉碎。由于各种脆性物料的抗冲击性差，因此，在作用原理上这种破碎机是较合理的。锤式破碎机的优点是生产能力高，破碎比大，电耗低，机械结构简单，紧凑轻便，投资费用少，管理方便。缺点是：粉碎坚硬物料时锤子和篦条

25、磨损较大，金属消耗较大，检修时间较长，需均匀喂料，粉碎粘湿物料时生产能力降低明显，甚至因堵塞而停机。为避免堵塞，被粉碎物料的含水量应不超过10%15。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction四、反击式破碎机反击式破碎机的破碎作用：(1)自由破碎(2)反弹破碎 (3)铣削破碎 锤式破碎机和反击式破碎机主要是利用高速冲击能量的作用使物料在自由状态下沿其脆弱面破坏，因而粉碎效率高，产品粒度多呈立方块状，尤其适合于粉碎石灰石等脆性物。1-高速转子；2-板锤；3-反击板材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Constr

26、uction五、轮碾机n在轮碾机中，物料原料在碾盘与碾轮之间的相对滑动及碾轮的重力作用下被研磨压碎。碾轮越重尺寸越大，粉碎力越强。n轮碾机常可分为轮转式和盘转式两种 用作破碎时，产品的平均尺寸为38mm；粉磨时为0.30.5mm。轮碾机粉碎效率较低，但它在粉磨过程中同时具有破揉和混合作用，从而可改善物料的工艺性能；同时碾盘的碾轮均可用石材制作，能避免粉碎过程中出铁质掺入而造成物料的污染；另外，可较方便地控制产品的粒度。16-固定小刮板；17-固定大刮板；18-刮板架；19-栏杆 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.3.2 球磨粉碎1

27、-电动机；2-离合器操纵杆；3-减速器；4-摩擦离合器；5-大齿圈；6-筒身；7-加料口；8-端盖；9-旋塞阀；10-卸料管；11-主轴头；12-轴承座；13-机座；14-衬板；15-研磨n当筒体旋转时带动研磨体旋转，靠离心力和摩擦力的作用，将磨球带到一定高度。当离心力小于其自身重量时，研磨体下落，冲击下部研体及筒壁，而介于其间的粉料便受到冲击和研磨。n球磨机对粉料的作用可以分成两个部分。一是研磨体之间和研磨体与筒体之间的研磨作用；二是研磨体下落时的冲击作用。 n进料粒度为6mm，球磨细度为1.50.075 mm。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Const

28、ruction影响粉碎效率因素球磨机的转速；研磨体的比重、大小及形状；球磨方式（球磨方式有湿法和干法两种）；装料方式；球磨机直径；球磨机内衬的材质。一般情况下用不同大小的瓷球研磨普通陶瓷坯料时，料：球：水的比例约为1: (1.52.0): (0.81.2)。目前生产中趋向于增多磨球，减少水分，从而提高研磨效率的方法。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.3.3 行星式研磨行星式研磨有以下显著特点：n（1）进料粒度：980 m左右；出料粒度：小于74 m (最小粒 度可达0.5m)。n（2）球磨罐转速快(不为罐体尺寸所限制)，球磨效率高

29、。公转：37250 r/min，自转78527 r/min。n（3）结构紧凑，操作方便。密封取样，安全可靠，噪声低，无污染，无损耗。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.3.4 振动粉碎粉碎原理：振动粉碎是利用研磨体在磨机内作高频振动而将物料粉碎的。进料粒度一般在2mm以下，出料粒度小于60m (干磨最细粒度可达5 m，湿磨可达1 m，甚至可达0.1m)。振动粉碎效率的影响因素na、频率和振幅nb、研磨体的比重、大 小、数量nc、添加剂 振动频率与粉料比表面积的关系 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban

30、 Construction2.3.5 行星式振动粉碎粉碎原理：行星式振动磨的磨筒既作行星运动，同时又发生振动。磨筒内部的粉磨介质处在离心力场之中，既在一定高度上抛落或泻落，又不断发生振动，其加速度可以达到重力加速度的数十倍乃至数百倍，在这一过程中，对物料施加强烈的碰击力和磨剥力，从而使物料粉碎。行星式振动磨示意图材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.3.6 雷蒙磨粉碎过程：物料由机体侧部通过给料机和溜槽给入机内，在辊子和磨环之间受到粉碎作用。气流从磨环下部以切线方向吹入，经过辊子同圆盘之间的粉碎区，夹带微粉排入盘磨机上部的风力分级机中

