魯忠臣，林城， 高志強(qiáng)，涂佳亮，王為，宋凱強(qiáng)，曾美琴

（華南理工大學(xué) a.機(jī)械與汽車工程學(xué)院，b.材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣州 510641）

機(jī)械球磨通常是指利用機(jī)械能的作用，實(shí)現(xiàn)固態(tài)粉末的變形、細(xì)化、原子擴(kuò)散、固態(tài)反應(yīng)或相變等，是制備超細(xì)材料的一種有效方法[1]，廣泛應(yīng)用于各種納米晶、非晶、固溶體和復(fù)合材料的制備[2]。普通球磨存在效率較低、球磨時(shí)間長(zhǎng)且容易污染、部分化合物難以合成等問(wèn)題[3]。因此，在傳統(tǒng)球磨的機(jī)械能場(chǎng)中引入其他物理能場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)協(xié)同作用來(lái)改善球磨能效成為機(jī)械球磨技術(shù)發(fā)展的重要方向[4]。例如將超聲波、磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)或電場(chǎng)等外加物理能場(chǎng)引入到機(jī)械球磨罐中，發(fā)展出了多種外場(chǎng)輔助機(jī)械球磨技術(shù)，使球磨機(jī)械能與其他物理能有機(jī)結(jié)合起來(lái)。它具有明顯降低反應(yīng)活化能、細(xì)化晶粒、加速提高粉末活性和促進(jìn)機(jī)械合金化進(jìn)程的優(yōu)點(diǎn)，提高球磨效能[3-4]。

其中，研究人員通過(guò)可控高壓，實(shí)現(xiàn)多種放電模式，包括火花放電、電弧放電和輝光放電等，并將其引入到球磨過(guò)程中或球磨粉體的后續(xù)處理過(guò)程中，能加快機(jī)械合金化進(jìn)程，獲得意想不到的效果[5-9]。研究發(fā)現(xiàn)，在氬氣保護(hù)下普通球磨200 h后，15 min的放電輔助球磨便可制備出普通球磨500 h均無(wú)法合成的FeB相。在氮?dú)鈼l件下，分別對(duì)Ti和Si粉進(jìn)行輝光放電輔助球磨，超短時(shí)間內(nèi)便檢測(cè)出了 TiN和Si3N4衍射峰，這均是普通球磨不能夠?qū)崿F(xiàn)的。2005年，ZHU 等人[10]首次提出將冷場(chǎng)等離子體引入到機(jī)械球磨過(guò)程中，發(fā)展了一種等離子體輔助球磨技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能和等離子體能在球磨過(guò)程中的協(xié)同作用，不僅顯著提高了球磨機(jī)能效，也加速了其原位固相反應(yīng)和氣固反應(yīng)，而且能獲得獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)，從而顯著提高所制備材料的性能。該方法已在純金屬、金屬氧化物、硬質(zhì)合金、儲(chǔ)能材料等的制備中顯示出良好的應(yīng)用前景。

為了進(jìn)一步完善該技術(shù)的性能指標(biāo)，最大程度實(shí)現(xiàn)等離子體能量和球磨機(jī)械能量的有機(jī)復(fù)合，本試驗(yàn)結(jié)合機(jī)械振動(dòng)、高壓絕緣放電和粉末材料制備三方面學(xué)科跨度，提出設(shè)計(jì)具有最佳性能的機(jī)械振動(dòng)平臺(tái)，優(yōu)化球磨室內(nèi)的大面積介質(zhì)阻擋放電強(qiáng)度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)等離子球磨機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。文中將簡(jiǎn)要介紹其中一個(gè)重要試驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過(guò)優(yōu)化機(jī)械振動(dòng)平臺(tái)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)常壓條件下的等離子體放電輔助球磨技術(shù)。

1 試驗(yàn)

