超細粉碎是指將物料粉碎至微米級甚至亞微米級。相比于粗粉和細粉，超細粉碎產品的比表面積和比表面能顯著增大，導致存超細粉碎中微細顆粒的團聚趨勢也明顯增強。因此在超細粉碎過程中，物料經一段時間的粉碎后將處于粉碎－團聚的狀態(tài)，當這一狀態(tài)達到平衡時，將此時物料的粒度稱為"粉碎極限"。物料超細粉碎的過程伴隨著粉碎物料單體結構和物理化學性質的變化，這些變化明顯地改變了招細粉體的一些性質，將這種變化稱為粉碎過程機械化學效應。

對于粒度為微米級或亞微米級的超細粉體，雖然其物理化學性質與塊狀顆粒相差不大，但是隨著顆粒尺寸的減小，造成顆粒的比表面積和比表面能增大以及 表面活性提高，導致顆粒之間相互吸引發(fā)生團聚，又導致比表面積減小，表面活化性降低。因此在超細粉體的制備時必須考慮顆粒的分散。

對于納米材料，其物理化學性質與塊狀材料相差很大。它既不同于原子，也不同于結晶體。對納米材料而言，其特殊性質包括以下幾個。

（1）小尺寸效應

隨著顆粒粒度減小到納米尺寸，其物理性質（如聲、光、電、磁、熱等力學特性）、化學性質發(fā)生顯著改變，將這種變化成為小尺寸效應（體積效應），其特征包括以下幾個。

①納米材料的熔點遠低于塊狀本體。這是因為納米顆粒中包含的原子數低，表面原子的熱運動比內部原子激烈，這一特性有利于粉末冶金工業(yè)和陶瓷工業(yè)生產技術的改善，同時降低能源消耗和提高生產效率。

②納米材料的硬度和強度顯著增大。納米材料基本上是由微細的晶粒和大量的晶界組成的。普通粗晶粒材料的形變是位錯運動，而納米材料位錯基本不存在，因此納米材料的硬度要比傳統(tǒng)粗晶材料高出3~5倍。

③納米磁性材料的磁有序狀態(tài)發(fā)生本質變化。納米磁性材料和常規(guī)磁性材料在磁結構上差異很大。在納米材料中，當晶粒尺寸減小到單磁疇臨界尺寸時，因納米材料中晶粒的無向性，各晶粒的磁矩也是混亂排序的，磁化方向不再是固定的易磁化方向，使得納米磁性材料有超順磁性。

（2）表面效應

隨著顆粒尺寸的減小，納米顆粒表面原子數與總原子數之比急劇增大，從而引起一些性質發(fā)生變化，稱為表面效應。隨著粒度的減小，粒子比表面積、比表面能和比界面結合能力迅速增大。表面原子受力不平衡而處于高能狀態(tài)，其化學活性高，因此納米顆粒極易發(fā)生團聚現象。利用納米顆粒的表面效應可顯著提高催化劑的催化效率，也可做成助劑改善某些制品的性能。

（3）量子尺寸效應

1963年，日本科學家久保提出了量子尺寸效應。此效應表明，當納米粒子的尺寸減小到一定值時，金屬費米能彩級及附近的電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現象，并給出了能級間距6和組成原子數N的關系∶

式中 E_F-－費米能級。

對于宏觀物體，其包含無限個原子，即N→∞，可得能級間距δ→0；對于納米顆粒，其包含的原子數有限，δ有一定的值，即能級發(fā)生了分裂。當能級間距大于熱能、磁能、光子能量或超導態(tài)的凝聚能時，量子尺寸效應必會導致納米材料的聲、光、電、磁、熱能性能與常規(guī)材料不同，如特異的光催化性、高光學非線性及電學特征等。

（4）宏觀量子隧道效應

把電子穿越壁壘參與導電過程的效應稱為隧道效應。當微觀粒子的總能量小于勢壘高度時，粒子仍能穿越這一壁壘，一些宏觀量如微顆粒的磁化強度等也具有隧道效應。

粉碎顆粒的表面能和表面活性

由于超細顆粒表面質點各方向作用力不平衡、表面分子作用力與內部分子之間的作用力不對稱以及表面分子與介質間的作用力不平衡，使得顆粒表面聚集了表面能，在宏觀上表現為吸附、極化、附著團聚、界面張力等。除了靜電作用力、毛細管作用力和磁性作用力外，超細顆粒表面的范德華力也是重要作用力之一。

超細顆粒間的作用力

顆粒間引力

分子間的引力又稱為范德華力，是根據勢能羲加原理近似計算出的相近兩分子間的作用力，作用距離極短，約為nm，是典型的短程力。而順粒間的范德化力是多個分子綜合相互作用的結果，其有效距離太干分子間范德華力的作用范圍，可達50nm，屬于長程力。半徑分別為d；和d的兩個相近球形顆粒間的范德華力為

式中 a—－顆粒間距；

A₁₁-－顆粒在真空中的Hamaker常數。

Hamaker常數是物質固有的特征常數，與材料性質和環(huán)境有關。一些顆粒的Hamaker常數如表2-5所示。

表2-5 一些顆粒的Hamaker常數

粉碎產品的粒度特性

為鑒定粉碎機的粉碎效果及粉碎產品的質量，需確定產品粒度的組成和粒度特性曲生線。通常采用篩分法來確定混合物中粒度的組成，根據篩分結果可以做出給料、破碎產品和粉末產品的粒度特性曲線。粒度特性曲線反映了產率和物料粒度之間的關系，其橫坐標為產品粒度，縱坐標為篩余物累積產率或篩下物累積產率，如圖2-2所示。通過該曲線可方便地了解某一產品的粒度分布情況、產品粒度大于某一粒度時對應的產率等。

圖2-2 粒度特性曲線

圖中，曲線1呈凹形，表明物料中細粒級物料占多數；曲線2近似直線，表明物料粒度均勻分布；曲生3導凸形，表明物料中粗粒級物料占多數。根據粒度特性曲線，可以比較各種物料的破碎難易程度，也可用于比較不同粉碎機械粉碎同一物料時的粉碎能力。

粉體圈整理

了解優(yōu)質裝備供應商，請聯系客服18666974612（微信同號）

版權聲明：  

未經許可，不得轉載，也不得歪曲、篡改或復制本文內容。