摘 要 本文主要研究了不同助磨劑對(duì)α-Al₂O₃粉體研磨效果的影響。助磨劑的作用主要是劈裂和防止重新團(tuán)聚；不同的研磨助劑所起到的助磨效果不同。在本研究中，油酸的助磨效果最好。

關(guān)鍵詞 助磨劑，球磨機(jī)，氧化鋁，研磨

1前言

顆粒學(xué)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科，隨著顆粒粒徑的減小，物質(zhì)在光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)等領(lǐng)域表現(xiàn)出一些奇特的性質(zhì)。人工顆粒的加工，一般采用化學(xué)法和機(jī)械粉碎法。化學(xué)法的特點(diǎn)是流程長(zhǎng)、產(chǎn)量低、成本高、制備的材料純度高，適宜于制備小批量、高附加值的產(chǎn)品；而機(jī)械粉碎法的流程短、產(chǎn)量高，適用于制備大批量的產(chǎn)品，是目前顆粒制備的最主要方法。

α-氧化鋁是氧化鋁家族中最穩(wěn)定的物相，晶格能較大，在宏觀上表現(xiàn)為熔點(diǎn)高（達(dá)2050℃）、硬度大（莫氏硬度9）、結(jié)構(gòu)緊密(真密度達(dá)4.01g/cm³)、機(jī)械強(qiáng)度高、制品對(duì)酸、堿有較好的抵抗力等優(yōu)點(diǎn)，在陶瓷、耐火材料、化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。α-氧化鋁粉體的制備一般采用燒結(jié)和研磨相結(jié)合的方法：將制備α-氧化鋁粉體的前驅(qū)體，如工業(yè)氫氧化鋁、工業(yè)氧化鋁等與添加劑相混合，在窯內(nèi)煅燒，溫度一般要達(dá)到1400℃以上，煅燒后的α-氧化鋁要經(jīng)過(guò)研磨才能成為超細(xì)粉體。但由于燒結(jié)后的氧化鋁粉體高度團(tuán)聚，微觀硬度達(dá)到莫氏硬度9，用球磨機(jī)研磨，一般要12h甚至更長(zhǎng)，耗能費(fèi)時(shí)，生產(chǎn)效率低下。因此，縮短研磨時(shí)間成為降低能耗、提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。

2試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)儀器及試劑

行星球磨機(jī)QM－1SP4

激光粒度測(cè)試儀HEOLS/BF

掃描電子顯微鏡JSM-35C

化學(xué)試劑A：甘油

B:亞油酸

C:丁醇

D:油酸

2.2試驗(yàn)過(guò)程

將α-氧化鋁粉體（中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司鄭州研究院產(chǎn)）在行星球磨機(jī)中研磨，球料比（wt）為1.5：1，研磨時(shí)間為30min。研磨前后的物料分別做掃描電子顯微鏡分析和粒度分析，以確定粉體微觀斷裂的形式和粒度變化；加入不同的助磨劑經(jīng)研磨后做粒度分析，以確定助磨劑對(duì)研磨效果的影響。

3結(jié)果與討論

3.1掃描電鏡分析

圖1和圖2分別是研磨前后的掃描電子顯微鏡照片。從圖1可以看出，燒結(jié)后的α-氧化鋁是一種典型的蠕蟲(chóng)狀團(tuán)聚體，晶粒之間相互交錯(cuò)，形成一種空間網(wǎng)狀結(jié)晶體。這是燒結(jié)過(guò)程中，兩個(gè)或多個(gè)顆粒團(tuán)聚長(zhǎng)大而形成的，團(tuán)聚長(zhǎng)大過(guò)程如圖3所示。圖2是粉碎后的α-氧化鋁，從圖中可以看出，大部分的團(tuán)聚體已被分為單個(gè)的小顆粒。從圖1和圖2的比較可以看出，粉碎過(guò)程主要是發(fā)生在兩個(gè)團(tuán)聚顆粒相接觸的最薄弱部位，如圖4所示。