31、。梅花架上悬有35个辊子，绕集体中心轴线公转。公转产生离心力，辊子向外张开，压紧磨环并在其上面滚动。给入磨机内的物料由铲刀铲起并送入辊子与磨环之间进行磨碎。铲刀与梅花架连接在一起，每个辊子前面有一把倾斜安装的铲刀，可使物料连续送至辊子与磨环之间。破碎的物料又经排放风机和分离器进行粒度分级处理, 大颗粒重新回到磨机破碎, 合格产品则被排出。出料粒度一般在325目400目之间。 1 梅花架； 2 辊子； 3 磨环； 4 铲刀； 5 给料部； 6 返回风箱；7 排料部 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.3.7 气流粉碎扁平式气流粉碎机管

32、道式气流粉碎机 1顶盖；2管子；3盖板；4管子；5缝隙通道；6导向环；7环；8底板；9喷嘴；10磨室；11管子；12出料口材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.3.7 气流粉碎粉碎原理：利用高压流体(压缩空气或过热蒸汽)作为介质，将其高速通过细的喷嘴射入粉碎室内，此时气流体积突然膨胀、压力降低、流速急剧增大(可以达到音速或超音速)，物料在高速气流的作用下，相互撞击、摩擦、剪切而迅速破碎，然后自动分级，达到细度的颗粒被排出磨机。粗颗粒将进一步循环、粉碎，直至达到细度要求。n进料粒度约在0.1 mm之间， 出料细度可达m左右。n优点：不需

33、要任何固体研磨介质，故可以保证物料的纯度；在粉碎过程中，颗粒能自动分级，粒度较均匀；能够连续操作，有利于生产自动化。n缺点是耗电量大，附属设备多；干磨时，噪音和粉尘都较大。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.3.8 搅拌磨粉碎 连续湿式搅拌磨 间歇干式搅拌磨进料粒度应在1 mm以下，出料粒度为0.1 m。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction搅拌磨又称摩擦磨、砂磨，是较先进的粉磨方法，其粉碎原理与球磨类似。 适于制备轧膜成型和流延法成型用的浆料。 n搅拌研磨具有下列特点：n(1

34、)研磨时间短、研磨效率高，是滚筒式磨的10倍。n(2)物料的分散性好，微米级颗粒粒度分布非常均匀。n(3)能耗低，为滚筒式磨机的l/4。n(4)生产中易于监控，温控极好。n(5)对于研磨铁氧体磁性材料，可直接用金属磨筒及钢球介质进行研磨。n进料粒度应在1 mm以下，出料粒度为0.1 m。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.3.9 胶体磨粉碎n粉碎原理：利用固定磨子(定子)和高速旋转磨体(转子)的相对运动产生强烈的剪切、摩擦和冲击等力。被处理的料浆通过两磨体之间的微小间隙，在上述各力及高频振动的作用下被有效地粉碎、混合、乳化及微粒化。

35、胶体磨的主要特点如下：（1）可在较短时间内对颗粒、聚合体或悬浊液等进行粉碎、分散、均匀混合、乳化处理；处理后的产品粒度可达几微米甚至亚微米。（2）由于两磨体间隙可调(最小可达1m)，因此，易子控制产品粒度。（3）结构简单，操作维护方便，占地面积小。（4）由于固定磨体和高速旋转磨体的间隙小，因此加工精度高。n进料粒度为1mm，出料粒度可达1m以下。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.3.10 高能球磨粉碎粉碎原理：利用球磨的转动或振动，使硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把粉末粉碎为纳米级微粒的方法。如果将两种或两种以上粉末同时放

36、入球磨罐中进行高能球磨，粉末颗粒经压延、压合、碾碎、再压合的反复过程(冷焊粉碎冷焊的反复进行)，最后获得组织和成分分布均匀的合金粉末。高能球磨的特点：磨球运动速度较大，使粉末产生塑性形变及固相形变，而传统的球磨工艺只对粉末起混合均匀的作用；球磨过程中还会发生机械能与化学能的转换，致使材料发生结构变化、化学变化及物理化学变化。影响高能球磨效率和机械力化学作用的主要因素有：原料性质、球磨强度、球磨环境、球磨气氛、球料比、球磨时间和球磨温度等。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.3.11 助磨剂粉碎原理：助磨剂通常是一种表面活性剂，它由亲

37、水基团（如羧基COOH，羟基OH）和憎水的非极性基团（如烃链）组成。在粉碎过程中，助磨剂的亲水集团易紧密地吸附在颗粒表面，憎水集团则一致排列向外，从而使粉体颗粒的表面能降低。而助磨剂进入粒子的微裂缝中，积蓄破坏应力，产生劈裂作用，从而提高研磨效率。表面活性物质对钛酸钙瓷料比表面积的影响 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction常用助磨剂：液体助磨剂如醇类（甲醇、丙三醇）、胺类（三乙醇胺、二异丙醇胺）、油酸及有机酸的无机盐类（可溶性质素磺酸钙、环烷酸钙）气体助磨剂如丙酮气体、惰性气体固体助磨剂如六偏磷酸钠、硬脂酸钠或钙、硬脂酸、滑石粉等。助磨

