第一章 特种陶瓷粉体的制备2(1)

向，已经达到一定粒度的粉末，随同废气排出。而粗的颗粒，
当它跟惯性分离器的的挡板碰撞后，即被弹开，落到下降气流 中。因它始终被抛向管壁的外侧，故一经转弯就立即下降。于 是下降气流把它们再次送到粉碎区域。如此循环不息，直到达 到一定粒度，被排出机外。物料在管道内—般要循环2000一
2500次。
第三节 特种陶瓷粉体的制备
某些瓷介质研磨体的性能。
材质 氧化铝磨 体 氧化锆磨 体 玛瑙磨体 主要成份 Al2O3 87%～ 96% 密度(g/cm3) 莫氏硬度 洛氏硬度 磨耗量
3.4～ 3.65
9
ZrO2 95%
SiO2
5.95
2.3 7.5
87
最恶劣条件 1/10万
ZTA磨体
Al2O3/ZrO2 = 4/1
4.2
92
最恶劣条件 1.5/10万
这种杂质有时可用酸洗的方法去掉。但当被磨原料也 与酸发生作用，或球磨筒和研磨体材料不与酸作用时，那 么这种杂质就很难去除。
滚筒球磨 机械粉 振动磨 粹法 行星磨 搅拌磨
气流磨 高能球磨
（一）滚筒式球磨机
滚筒式球磨机对粉料作的功： （1）磨球自由落体撞击功。 （2）球—球，球—内衬之间的滚动、碾压、磨擦功
球磨制粉的2个基本原则
1.动能准则：
提高磨球的动能 2.碰撞几率准则：
提高磨球的有效碰撞几率
球磨工艺方法 使用球磨机(滚筒式、行星式、搅拌式和振动式 等球磨机)，加磨球(钢球、玛瑙球、锆球等)与介 质(水、酒精等)，对原料进行机械混合或粉碎。 为了保证原材料的纯度，经常采用陶瓷作为衬里， 也可采用高分子聚合物材料作为衬里。
振磨工艺原理
5、振磨机的粉碎程度 当进料尺寸不大于 250μm，则成品料平均 细度可达2～5μm。球磨与振磨比较其粉碎粒度 要小得多，但是效率也较低。
（四）行星式球磨机
行星式球磨机是在一转盘上装有四个球磨罐，当转盘转动 时，球磨罐中心轴作行星运动，罐中磨球在高速运动中研 磨和混匀样品。
特点： 1. 进料粒度:18目左右；出料粒度：小于200目
会给粉体引入杂质。
合成法——由原子、离子、分子通过反应、成核和
成长、收集、后处理来获得微细颗粒的方法(化学
制粉)。
特点:纯度高、粒度可控，均匀性好，颗粒微细。
并且可以实现颗粒在分子级水平上的复合、均化。
合成法可得到性能优良的高纯、超细、组分均匀的

粉料，其粒径可达10nm以下，是一类很有前途的粉
体(尤其是多组分粉体)制备方法。但这类方法或需 要较复杂的设备，或制备工艺要求严格，因而成本 也较高。
很大影响。通常总装料量占磨筒空间的4／5。而原料、磨球、
水的重量比为1: (1.2-1.5) : (1.0-1.2)。
（5）球磨时间。 并非越长越好，一般为24～48小时，时间 长杂质混入较多。
（6）磨球与内衬的质料 常用的研磨体材料：氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）、 玛瑙（SiO2）、氧化锆增韧氧化铝、钢球等材料。下表给出了
（2）球磨过程可以使各组分混合更均匀（混合均匀）；
（3）由于粉末粒度变细，粉末颗粒内部的杂质暴露出来，有利 于粉料的净化（除杂）。
球磨制粉
球磨制粉包括四个基本要素：
球磨筒 磨球 研磨物料 研磨介质
基本原理：在球磨过程中，球磨筒将机械能 传递到筒内的球磨物料及介质上，相互间产 生正向冲击力、侧向挤压力、摩擦力等，当 这些复杂的外力作用到脆性粉末颗粒上时， 细化过程实质上就是大颗粒的不断解理过程； 如果粉末的塑性较强，则颗粒的细化过程较 为复杂，存在着磨削、变形、加工硬化、断 裂和冷焊等行为，不论何种性质的研磨物料， 提高球磨效率的基本原则是一致的。
振动频率与粉料比表面积的关系
③ 振动幅度 A
振动幅度加大，磨球的上抛高度加大，加强了磨球下落的冲 击力。
振磨工艺原理
粉料对振幅与振动频率的要求： (1) 较粗的粉料进行粉碎时需要较大冲击力， 因此要求振幅大，同时粉碎前期粉料较粗，因 而前期振幅要大以提高效率。
(2) 较细粉料的粉碎需要大量滚碾磨擦，因而
特点： 1.研磨时间短，效率高，是滚筒式的10倍； 2. 物料的分散性好，微米级的颗粒粒度非常均匀； 3. 能耗低，为滚筒式的1/4. 4. 生产中易于监控，温控极好。 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。
（三）振动球磨机
1、惯性式振动磨机基本结构
振动球磨机是由激振器产生的高频圆振动，使球磨机内的 研磨介质产生了由高速自转和低速公转组合的高强度旋转冲击 运动。这种复合运动对物料形成强力冲击破碎和研磨作用，一 般可将物料研磨到微米甚至亚微米级、粒度分布范围窄。
第三节
特种陶瓷粉体制备方法
特种陶瓷粉体的制备方法：物理制备方法和化 学合成法
机械球磨法（滚筒式球磨机、振
