在特種陶瓷行業中, 粉料的細粉碎是很重要的一個環節, 粒度小且分布窄的粉料可以降低材料的燒結溫度, 提高材料的性能。近年來, 超細粉體的制備與表面改性技術日益受到了重視。國內目前在工業上應用的超細粉碎方法主要有水熱法和氣流磨粉碎法。本文中介紹另一種可以工業化應用的超細粉碎方法———砂磨機粉碎法。雖然砂磨機粉碎法在國內的陶瓷行業中有不同程度的應用, 但其粉碎極限是顆粒平均粒徑d50 約0.7 #m。在日本, 以三井株式會社為代表, 通過改進砂磨機的粉碎腔體結構和減小研磨介質球的粒徑, 砂磨機的粉碎極限是顆粒平均粒徑d50 約0.2 $m, 甚至更小。由于這種方法效率高、粉料粒度分布窄, 因此, 砂磨機粉碎法在日本被廣泛應用于化妝品、染料、陶瓷等行業。

砂磨機的結構及工作原理
      砂磨機的結構一般由4 部分組成, 如圖1 所示,有漿料桶、漿料泵、粉碎腔及轉動系統、冷卻系統。一定粘度的漿料在泵作用下。進入粉碎腔( 粉碎腔結構見圖2) , 與高速轉動( 轉速1 600～2 200 r/min) 的介質球接觸, 粉料顆粒受到介質球的沖擊碰撞和研磨而碎裂。同時, 在轉子的帶動下, 漿料隨介質球一起高速滾動, 顆粒受到流體剪切力的作用而碎裂。從粉碎腔內流出的漿料經冷卻塔回到漿料桶, 再次重復前述粉碎過程。砂磨機粉碎是個循環粉碎作業過程,顆粒在不斷的沖擊碰撞和剪切力作用下實現粉碎,得到的顆粒粒度細且粒徑分布窄。
在砂磨機的整個結構中, 粉碎腔是***為關鍵的部件, 它直接決定著粉碎效率和粉碎所得顆粒的尺寸大小。如圖2 所示, 腔體結構一般由3 部分組成:轉子、陶瓷環和金屬墊片組成的特殊“篩網”、外殼。由于介質球和漿料在腔體內同轉子、陶瓷環等部件

      直接接觸, 所以要求這些部件必須耐磨, 通常是增強二氧化鋯陶瓷。“篩網”用金屬墊片的厚度調節“網眼”的大小, 初始漿料中顆粒粒度必須小于墊片厚度, 否則會引起“篩網”堵塞。
砂磨機粉碎中, 介質球的強度和尺寸大小影響著粉碎效率。介質球必須耐磨, 一般采用增強氧化鋯球。同其他機械粉碎法相似, 增大介質球的表面積有利于制備粒度小的顆粒。生產中, 制備顆粒平均粒徑d50 約0.45 !m 的粉料時, ZrO2 陶瓷球的直徑約0.5 mm。在美國和日本, 常采用直徑為0.3 mm 甚至更小的ZrO2 陶瓷球來制備顆粒平均粒徑d50 小于0.30 "m 的粉料。

砂磨機粉碎法的工業應用試驗
      試驗選用的粉料是本公司生產使用的鋯鈦酸鉛( PZT) 粉料, 其密度約7.6 g/cm3, 試驗所用砂磨機是日本三井礦山株式會社產SC150A 型試驗機( 粉碎腔容積1.3 L) 。PZT 粉料先用攪拌磨粉碎至顆粒平均粒徑d50 約1.50 #m, 后將漿料注入砂磨機中二次粉碎。試驗所用初始粉料顆粒約40 kg( 同水混合的漿料共約65 kg) , 經砂磨機粉碎作業約4 h 后, 測試顆粒粒度, 所得結果見圖3 及表1。粉碎后的顆粒粒徑小、粒度分布窄。顆粒平均粒徑d50 約0.45 $m 時, ***粒徑小于0.7 %m, 且大部分顆粒的粒徑分布于0.38～0.60 &m。后用這種PZT 顆粒制備陶瓷瓷片,測試瓷片的三點抗彎強度, 測試結果表明, 材料的三點抗彎強度比生產線使用材料的強度提高15%～20%, 其原因是較細的初始粉料顆粒促進了材料的致密化, 如圖4 所示, 初始粉料顆粒尺寸細化后, 材料的內部氣孔變小且數量減少( 日本KEYENCE 公司產VH- 7000 型高倍顯微鏡下觀察) 。

結論
      砂磨機是一種具有高效率、低能耗特點的連續工作型超細粉碎機, 但生產作業過程中也發現了幾個問題: (1)砂磨機需要不定期清洗, 而連接管道、漿料泵中殘留的粉料無法完全清除, 所以若材料性能依賴于初始粉料的純度, 則一臺砂磨機只能粉碎某一種特定的粉料; (2)砂磨機的進料顆粒粒度宜小, ***小于2 ’m, 這樣就必須采用分級粉碎, 對于生產而言, 成本較高。
砂磨機采用了一種獨特的粉碎腔結構, 通過介質球和粉料的高速圓周運動, 使介質球對粉料顆粒產生研磨、沖擊及強剪切粉碎作用, 從而使顆粒得到有效的粉碎, 它是一種高效的超細粉碎設備。PZT 粉料的超細粉碎工業化試生產表明, 砂磨機粉碎法可以應用于陶瓷材料行業的顆粒超細粉碎工序中, 若生產的產品對成本不敏感, 則砂磨機粉碎法可以被廣泛應用。