現今，微納粉體在各個領域行業(yè)應用廣泛，相關微納粉體技術的重要性十分顯著。粉體在粉碎機中粉碎具有隨機性，會生成大小不一的細微粉體顆粒。隨著顆粒粒度不斷變小，其比表面積和比表面能都在不斷增大，進而增加了細微顆粒間的團聚趨勢。當顆粒達到粉碎極限（粉體粉碎與團聚為動態(tài)平衡狀態(tài)）時，物料粉體中包含粗顆粒和細顆粒，但無法通過破碎的方法將其粒徑再減小。為了解決粉碎極限問題、提高粉碎效率和降低能耗，其最重要的方法是將分級設備與粉碎設備相互配合，即在粉碎過程中及時分離出合格的細粒級產品，不僅可提高粉體產品質量，而且能避免粉碎過程中合格粒度的產品在磨機中過度粉碎。故制備超細粉體的工藝理論主要涉及兩個方面∶粉體破碎理論和粉體分級理論。

粉碎的基本概念

粉碎是指固體物料在外力（如人力、機械力、熱核力等）作用下，克服顆粒內的內聚力使物料的粒度減小、比表面積增大的過程。根據原料粒度以及 產品粒度大小的不同，將粉碎分為破碎和粉磨，大塊物料破碎為小塊物料的過程稱為破碎，小塊物料粉碎為細粉的過程稱為粉磨，具體分類如表2-1所示。破碎和粉磨之間的界限并不明顯，有時也將細磨稱為超細粉碎。

表2-1 粉碎的類型

粉碎比

定義原始物料的顆粒粒度為D，粉碎后粒度為d，將比值i=D/d稱為粉碎比，用于物料破碎時稱為破碎比。粉碎比用來描述物料粉碎前后粒度變化的程度，比較各種粉碎機械的粉碎能力。般來說，破碎機的破碎比為3~100，粉磨機的粉碎比為500~1000或更大。

粉碎通常為多段粉碎，即將多 臺粉碎設備串聯使用，總粉碎比i與各級粉碎比i，i2，…，in之間有以下關系∶

粉碎段數增加會導致粉碎流程復雜化，同時增加設備的檢修工作量。因此在滿足生產要求的前提下，粉碎段數越少越好，粉碎或粉磨的段數不應超過4段。

與粉碎相關的參數

（1）強度

強度是指固體物料抵抗外力破壞的能力，表現為物料粉碎的難易程度。材料強度表示為物料單位面積上的受力大小，材料強度根據破壞方式的不同可分為抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度和剪切強度等。

圖2-1 原子間的距離和原子間的作用力

材料的理論強度是指不含任何缺陷、完全均質材料的強度，相當于原子、離子或分子間的結合力。當材料所受應力達到其理論強度時，原子間或分子間的結合鍵將發(fā)生破壞。原子間相互作用的引力和斥力如圖2-1所示，原子間作用力隨原子間距發(fā)生變化并在r₀處保持平衡。理想強度即為破壞這一平衡的強度，其計算公式如下∶

式中 Δ_th-－理論強度；γ-－比表面能；E－彈性模量；a-－晶格常數。

實際上材料被粉碎后顆粒的組成不均一，表明材料各質點間的結合力不一致，即存在局部結合相對薄弱的現象，導致材料受力還未達到理論強度時發(fā)生破壞，因此材料的實際強度要低于理論強度，一般為理論強度的千分之一到百分之一。即使

是同一材料，因內部的裂紋大小不同，其測量的實際強度也不同。理想強度和實測強度之間的差異如表2-2所示。

表2-2理想強度和實測強度之間的差異

（2）硬度

硬度是指材料抵抗外物壓入其表面的能力，表現為材料的耐磨性。硬度的測試方法包括刻痕法、壓入法、彈子回跳法和磨蝕法等。利用劃痕法測出的硬度稱為莫氏硬度，利用壓入法測出的硬度稱為布氏硬度、洛氏硬度或維氏硬度等，利用彈子回跳法測出的硬度稱為肖氏硬度。

雖然硬度測定方式不同，但是都反映了物料抵抗變形及破壞的能力。因此利用各種方法測得的硬度可以互相換算，例如莫氏硬度約為維氏硬度的1/3。典型礦物的莫氏硬度值如表2-3所示。

表2-3典型礦物的莫氏硬度值

晶體的硬度測試結果表明如下幾點。

①硬度不僅與晶體的種類有關，還與結構有關。

②離子或原子越小、離子電荷或電價越大以及晶體的質點堆積越密集，都會造成平均刻劃硬度和研磨硬度越大。

③同一晶體的不同晶面甚至同一晶面的不同方向的硬度都有差異。

（3）韌性和脆性

脆性材料因強度極限一般低于彈性極限，在粉碎過程中只出現極小的彈性變形而不出現塑性變形。脆性材料如陶瓷、玻璃等抵抗動載荷或沖擊的能力差，抗拉能力遠低于抗壓能力，因此常采用沖擊法將其粉碎。

韌性材料的抗拉性能和抗沖擊性能較好，但抗壓性能差，食品物料都屬于韌性材料。例如谷物、麥麩、茶葉等在粉碎時，應采用剪切或快速打擊的方法或者采用低溫冷凍法降低物料的韌性。

（4）易碎性

易碎性物料顆粒破碎或磨碎的難易程度取決于在一定條件下，將物料從一定粒度粉碎至設定粒度所需要的比功耗大小，或使一定物料達到指定粉碎粒度所需要施加的能量大小。粉碎除了取決于材料物性外，還受到如粒度、粉碎方式（粉碎設備和粉碎工藝）等因素的影響。

易碎性的表示方法有很多，下面主要介紹Bond粉碎功指數。

采用有效內徑305mm、有效長度305mm的球磨機，內裝各級別鋼珠共285 個，鋼珠級配如表2-4所示。

表2-4 磨鋼珠級配

試驗方法如下。

①取700cm³粒度小于3360μm的原料裝入球磨機中，球磨機轉速為70r/min。粉碎一定時間后，將粉碎產物按規(guī)定篩目D_PI（μm）進行篩分，記錄篩余量W（g）和篩下量W_p-W，求出球磨機每一轉的篩下量G_bp。

②取與篩下量相等的新試料與篩余量W混合作為新物料加入球磨機中，球磨機轉速按保持循環(huán)符合率的250%計算。反復上述試驗過程直至Gbp達到穩(wěn)定。

③取最后三次的G_bp并求平均值，且G_bp的最大值和最小值之差小于平均值的3%。平均值即為易碎性值。粉碎功指數越小，物料的易碎性越好；反之物料越難粉碎。

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