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      低速球磨法生產硅砂納米顆粒工藝參數優化
      添加時間:2021-09-05   點擊次數:403

      抽象的

      使用田口方法設計實驗以尋找使用低速球磨生產硅砂納米顆粒的最佳參數。應用正交陣列和信噪比研究球粉重量比、研磨罐容積和轉速等加工參數的性能特征。從信噪比分析獲得的結果表明,球粉重量比是最有影響的參數。

      球磨機

      一、簡介

      硅砂納米顆粒由于尺寸減小而具有獨特的特性,因此得到了逐步的研究和生產。二氧化硅砂納米顆粒已被證明是一種非常有效的聚合物添加劑,可提高耐久性、強度和柔韌性。納米二氧化硅還用作添加劑,以提高自密實和高性能混凝土的強度和可加工性。納米二氧化硅顆粒廣泛通過化學工藝生產。然而,納米二氧化硅的化學合成會在最終產品中產生高污染。隨著對更高納米二氧化硅純度的需求不斷增加,預計污染水平將降至最低。除化學合成外,其他工藝如沉淀、高溫汽化、溶膠-凝膠工藝、高速立式旋轉磨、和行星式球磨機是生產硅砂納米顆粒最常用的方法之一。本研究的目的是設計一種通過結合低速球磨和加熱過程將天然硅砂轉化為硅砂納米顆粒的技術。

      預計該技術將能夠始終如一地生產小于 100 nm 的高純度硅砂納米顆粒。

      田口方法提供了一種簡單、高效和系統的方法來確定最佳參數。與因子方法相比,田口方法不是測試所有可能的可用參數組合,而是提供了一種更簡單的方法來設置實驗參數的組合。本文中測試的參數是球粉重量比 (BPR)、研磨罐的體積和研磨速度。

      2. 參數識別

      球磨過程中用到的參數很多。然而,最優化測試的參數是轉速和銑削時間。這表明這兩個參數在決定銑削效果方面起著重要作用。正如 Simoes 所支持的那樣,球粉重量比被認為是最有影響力的參數之一,與研磨時間和轉速一樣。

      認為研磨介質的體積是影響最大的參數,其次是轉速。以前作品使用的球粉重量比明顯不同。雖然大多數使用的比率在 10:1 到 20:1 的范圍內,但有些作品使用的比率遠高于此,達到 100:1。較高的球粉重量比有助于提高粒徑減小率。但是,當使用的比例過高時,有可能發生研磨球與研磨瓶內壁碰撞而造成的污染。關于最佳 BPR 沒有決定性的決定,因為有些工作在使用 20 : 1 的 BPR 時得到了最好的結果,而有些工作在使用 10 : 1 的 BPR 時得到了最好的結果。其他工作表明 BPR 應該至少為 15 : 1產生最好的結果 。

      對于研磨罐的體積,由于可用性,有 5.6 L、1.8 L 和 1.0 L 三種尺寸可供選擇。另一個對研磨效率影響很大的參數是研磨速度。幾乎所有的研究都使用高轉速或銑削速度,超過 100 rpm。事實上,正如 Bilgili 等人所證明的那樣,使用了高達 2000 rpm 的銑削速度。更高的研磨速度提供了更高的研磨球施加到材料上的沖擊能量,并導致更好的研磨效率。對于球磨速度,由于以前的工作通常使用100轉以上的高速球磨,低速球磨機的最佳轉速是未知的。因為更高的速度導致研磨球和粉末之間的更高碰撞。

       

      3. 實驗設置

      球磨是一種細粉研磨和制造亞微米或納米結構粉末材料的方法。球磨機用于研磨各種礦山和材料。多年來,它已被證明是一種生產納米晶粉末的有效且簡單的技術,并且有可能獲得大量的材料。研磨罐偏心安裝在行星球磨機的太陽輪上。研磨罐中的研磨球受到疊加的旋轉運動,稱為科里奧利力。研磨球和研磨罐之間的速度差異產生摩擦力和沖擊力之間的相互作用,釋放高動態能量。這些力之間的相互作用產生了行星式球磨機高且非常有效的尺寸減小程度。

      所用球磨機為美國斯通瓦球磨機,最高轉速為100轉/分。使用的研磨罐是 Roalox 氧化鋁強化研磨罐。它們由耐磨的化學瓷制成,氧化鋁強化,其耐磨壽命是瓷罐的近 4 倍。高強度、抗沖擊的機身最大限度地減少了碎屑和破損,降低了粉末污染的可能性。使用的研磨球由直徑為 10 毫米的氧化鋯制成。

      4. 實驗程序

      天然硅砂取自,遠離發達地區,避免天然硅砂與建筑砂混合。首先將沙子洗滌以去除雜質并在120°C的烘箱中干燥1小時。然后,使用 Sieve Shaker將沙子篩成425 μ m至600? μ m之間的尺寸?。然后將沙子與研磨球一起插入研磨罐中并研磨2小時。研磨2小時后,將沙子篩入小于 425 μ m的尺寸?。嚙合步驟的目的是去除在研磨過程中可能積聚的雜質和硬團塊.沙子過篩后,再次在烘箱中在 120°C 下干燥 1 小時。每研磨 2 小時重復一次網格和干燥過程,直到總研磨時間達到10 小時。使用的網格尺寸為 425? μ m、212? μ m、150? μ m 和 63? μ m。研磨 10 小時后,2000 粒度分析儀分析硅砂的粒度和粒度分布

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