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MA法制备复合材料常用设备的比较分析（综述）
发布时间：2013-05-04 07:44 来源：未知
机械合金化( Mechanical Alloying-MA)是一种固态粉末加工技术，这种技术起源于制造氧化物弥散强化的Ni-和Fe-基超耐热合金，并在航空航天工业获得应用。但同时，MA设备的性能还远远不能满足科研工作者的需求，制约了复合材料的研究进程。目前MA使用的球磨机可以分为普通球磨机和高能球磨机两类。而常用的高能球磨机又分为：搅拌式、行星式和振动式三种。研究机械合金化的设备，提高设备的性能，对制备复合材料的设备的选用、工艺设计和工艺参数选择具有重要意义。
1、普通球磨机
普通球磨机特点是粉碎比大，结构简单、机械可靠性强，工艺成熟，可标准化；其工作原理如图1所示。
当球磨机按规定的转速运转时，研磨介质与物料一起在离心力和摩擦力的作用下被提升到一定高度后，由于重力作用而脱离筒壁沿抛物线轨迹下落。然后，它们又被提升一定高度，再沿抛物线轨迹下落，如此周而复始，使处于研磨介质之间的物料受冲击作用而被击碎与混合。同时，由于研磨介质的滚动和滑动，使颗粒受研磨、摩擦、剪切等作用而被磨碎。球磨机的临界转速受球磨机简体直径和长度的影响。一般其工作转速与球磨罐直径的关系。
由于受到球磨罐转速的限制，罐中的磨球能量较低，球磨后物料的颗粒相对较大，球磨的效率比较低。在材料科学研究工作中，己逐步被高能球磨机所取代。
2、高能球磨机
2.1搅拌式球磨机
富通新能源销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机设备。
搅拌式球磨机主要由一个静置研磨筒和一个旋转搅拌器（搅拌装置）构成，如图2所示。其特点是受搅拌器极限转速的制约程度小，可以传递给磨球较高的能量，但是球磨过程中搅拌器的磨损严重，容易对物料产生污染。
搅拌式球磨机通过搅拌器搅动研磨介质产生冲击、摩擦和剪切作用使物料粉碎。研磨介质通过不规则运动对物料产生三种作用力：研磨介质间互相冲击产生的冲击力；研磨介质转动产生的剪切和摩擦力；研磨介质填入搅拌臂所留下的空间而产生的撞击力。
在搅拌式球磨机中，常常使用球形研磨介质，其平均直径小于6 mm，用于超细粉碎时，一般小于1mm。搅拌器的圆周速度一般为4—20 m s-l，速度越高，搅拌器的磨损越严重。
2.2行星式球磨机
行星式球磨机的特点是磨球的运动方式更为复杂，获得的能量更高，此种球磨机在相同的工艺参数下，可以同时制备几组物料，便于进行科学研究，应用最为广泛。其工作原理是在旋转盘的圆周上，装有几个随转盘公转又做高速自转的球磨罐。球磨罐内的磨球在惯性力的作用下，对物料形成很大的高频冲击和磨擦，进行快速细磨，如图3所示。
龚姚腾等对行星式球磨机进行了计算机仿真研究，其离心加速度主要取决于设备的结构尺寸及公转角速度。当公转角速度小于300 r min一时，离心加速度急剧下降，几乎不产生磨碎作用。Gaf-fet以行星球磨机为对象建立了球磨参数与碰撞能量、碰撞频率之间的关系，并绘出了适合Ni-Zr金属间化合物非晶转变的三维PPD图(Parameter Phase Diagram)。Magini、柳林等假设磨球与罐壁的碰撞是能量传递的主要方式，球与罐壁的碰撞是完全非弹性碰撞得出磨球每次碰撞传递给单位质量粉末的能量为：
其中，AE，为每次碰撞粉末获得的能量；Qmax为参与碰撞粉末总质量；R。为支撑盘的半径；p为磨球的密度；D。为磨球的直径；w为球磨机转速；a为包覆在磨球表面上粉末的面密度；E．，E：分别表示球和罐的弹性模量。
2.3振动式球磨机
振动式球磨机是利用研磨介质（球形或棒状）在作高频振动的简体内对物料进行冲击、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎的细磨与超细磨设备。工作中，介质的运动取决于振动类型、磨筒形状和充填率。振动的振幅、频率越高，物料粒度越细；物料充填率越大，则粒度越粗；介质的充填率以60%~80%为宜；在一定范围内，物料的比表面积与粉碎时间成正比；根据给料粒度，通过选择适宜的介质尺寸，调节振动的振幅和频率以及给料量和介质的充填率等可以得到所要求的物料细度。振动式比行星式能量略高(图4)。
