助磨剂在陶瓷粉体机械工作中的作用

随着材料科学技术研究的深入,人们已经认识到超细粉体对于现代高技术陶瓷材料开发利用的重要性。采用超细粉体可获得显微组织更加均匀的材料,实现材料微观结构的可控化,对材料作性能“载剪”,实现其功能化,并改变烧结性能,降低烧结温度。

超细粉体的制备方法主要分为两大类:物理方法和化学方法。前者是通过机械力作用进行粉碎的方法:后者是通过化学反应或物相转变的合成方法,如蒸发凝法、气相反应法和液相合成法等。但化学方法因其成本高、工艺复杂而限制工业化生产的推广。工业化生产中更多的是利用机械粉碎的方法。因而提高粉碎效率、降低能耗,以更小的能耗达到细磨和超细磨的目的有很重要的意义。研究表明,在磨机中添加一些化学药剂,可以改善粉碎条件,提高粉碎效率,这些添加的化学药剂称为助磨剂。

粉碎过程中机械力化学

所谓“机械力化学” (mechanochemistry) 泛指机械运动能量与化学能量的相互转换。机械力可以是粉碎过程中施加的作用力,也可以是一般的压力或摩擦力,还可以是液体中的空穴作用或气体中冲击波作用所产生的压力。在粉碎尤其是超细粉碎过程中,机械力化学作用主要表现为三个方面: 一个物料晶体结构的变化:二是物料物理化学性质的变化:三是诱发机械力化学反应。这些是因为物料颗粒经经机械粉碎后形成的微细颗粒表面性质大大不同于原有粗颗粒,机械力的持续作用使颗粒表面的活性不断增加,颗粒表面处于亚稳高能活性状态,易于发生化学或物理化学变化。粉碎过程中,正是这些机械力化学作用,使得颗粒的尺寸逐渐变小,比表面积不断增大,而且其内部结构、物理化学性质也产生一系列的变化。

助磨剂的助磨作用

助磨剂通常是一种表面活性剂,可以催化粉碎过程中的机械力化学反应。[2] 在陶瓷粉体加工过程中,助磨剂吸附在物料颗粒的表面上,一方面有助于颗粒裂缝的成长,并防止再结合,另一方面可以防止颗粒凝聚成团而难于被破碎,还可以防止颗粒附着于介质或磨机上而减少粉碎力,从而加速物料的粉碎,可见助磨剂的助磨作用是通过物理或化学作用产生力学效能而实现的。

助磨剂对粉碎过程中聚集现象的抑制

物料粉碎过程中,颗粒断裂,在断裂的新生表面上产生游离电价键,从而驱使邻近颗粒相互粘附和聚集。研磨介质对这些断裂颗粒的作用,既可能产生新的断裂,也可能使颗粒压紧,促使已分离部分的复合,助磨剂的作用即是迅速地提供外来离子或分子去满足断裂新生面上未饱和电价键,消除或减弱颗粒聚集的趋势,阻止断裂新生面的复合。

物料粉碎过程中颗粒聚集的形成和发展可分为两个阶段。开始是小颗粒由于表面张力而粘附在大颗粒上或相互间粘附,这种聚集体较为松散,助磨剂可将其解散。在机械应力进一步作用下,这些聚集体发生锤焊过程,结构发生变化,晶格产生歪扭与畸变。助磨剂不能解散这种聚集体,只能等它生长到一定尺寸后再次被粉碎。

可见,助磨剂对聚集现象的抑制也是一种机械力化学作用。助磨剂一方面使物料颗粒的表面自由能和晶格畸变程度减小,促使颗粒软化;另一方面中和平衡了粉碎颗粒上的不饱和价键,防止颗粒再度聚集,从而抑制粉碎逆过程的进行。