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陶瓷行业的研磨分散技术

陶瓷行业的研磨分散技术

编辑:转自:材料科学与工程技术 发布时间:2024-01-26

不论是结构陶瓷,还是微波陶瓷、MLCC、LTCC、HTCC、陶瓷基板等电子陶瓷,陶瓷浆料制备工序中,一定需要对其进行研磨分散。如果想得到性能良好的研磨物料,就需要合适的研磨设备及相应的研磨工艺。

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陶瓷粉体研磨设备有:球磨机和珠磨机(砂磨机)。除此之外,电子陶瓷所用的导电浆料也需要三辊研磨机进行研磨,三辊研磨机是高粘度物料有效的研磨、分散设备,此处不多做介绍。

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1、球磨机

球磨机(SBM)将球及处理物质充满的圆筒通过水平轴进行旋转,使充填物与圆筒共同旋转,在研磨机(圆筒)内翻腾到一定高度时它将产生层级运动(CASCADE),通过此时落下的球的强烈冲击将处理物粉碎、分散。球磨机是目前广泛使用的粉磨机械,在陶瓷行业中使用最为广泛,也是陶瓷行业中的可实现细研磨的设备及方法。

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图源:井上制作所
球磨工艺中,球磨机的装载量(研磨体数量)、研磨体的大小级配、浆料的比重和粘度对球磨效率都会产生较大的影响。
 ● 球磨机的装载量
球磨机装载量,如研磨体量过多,球磨机内部会发生研磨体相互碰撞,进而失去能量,降低研磨效率。如研磨体量过少,研磨体对物料的冲击和研磨次数会减少,相同研磨时间内具有较低的研磨效率。在生产中,球磨机的装载量根据所研磨物料的种类也有所不同。
● 研磨体的大小级配
研磨体的大小级配,大球冲击力大,起到物料击碎作用,小球冲击力小,起到物料研磨作用,可根据最终所需物料的状态选择恰当的研磨球大小级配比。

2、珠磨机(砂磨机)

珠磨机,又称砂磨机,是一种利用研磨介质(如磨珠)对浆液进行粉碎或分散处理的机械装置,粉碎容器(呈圆筒形)内部装有搅拌器,磨珠和浆液,搅拌器通过搅拌带动磨珠转动,磨珠在转动过程中,与浆液中的粒子摩擦冲击产生的能量能将粒子粉碎或分散。

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珠磨机的应用广泛,无论是粗大粒子的粉碎或是细微粒子的分散都能对应。它能有效地将微米或者亚微米粒子粉碎至更细,精细程度可达数十纳米。当处理不同材质的浆液时,需要选择最优的运转条件。可以通过选择合适的磨珠尺寸,搅拌器转速和搅拌器形状种类,来调整粉碎分散的能量大小,从而实现粒子的微细化处理。

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珠磨机按搅拌器放置位置划分,有卧式和立式两种。由于作用在磨珠上的离心力是重力的100至1000倍,因此重力的影响小到可以忽略不计。因此,两种类型之间的处理性能上没有显著差异。然而,就可操作性和维修简易性而言,存在以下优点和缺点:
卧式球磨机:

  • 占地面积大
  • 磨珠堆积时的高度较低,起动功率低
  • 回收残留浆液和排出磨珠需要更多的工作和时间
  • 更换零件相对容易

立式球磨机:

  • 占地面积小
  • 磨珠堆积时的高度高,起动功率高
  • 回收残留浆液和排出磨珠更容易
  • 更换零件不是很容易

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图 磨珠大小引起的粉碎/分散效率差异,来源:广岛金属机械
磨珠尺寸是粉碎分散处理中最重要的因素。目标粒径和处理物质本身的硬度决定了粉碎/分散所需要的能量。通过选择合适的磨珠尺寸,搅拌器转速和加入的磨珠量,能调节粉碎/分散所需要的能量。磨珠和粒子之间的碰撞频率会影响粉碎/分散速度,磨珠间的空隙大小与磨珠自身的大小成正比例,而这个空隙大小会影响粒子的最终尺寸。


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