38、剂选择：一般来说，助磨剂与物料的润湿性愈好，则助磨作用愈大。当细碎酸性物料（如二氧化硅、二氧化钛、二氧化钴）时，可选用碱性表面活性物质，如羧甲基纤维素、三羟乙基胺磷脂等；当细碎碱性物料（如钡、钙、镁的钛酸盐及镁酸盐铝酸盐等）时，可选用酸性表面活性物质（如环烷基、脂肪酸及石蜡等）。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction（二）物理-化学加工方法1 固相法 一、 热分解反应法热分解反应基本形式(S代表固相，G代表气相)： SlS2十G1 很多金属的硫酸盐、硝酸盐等，都可以通过热分解法而获得特种陶瓷用氧化物粉末。如将硫酸铝铵（Al2(NH4)2(

39、SO4)424H2O）在空气中进行热分解，即可制备出Al2O3粉末。利用有机酸盐制备粉体，优点是：有机酸盐易于金属提纯，容易制成含两种以上金属的复合盐，分解温度比较低，产生的气体组成为C、H、O。如草酸盐的热分解。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction二、 化合反应法两种或两种以上的固体粉末，经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末，有时也伴随气体逸出。化合反应的基本形式： A(s)+B(s)C(s)+D(g)钛酸钡粉末、尖晶石粉末、莫来石粉末的合成都是化学反应法： BaCO3+TiO2BaTiO3+CO2 Al2O3+Mg

40、OMgAlO4 3Al2O3+2SiO23Al2O32SiO2 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction三、 氧化还原法 非氧化物特种陶瓷的原料粉末多采用氧化物还原方法制备。或者还原碳化，或者还原氮化。如SiC、Si3N4等粉末的制备。SiC粉末的制备：将SiO2与碳粉混合，在14601600的加热条件下，逐步还原碳化。其大致历程如下： SiO2 + C SiO+CO (2-25) SiO + 2C SiC+CO (2-26) SiO + C Si+CO (2-27) Si + C SiC (2-28)Si3N4粉末的制备：在N2条件下，通

41、过SiO2与C的还原-氮化。反应温度在1600附近。其基本反应如下： 3SiO2+6C+2N2 Si3N4+6CO (2-29)材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2 液相法液相法是目前实验室和工业上最为广泛的合成超微粉体材料的方法。与固相法比较，液相法可以在反应过程中利用多种精制手段；另外，通过所得到的超微沉淀物，很容易制取各种反应活性好的超微粉体材料。液相法制备超微粉体材料可简单地分为物理法和化学法两大类。物理法是从水溶液中迅速析出金属盐，一般是将溶解度高的盐的水溶液雾化成小液滴，使液滴中的盐类呈球状迅速析出，然后将这些微细的粉末状

42、盐类加热分解，即得到氧化物超微粉体材料。化学法是通过溶液中反应生成沉淀，通常是使溶液通过加水分解或离子反应生成沉淀物，如氢氧化物、草酸盐、碳酸盐、氧化物、氮化物等，将沉淀加热分解后，可制成超微粉体材料。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction一、沉淀法（1）直接沉淀法 采用直接沉淀法合成BaTiO3微粉：a. 将Ba (OC3H7)2和Ti (OC5 H11)4溶解在异丙醇或苯中，加水分解（水解），就能得到颗粒直径为515 nm（凝聚体的大小 1m）的结晶性较好的、化学计量的BaTiO3微粉。b. 在Ba (OH)2水溶液中滴入Ti (OR

43、)4 (R：丙基)后也能得到高纯度的、平均颗粒直径为10 mm左右的、化学计量比的BaTiO3微粉。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction（2）均匀沉淀法均匀沉淀法是利用某一化学反应，使溶液中的构晶离子（构晶负离子或构晶正离子）由溶液中缓慢、均匀地产生出来的方法。均匀沉淀法有两种： 溶液中的沉淀剂发生缓慢的化学反应，导致氢离子浓度变化和溶液PH值的升高，使产物溶解度逐渐下降而析出沉淀。 沉淀剂在溶液中反应释放沉淀离子，使沉淀离子的浓度升高而析出沉淀。例：随着尿素水溶液的温度逐渐升高至70附近，尿素会发生分解，即： (NH2)2CO十3H2

