現(xiàn)今，微納粉體在各個領(lǐng)域行業(yè)應(yīng)用廣泛，相關(guān)微納粉體技術(shù)的重要性十分顯著。粉體在粉碎機(jī)中粉碎具有隨機(jī)性，會生成大小不一的細(xì)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(jìn)而增加了細(xì)微顆粒間的團(tuán)聚趨勢。當(dāng)顆粒達(dá)到粉碎極限（粉體粉碎與團(tuán)聚為動態(tài)平衡狀態(tài)）時，物料粉體中包含粗顆粒和細(xì)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(shè)備與粉碎設(shè)備相互配合，即在粉碎過程中及時分離出合格的細(xì)粒級產(chǎn)品，不僅可提高粉體產(chǎn)品質(zhì)量，而且能避免粉碎過程中合格粒度的產(chǎn)品在磨機(jī)中過度粉碎。故制備超細(xì)粉體的工藝?yán)碚撝饕婕皟蓚€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(jī)械力、熱核力等）作用下，克服顆粒內(nèi)的內(nèi)聚力使物料的粒度減小、比表面積增大的過程。根據(jù)原料粒度以及 產(chǎn)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(xì)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(xì)磨稱為超細(xì)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(jī)械的粉碎能力。般來說，破碎機(jī)的破碎比為3~100，粉磨機(jī)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(shè)備串聯(lián)使用，總粉碎比i與各級粉碎比i，i2，…，in之間有以下關(guān)系∶

粉碎段數(shù)增加會導(dǎo)致粉碎流程復(fù)雜化，同時增加設(shè)備的檢修工作量。因此在滿足生產(chǎn)要求的前提下，粉碎段數(shù)越少越好，粉碎或粉磨的段數(shù)不應(yīng)超過4段。

與粉碎相關(guān)的參數(shù)

（1）強(qiáng)度

強(qiáng)度是指固體物料抵抗外力破壞的能力，表現(xiàn)為物料粉碎的難易程度。材料強(qiáng)度表示為物料單位面積上的受力大小，材料強(qiáng)度根據(jù)破壞方式的不同可分為抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和剪切強(qiáng)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(qiáng)度是指不含任何缺陷、完全均質(zhì)材料的強(qiáng)度，相當(dāng)于原子、離子或分子間的結(jié)合力。當(dāng)材料所受應(yīng)力達(dá)到其理論強(qiáng)度時，原子間或分子間的結(jié)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(qiáng)度即為破壞這一平衡的強(qiáng)度，其計(jì)算公式如下∶

式中 Δ_th-－理論強(qiáng)度；γ-－比表面能；E－彈性模量；a-－晶格常數(shù)。

實(shí)際上材料被粉碎后顆粒的組成不均一，表明材料各質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力不一致，即存在局部結(jié)合相對薄弱的現(xiàn)象，導(dǎo)致材料受力還未達(dá)到理論強(qiáng)度時發(fā)生破壞，因此材料的實(shí)際強(qiáng)度要低于理論強(qiáng)度，一般為理論強(qiáng)度的千分之一到百分之一。即使

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

表2-2理想強(qiáng)度和實(shí)測強(qiáng)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(xiàn)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(jié)果表明如下幾點(diǎn)。

①硬度不僅與晶體的種類有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)有關(guān)。

②離子或原子越小、離子電荷或電價越大以及晶體的質(zhì)點(diǎn)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(qiáng)度極限一般低于彈性極限，在粉碎過程中只出現(xiàn)極小的彈性變形而不出現(xiàn)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(yuǎn)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(yīng)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(shè)定粒度所需要的比功耗大小，或使一定物料達(dá)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(shè)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(shù)。

采用有效內(nèi)徑305mm、有效長度305mm的球磨機(jī)，內(nèi)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(yàn)方法如下。

①取700cm³粒度小于3360μm的原料裝入球磨機(jī)中，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為70r/min。粉碎一定時間后，將粉碎產(chǎn)物按規(guī)定篩目D_PI（μm）進(jìn)行篩分，記錄篩余量W（g）和篩下量W_p-W，求出球磨機(jī)每一轉(zhuǎn)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(jī)中，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速按保持循環(huán)符合率的250%計(jì)算。反復(fù)上述試驗(yàn)過程直至Gbp達(dá)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(shù)越小，物料的易碎性越好；反之物料越難粉碎。

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