动磨、行星式研磨机等）
物理制备方法
气流粉碎法（气流磨） 物理气相沉积（PVD）法
第三节 特种陶瓷粉体制备方法 化学合成法：
固相法
热分解法
固相反应 火花放电 溶出法
化学气相反应法CVD
沉淀法
液 相 法
希望振动频率高些，破碎后期一般粉料较细，
因而破碎后期振动频率要高以提高效率。
振磨工艺原理
4、振磨工艺优缺点
优—粉料在单位时间内受研磨体的冲击与研磨作 用次数极大，其作用次数成千倍于球磨机，因此粉碎 效率很高。粉碎粒度细，混入杂质较少：一方面粉碎 是靠疲劳破坏而粉碎，另一方面由于研磨效率高，所 用时间短，因此减少了混入杂质的可能性。 缺 — 粒形较差，呈棱角，混合效果及均匀度较球 磨差。振动噪音大，机械零件易疲劳而损坏，装料尺 寸应小于250μm（60目筛）。
2、惯性式振动磨机粉碎原理
振动磨工作时电机带动主轴高速旋转，主轴上的偏 心重块产生的离心力迫使筒体振动。筒体内的装填 物由于振动不断地沿着与主轴转向相反的方向循环 运动，使物料不停地翻动。同时研磨体还做剧烈的 自转运动，并具有分层排列整齐的特点。特别是高 频时，研磨体运动剧烈，各层空隙扩大，几乎呈悬 浮状态。筒体内的物料剧烈且高频率的撞击和研磨 作用，首先产生疲劳裂纹并不断扩展最终破碎。
球磨工艺原理 磨球靠电动机产生离心力、摩擦力和地心引力 的共同作用，形成碰撞、循环翻动和自转等运动， 使介于其中的粉料受到冲击和摩擦研磨，从而达到 混合与粉碎细化。机械能转换为粉料的表面能和缺 陷能，能量转换过程。
第三节 特种陶瓷粉体的制备
球磨的最大缺点是研磨过程中，由于球与球(研磨体)、
球与筒、球与料以及料与筒之间的撞击、研磨，使球磨筒 和研磨球本身被磨损，磨损的物质进入原料成为杂质。
水热法
溶胶-凝胶法
喷雾法
气 相 法
气体中蒸发法PVD 化学气相凝聚法CVC 溅射法
蒸发溶剂热法
第三节
特种陶瓷粉体制备方法
粉碎法——由粗颗粒来获得细粉的方法，通常采用 机械粉碎(机械制粉)。现在已发展到采用气流粉碎 等。但是无论哪种粉碎方式，都不易制得粒径在1 微米以下的微细颗粒。机械混合制备多组分粉体工 艺简单、产量大。但得到的粉体组分分布不均匀， 特别是当某种组分很少的时候；而且这种方法常常
第三节 特种陶瓷粉体的制备
一、特种陶瓷粉末的机械制备法
以机械力使原材料变细的方法在陶瓷工业中应用也极为广
泛。陶瓷原料进行破碎有利于提高成型坯体质量，提高致
密程度并有利于烧结过程中各种物理化学反应的顺利进行， 降低烧成温度。 主要介绍两种：球磨法和气流粉碎法
第三节 特种陶瓷粉体的制备
1、球磨法
球磨法是十分常用的制取粉末的方法，但它也常常用来作为 成型前的粉末准备工序。球磨机是工业生产普遍使用的细碎 设备，也可用于混料。 球磨的目的： （1）提高原料粉的分散度、减小粒度（粉碎细化）；
滚筒式球磨工艺优缺点 优—设备简单，混合料均匀，粒形好（圆形）。 缺点—研磨体在有限高度泻落或抛落，产生撞击 力和磨剥力，作用强度较弱；筒体转速受临界转速 限制，即碾磨能力也受到限制；不起粉碎作用的惰 性区较广，间歇作业。
各种球磨机的粉碎程度 粗磨— 50～10μm 细磨— 10～2μm 超细磨— < 2μm
（最小粒度可达0.5微米） 2. 球磨罐转速快（不受罐体尺寸限制），球磨效率高， 公转：37-250r/min, 自转： 78-527r/min.
第三节 特种陶瓷粉体的制备
（五）气流粉碎
气流粉碎技术研究在国外已有近一个世纪的历史， 而我国是在 20世纪 80年代才开始研究，起步较晚。气 流粉碎又称冷流粉碎，能将物料粉碎到5微米以下。如果 用超音速气流来粉碎，粒度可达0.1-0.5微米。 最广泛使用的粉碎方法
用于无须化学反应时
获得粉体颗粒尺寸范围0.1~0.5m 粒度均匀
从喷嘴中射出的高速射流， 因体积膨胀而降低了压力， 加快了流速，更因为射流 的切向分速度，导致气流
带着物料在环形管中做快
速的循环流动。
管道式气流粉碎机结构示意图
含有物料的混合气流经过上升管道至弧形分级区域，混合气流
中的物料在离心力的作用下，根据颗粒粗细不同而自行排列： 粗颗粒靠向管道的外侧，细颗粒靠向内侧。这样分布在向内侧 逐渐减小的不同半径上，形成层流。 当混合气流经过弧形分级区域到达出口处时，气流突然改变方
2、气流磨粉碎机粉碎原理 3、气流磨工艺优缺点 优点：（1）干磨式粉碎，粉碎平均粒径大约1μm，粒度 分布狭窄陡直； （2）可以连续操作，产量大、效率高。机械磨损少，很 适合对坚硬物料（莫氏硬度9.5）的加工。 （3）因为没有研磨体，物料不会受到污染； 缺点：粉尘多、噪音较大，对环境有污染。由于粉碎过程 中物料与气流充分接触，粉碎后物料吸附的气体很多，且 表面十分发达，所以粉末使用前要排除吸附的气体。
振磨工艺原理
3、影响振磨效率的主要因素