44、O2NH4OH十CO2 (2-30) 由此生成的沉淀剂NH4OH在金属盐的溶液中分布均匀，浓度低，使得沉淀物均匀地生成。由于尿素的分解速度受加热温度和尿素浓度的控制，因此可以使尿素分解速度降得很低。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction（3）共沉淀法共沉淀法是在混合的金属盐溶液(含有两种或两种以上的金属离子)中加入合适的沉淀剂，反应生成组成均匀的沉淀，沉淀热分解得到高纯超微粉体材料。共沉淀法的关键在于保证沉淀物在原子或分子尺度上均匀混合。例：四方氧化锆或全稳定立方氧化锆的共沉淀制备。以ZrOCl2 8H2O和Y2O3(化学纯)为原料来制备

45、ZrO2-Y2O3的纳米粉体的过程如下：Y2O3用盐酸溶解得到YCl3，然后将ZrOCl28H2O和YCl3配制成定浓度的混合溶液，在其中加NH4OH后便有Zr(OH)4和Y(OH)3的沉淀粒子缓慢形成。反应式如下： ZrOCl2+2NH4OH+H2OZr（OH）4+2NH4Cl (2-31) YCl3+3NH4OHY（OH）3+ 3NH4Cl (2-32) 得到的氢氧化物共沉淀物经洗涤、脱水、煅烧可得到具有很好烧结活性的ZrO2（ Y2O3）微粒。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction二、水解法n醇盐水解制备超微粉体的工艺过程包括两部分

46、，即水解沉淀法和溶胶凝胶法。n金属醇盐是用金属元素置换醇中羟基的氢的化合物总称，通式为M(OR)n，其中M代表金属元素，R是烷基（羟基）。金属醇盐由金属或者金属卤化物与醇反应合成，它很容易和水反应生成氧化物、氢氧化物和水化物。氢氧化物和其它水化物经煅烧后可以转化为氧化物粉体。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction醇盐水解法的特点： 水解过程中不需要添加碱，因此不存在有害负离子和碱金属离子； 反应条件温和、操作简单产品纯度高； 制备的超微粉体具有较大的活性； 粉体粒子通常呈单分散状态，在成型体中表现出良好的填充性； 具有良好的低温烧结性能。

47、醇盐水解法的缺点是成本昂贵。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction溶胶-凝胶法是指将金属氧化物或氢氧化物的溶胶变为凝胶，再经干燥、煅烧，制得氧化物粉末的方法。即先造成微细颗粒悬浮在水溶液中（溶胶），再将溶胶滴入一种能脱水的溶剂中使粒子凝聚成胶体状，即凝胶，然后除去溶剂或让溶质沉淀下来。溶液的pH值、溶液的离子或分子浓度、反应温度和时间是控制溶胶凝胶化的四个主要参数。溶胶凝胶法优点：通过受控水解反应能够合成亚微米级（0.1 m1.0 m）、球状、粒度分布范围窄、物团聚或少团聚且无定形态的超细氧化物陶瓷粉体，并能加速粉体再烧成过程中的动力学过

48、程，降低烧成温度。三、溶胶凝胶法材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction溶胶-凝胶法制备陶瓷粉体-Sol-gel method for ceramic powder材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction1、溶胶凝胶法、溶胶凝胶法 用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。材料科学与工程系Tianjin

49、 Institute of Urban Construction2、溶胶凝胶法基本原理、溶胶凝胶法基本原理 溶胶凝胶法的主要步骤为将酯类化合物或金属醇盐溶于有机溶剂中，形成均匀的溶液，然后加入其他组分，在一定温度下反应形成凝胶，最后经干燥处理制成产品 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction2.1水解反应水解反应 金属盐在水中的性质受金属离子半径，电负性，配位数等因素影响，如Si、Al盐，它们溶解于纯水中常电离出Mn+，并溶剂化3。水解反应平衡关系随溶液的酸度，相应的电荷转移量等条件的不同而不同。有时电离析出的Mn+又可以形成氢氧桥键合。

50、水解反应：M(OR)n H2O M (OH)x(OR)n-x xROH 材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction 2.2聚合反应聚合反应 MOH HOM MOM+H2O ； MOR + HOM MOM+ROH 。材料科学与工程系Tianjin Institute of Urban Construction3 溶胶凝胶法工艺过程溶胶凝胶法工艺过程 在Sol-Gel的全过程中，金属醇盐、溶剂、水及催化剂组成均相溶液，由水解缩聚而形成均相溶胶；进一步陈化成为湿凝胶；经过蒸发除去溶剂或蒸发分别得到气凝胶或干凝胶，后者经烧结得到致密的陶瓷体。同时，均