Лекция № 5.
Получение наноразмерных частиц путем диспергирования.
Для разрушения твердых тел до необходимых размеров используются разные способы механического воздействия, в зависимости от требований, предъявляемых к продукту измельчения, а также от свойств измельчаемого тела. Аппараты, применяемые для измельчения, как правило, одновременно сочетают различные виды механического воздействия: раздавливание, раскалывание, свободный и стесненный удар, истирание, разрыв и др. Все определяется механическими свойствами исходного материала.
Раздел науки, основой которой является механическая обработка твердых веществ и их смесей, в результате которой происходит измельчение и пластическая деформация веществ, приводящие к диспергированию и перемешиванию компонентов смесей вплоть до атомарного уровня, называется механосинтезом, или механохимией. Такая обработка существенно ускоряет массоперенос и активирует химическое взаимодействие в смесевых системах.
Для диспергирования используется большое число аппаратов разных конструкций. Все мы не будем рассматривать. Для тонкого и сверхтонкого измельчения (а именно это нас интересует) используют различного типа мельницы с разным уровнем энергонапряженности. Наиболее высокоэнергонапряженными измельчительными аппаратами являются планетарные центробежные шаровые мельницы. Существует множество конструкций таких мельниц.
На рис. 2 показана схема и фотография лабораторной центробежной планетарной шаровой мельницы АГО – 2, разработанной в нашем Институте Е.Г. Аввакумовым в начале 80 годов прошлого века. До сих пор она считается в мире самой удачной по конструкции и своим характеристикам. В частности, по своей энергонапряженности, а, следовательно, и по скорости измельчения.
Основным конструктивным узлом этой мельницы является мотовило, которое приводится во вращение электродвигателем через ременную передачу. В мотовиле имеются два отверстия, куда вставляются барабаны с герметичными крышками. Объем каждого из двух стальных барабанов мельницы 160 см3. В них загружают образец и стальные шары. Диаметр шаров 8 мм, масса шаров в каждом барабане 200 грамм, масса образца 10 г. Есть возможность регулировать скорость вращения барабанов мельницы и тем самым менять центробежное ускорение шаров (200, 400 или 600 м/с2 ). Для предотвращения окисления образцов механическую активацию проводят в атмосфере аргона. После МА образцы выгружаются из барабанов в боксе с аргоновой атмосферой.
При обработке в таком аппарате хрупких веществ будет происходить измельчение, а в случае пластичных металлов или их смесей происходит образование так называемых механокомпозитов. Это, как правило, довольно крупные образования с размерами от десятков до сотен микрон, а в некоторых случаях и крупнее, но размер зерна исходных компонентов в них уменьшается до нанометров. Например, при МА порошковой смеси состава 3Ti + Al размер зерна титана уже через 1 мин. Обработки уменьшается от 122 нм до 28 нм, а алюминия от 546 нм до 77 нм. При увеличении продолжительности МА размеры зерна продолжают уменьшаться, но уже не так существенно.
На следующих слайдах 3 и 4 приведены электронно-микроскопические
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
