磁悬浮碰撞研磨制备微纳粉体的研究

论文摘要

随着现代科技的发展,应用部门对微纳粉体提出的要求越来越高。要求粉体不仅极细,粒径分布窄,而且必须具有良好的分散性,与其他物料混合使用时具有良好的相容性。使得科学工作者投入大量精力致力于研究新的制备原理、方法及设备。本文分析了传统球磨方式制备微纳粉体的作用机理,运用磁悬浮驱动替代滚动、搅拌、气流冲击等机械驱动方式,利用微小尺寸、高强度及高作用面积的弱磁性不锈钢针替代氧化铝、玛瑙、氧化锆研磨球。首次提出磁悬浮碰撞研磨制备微纳粉体的工艺方法。即利用外部磁场变换来感应磁性研磨介质材料,使之悬浮运动,粉体在此空间内被碰撞、剪切粉碎成更细的粉体；并基于此原理设计制造出磁场悬浮碰撞微纳粉体的制备装置,用于单、双组分的金属、非金属的微纳粉碎制备。并对设备的构造及作用机理进行理论分析。研究了研磨时间、介质、转速、磨料比、气氛、表面改性剂和湿法制备时溶剂的类别及用量等对微纳粉体性能的影响。制备出一系列金属、非金属的微纳粉体。采用热场发射扫描电子显微镜（SEM）和X射线能量色散谱（EDX）观察微纳粉体的形貌和元素组成,采用X-射线衍射仪（XRD）研究了微纳粉体的物相组成,激光粒度分析仪分析粉体的粒度分布。实验结果表明,以球状锌粉、铝粉和电解铜粉为原料,均能在20-80min内制备出片状金属微粉,并且在添加自制的复合研磨分散助剂后,效率更高,金属片状粉体的粒径更小且分布均匀,与球磨法10-20h球磨的粉体相当。添加不同的表面改性剂对粉体研磨的影响较大,复合表面改性剂的改性效果优于单一表面改性剂,因而最终选用自制的复合表面改性剂。另外,对磁悬浮碰撞和行星球磨两种方式下二元金属的机械合金化进行研究。实验结果表明,Al-Zn5％（wt）研磨3h优于普通行星式球磨机40h的机械合金化效果；Al-CuO5％（wt）研磨1h超过普通行星式球磨10h时的固相置换反应效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 超细粉体及超细粉体技术概述
• 1.2 微纳粉体的制备方法
• 1.3 微纳粉体的应用
• 1.3.1 在材料领域的应用
• 1.3.2 在化工领域的应用
• 1.3.3 在生物医药领域的应用
• 1.3.4 在新型高灵敏度传感器制造方面的应用
• 1.3.5 在保健食品领域的应用
• 1.4 典型的机械粉碎设备及其应用现状
• 1.4.1 转筒式球磨机
• 1.4.2 行星式球磨机
• 1.4.3 搅拌球磨机
• 1.4.4 气流磨
• 1.4.5 振动球磨机
• 1.4.6 机械冲击式粉碎机
• 1.4.7 高能球磨
• 1.5 粉体表面改性机理
• 1.6 课题的研究背景和意义
• 1.7 课题研究的主要内容
• 第二章 磁悬浮碰撞研磨装置原理及工艺设计
• 2.1 磁场发生装置设计及原理
• 2.2 磁悬浮碰撞研磨装置的腔体结构及材料设计
• 2.2.1 研磨筒体结构与材料设计
• 2.2.2 磁悬浮驱动盘的结构与材料设计
• 2.2.3 研磨空间
• 2.2.4 研磨介质的设计与选择
• 2.2.5 研磨体、粉料配比
• 2.2.6 研磨介质充填率
• 2.3 磁悬浮碰撞研磨装置的特点及应用领域
• 2.3.1 磁悬浮碰撞研磨的特点
• 2.3.2 磁悬浮碰撞研磨的应用领域
• 第三章 超细粉体的制备及其性能表征方法
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 实验仪器与设备
• 3.1.2 实验试剂
• 3.2 微纳粉体研磨制备的实验工艺
• 3.3 测试方法与表征
• 3.3.1 金相显微镜测试
• 3.3.2 SEM分析
• 3.3.3 EDX分析
• 3.3.4 XRD分析
• 3.3.5 松装密度测试
• 3.3.6 比表面积测试
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 微纳粉体研磨制备实验
• 4.2 片状锌粉的研磨制备
• 4.2.1 原料粒径的影响
• 4.2.2 研磨时间的影响
• 4.2.3 研磨介质的影响
• 4.2.4 转速的影响
• 4.2.5 磨料比的影响
• 4.2.6 表面改性剂的影响
• 4.2.7 研磨气氛的影响
• 4.2.8 湿法制备时溶剂的影响
• 4.3 片状铝粉的研磨制备
• 4.3.1 研磨时间的影响
• 4.3.2 表面改性剂的影响
• 4.3.3 湿法制备时溶剂的影响
• 4.4 片状铜粉的研磨制备
• 4.4.1 研磨时间的影响
• 4.4.2 表面改性剂的影响
• 4.5 金属粉体研磨-机械合金化
• 4.5.1 Cu-Zn5%机械合金化
• 4.5.2 Cu-Zn40%机械合金化
• 4.5.3 Al-Zn5%机械合金化
• 4.5.4 Al-Cu05%金属与金属氧化物研磨—置换反应
• 第五章 结论与展望
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