1.1 球磨室內(nèi)等離子體放電強(qiáng)度研究

等離子體是通過(guò)高壓使氣體放電離化，產(chǎn)生大量的正負(fù)帶電粒子、電子和中性粒子以及自由基，并表現(xiàn)出集體行為的一種準(zhǔn)中性氣體[11-12]。其中，介質(zhì)阻擋放電（Dielectric barrier discharge：DBD）是冷場(chǎng)等離子體的一種常見(jiàn)方式，是在兩金屬電極之間的氣體間隙引入絕緣介質(zhì)，以阻擋貫穿氣體的放電通道，當(dāng)向兩電極間施加足夠高的交流電壓時(shí)，電極間的氣體會(huì)被離化而產(chǎn)生放電現(xiàn)象。同時(shí)，只要放電間隙足夠小，介質(zhì)阻擋放電，還能擺脫所需真空系統(tǒng)的束縛，實(shí)現(xiàn)相對(duì)高氣壓下的等離子體放電。因此，將介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)引入具有氣體控制的球磨罐，可以實(shí)現(xiàn)等離子體能和機(jī)械能的有機(jī)結(jié)合。等離子體輔助球磨原理如圖1所示[13]，將包覆有介質(zhì)阻擋層的鐵芯圓柱狀電極棒置于球磨罐中央，然后在電極棒和金屬球磨罐兩端電極施加高頻高壓交流電，根據(jù)放電負(fù)載調(diào)節(jié)等離子體電源的放電參數(shù)，促使球磨罐內(nèi)激發(fā)不同氣體均可產(chǎn)生低溫放電等離子體。尤其重要的是，隨著球磨機(jī)振幅和重力加速度的變化，磨球可以充滿球磨腔體，并改變電極棒和磨球之間的相對(duì)位置，從而顯著縮小氣體的放電間隙，使得氣體在較常壓條件下也能實(shí)現(xiàn)離化放電現(xiàn)象，進(jìn)行電暈放電或輝光放電的等離子體輔助球磨。另外，雖然介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的冷場(chǎng)等離子體中的電子溫度極高，但其整體宏觀溫度卻不高（略高于室溫），其介質(zhì)阻擋層又能抑制微放電的無(wú)限增加，避免了火花放電或電弧放電等熱等離子體對(duì)球磨體系的燒損。

圖1 等離子體輔助球磨室內(nèi)放電球磨

在等離子體球磨過(guò)程中，高密度高能量的等離子體轟擊在粉體表面，在粉體表面產(chǎn)生很大沖擊力和熱效應(yīng)的同時(shí)，等離子體的高活性粒子（離子、電子、激發(fā)態(tài)的原子和分子、自由基等）很容易與球磨粉末發(fā)生吸附作用，并引起材料表面的活性提高，同時(shí)球磨引入的新鮮表面、大量缺陷進(jìn)一步增強(qiáng)球磨粉體的活性，使得擴(kuò)散、相變和化學(xué)反應(yīng)等更容易進(jìn)行。通常，對(duì)于介質(zhì)阻擋放電方式，當(dāng)電極間隙較小時(shí)，介質(zhì)阻擋放電具有良好的橫向分布均勻性，但是隨著電極間隙的增加，放電均勻性開(kāi)始下降，放電中出現(xiàn)明顯的放電電流細(xì)絲，導(dǎo)致放電不均勻和強(qiáng)度降低[14]。因此，在常壓條件下，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室使用的200 mL~1.5 L左右容積的球磨罐，由于球磨罐內(nèi)壁和電極棒的放電間距（30~65 mm）較大，很難直接實(shí)現(xiàn)大量的氣體離化，而產(chǎn)生明亮的輝光放電，這必然降低等離子體對(duì)球磨粉體的處理能力，只有當(dāng)球磨室內(nèi)的氣壓降低，其輝光亮度才逐步增加，如圖2所示。然而，當(dāng)球磨室內(nèi)氣壓極低時(shí)（如圖2d所示），雖然放電的輝光亮度較高，但由于氣壓稀薄，導(dǎo)致單位體積內(nèi)的電子濃度并不高，這也必然弱化所離化氣體的等離子體對(duì)粉體的作用效果。因此，在介質(zhì)阻擋放電輔助球磨過(guò)程中，通常通過(guò)磨球振幅的高度來(lái)縮短氣體放電間距，即當(dāng)磨球振動(dòng)振幅的峰峰值達(dá)到球磨罐直徑時(shí)，球磨室內(nèi)的平均放電間距最小，可以在較高氣壓條件下較容易實(shí)現(xiàn)整個(gè)球磨腔內(nèi)的均勻等離子體放電。常壓下產(chǎn)生的等離子具有均勻穩(wěn)定、電流密度適中、高活性粒子濃度等特性，對(duì)材料表面處理具有重要作用。

圖2 等離子體輔助球磨室內(nèi)不同氣壓下放電效果

1.2 機(jī)械振動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

對(duì)于振動(dòng)球磨而言，不同參數(shù)組合（如振幅、頻率和彈簧剛度等）將對(duì)球磨粉末產(chǎn)生不同的合成效果，因此，該問(wèn)題一直是振動(dòng)球磨重要的研究?jī)?nèi)容[15]。Toraman等[16]采用實(shí)驗(yàn)證明了振動(dòng)頻率對(duì)振動(dòng)球磨粉末效率有明顯的正面效應(yīng)。Gonzalez等[17]利用理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法證明了振動(dòng)強(qiáng)度、振動(dòng)頻率與粉末粒度之間存在一定關(guān)系，在同等研磨時(shí)間下，振動(dòng)強(qiáng)度越大，產(chǎn)品粒度越細(xì)。Gock等[18]提出具有不平衡振源的偏心振動(dòng)磨配以大振幅，促使沖擊力的集中，可有效提高振動(dòng)強(qiáng)度，降低能耗。徐波等[19]通過(guò)建立介質(zhì)層的運(yùn)動(dòng)方程和仿真試驗(yàn)指出，在適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)強(qiáng)度下可以提高介質(zhì)的能量傳遞率。