3.2研磨前后的粒度變化

圖5是研磨前后α-Al₂O₃的粒度分布：A曲線為研磨后的粒度分布，B曲線為研磨前的粒度分布。從圖中可以看出：研磨前α-Al₂O₃的粒度分布窄、粒度大，其平均粒徑達(dá)80μm，說(shuō)明研磨前的α-Al₂O₃粉體主要是由一些團(tuán)聚體組成；研磨后α-Al₂O₃的粒度分布很寬、粒度很小，平均粒徑只有4.5μm，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)研磨，圖1所示的團(tuán)聚體已經(jīng)打開(kāi)，呈單個(gè)小顆粒分布。

3.3助磨劑對(duì)研磨效果的影響

在不同的研磨罐中加入各種助磨劑，控制相同的研磨時(shí)間及轉(zhuǎn)速，將研磨后的漿體做激光粒度分析，結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看出，不同的助磨劑對(duì)α-Al₂O₃的粉碎效果不同：A和B助磨劑的效果差不多；C助磨劑研磨后的物料粒度分布最集中；D助磨劑研磨后的物料粒度最小。添加四種助磨劑與不加研磨助劑的粒度分布都有較大的差別。四種助磨劑研磨后物料的X50、SMD（表面積平均粒徑）、 VMD（體積平均粒徑）列于表1。

助磨劑一般是有機(jī)物，具有防止重新團(tuán)聚和劈裂的作用。研磨過(guò)程是一個(gè)粉碎與團(tuán)聚的可逆過(guò)程：當(dāng)外來(lái)力量（機(jī)械能）大于顆粒之間的結(jié)合力時(shí)，顆粒發(fā)生變形，并最終分解成一個(gè)或多個(gè)小顆粒，完成由機(jī)械能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)變，但由于顆粒的表面能升高，因此很容易團(tuán)聚成為大顆粒。當(dāng)有助磨劑存在時(shí)，顆粒的表面包覆一層有機(jī)物，從而有效阻止細(xì)顆粒之間的團(tuán)聚。助磨劑的另外一種作用機(jī)理是劈裂作用：在團(tuán)聚顆粒上有很多微小的孔洞，當(dāng)助磨劑被吸附到孔洞中時(shí)，由于研磨作用導(dǎo)致物料的溫度升高，助磨劑發(fā)生體積膨脹，甚至氣化，起到劈裂團(tuán)聚顆粒的作用。

比較圖6及表1的數(shù)據(jù)可以看出，不同助磨劑對(duì)研磨過(guò)程所起的作用是不同的，在本研究中，以D助磨劑研磨后的粒度最小。

4結(jié)論

(1)燒結(jié)后的α-氧化鋁是一種高度團(tuán)聚的粉體，研磨后，由團(tuán)聚顆粒轉(zhuǎn)變成了高度分散的粉體，研磨過(guò)程中完成由機(jī)械能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)變；

(2)粉碎時(shí)α-氧化鋁的斷裂主要發(fā)生在團(tuán)聚顆粒最薄弱的地方；

(3)助磨劑在研磨過(guò)程中主要起到劈裂和阻止超細(xì)粉體團(tuán)聚的作用；不同助磨劑所起的作用不同，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)不同的研磨需要選擇不同的研磨助劑。在本研究中，以油酸的助磨效果最好。

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Effect of Grinding Additives on Milling Efficiency of α-Al2O3 Powder

Chen Wei1，2 Li Wangxing2Yin Zhoulan1 Li Jinfeng2

(1Center South University Changsha Hunan 410083 2 Zhengzhou Research Institute of Chalco Zhengzhou Henan 450041)

Abstract: The influence of different grinding additives on the milling efficiency of α-Al2O3 powder has been studied in this paper. The results showed that spliting and prevening glomeration were the main mechanisms of the action of grinding additives，and of the four kinds of grinding aids，oleic acid could attain the best effect.

Keywords: alumina，milling，grinding aid