振動(dòng)平臺(tái)屬于振動(dòng)球磨機(jī)的重要機(jī)械部分，其振動(dòng)平臺(tái)質(zhì)量、電機(jī)轉(zhuǎn)速（頻率）、彈簧和激振塊等四組可變參數(shù)的組合將影響振動(dòng)平臺(tái)的振動(dòng)頻率、加速度（有效值）和振幅（峰峰值）等性能。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械力效應(yīng)和等離子體放電效應(yīng)的有效配合，該研究選擇了45#鋼，并設(shè)計(jì)了如圖3所示的振動(dòng)平臺(tái)。平臺(tái)最上端，呈現(xiàn)一個(gè)倒三角形的固定球磨罐的裝置。振動(dòng)平臺(tái)主體兩側(cè)是安放不同配重塊的位置，通過(guò)配重塊來(lái)調(diào)節(jié)振動(dòng)平臺(tái)的整體質(zhì)量，從而改變振動(dòng)平臺(tái)上下振動(dòng)的加速度和振幅。在平臺(tái)主體下方，可以安裝四根彈簧，彈簧另一端則連接在球磨機(jī)底座。為調(diào)整振動(dòng)平臺(tái)質(zhì)量及其與電機(jī)主軸相對(duì)位置，隨機(jī)提供了四件10 kg的配重塊，可根據(jù)實(shí)際需要按圖4所示的三種方式進(jìn)行配裝，以達(dá)到不同的振動(dòng)強(qiáng)度。

圖3 機(jī)械振動(dòng)平臺(tái)模型

圖4 配重塊三種安裝結(jié)構(gòu)

與上述振動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，配置有兩組激振塊，每組激振塊由內(nèi)、外兩件偏心片（內(nèi)擺和外擺）組成，兩片偏心片重合度越大，提供的振動(dòng)就越大，如圖5所示。因此，可根據(jù)要求調(diào)整內(nèi)外兩偏心片重合度，并結(jié)合電機(jī)的快慢速以提供給振動(dòng)平臺(tái)不同的振動(dòng)強(qiáng)度。

圖5 激振塊安裝結(jié)構(gòu)

2 結(jié)果及分析

2.1 機(jī)械振動(dòng)平臺(tái)的振動(dòng)性能測(cè)試

振動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件：通過(guò)增減配重塊調(diào)整振動(dòng)平臺(tái)總質(zhì)量的范圍為75~105 kg。選用的錳鋼彈簧有：高為110 mm，彈簧直徑分別為6 mm（彈性系數(shù)為1618.17 g/m）、7mm（彈性系數(shù)為 2997.87 g/m)、8 mm（彈性系數(shù)為 5181.23 g/m）的彈簧。對(duì)組裝好的等離子體單筒振動(dòng)球磨機(jī)的振動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)性能測(cè)試，分別改變彈簧型號(hào)、振動(dòng)平臺(tái)質(zhì)量和激振塊質(zhì)量（每對(duì)激振塊均固定成90°）三組參數(shù)，振動(dòng)傳感器測(cè)點(diǎn)位于振動(dòng)平臺(tái)中心位置，比較球磨機(jī)振動(dòng)平臺(tái)的加速度和振幅等性能隨電機(jī)頻率（轉(zhuǎn)速）的變化趨勢(shì)。其中，激振塊分為A（?。（中）、C（大）三種型號(hào)。

對(duì)于振動(dòng)平臺(tái)而言，其振動(dòng)動(dòng)能是依靠轉(zhuǎn)動(dòng)軸上激振塊的離心力提供的。因此，對(duì)于低質(zhì)量振動(dòng)平臺(tái)通常采以 A+B組合為主的激振塊，而對(duì)于高質(zhì)量振動(dòng)平臺(tái)通常采以B+C組合為主的激振塊。如圖6所示，當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)質(zhì)量達(dá)到105 kg時(shí)，分別采用φ6 mm、φ7 mm、φ8 mm三組彈簧與不同大小的激振塊進(jìn)行組合測(cè)量其振幅峰峰值和加速度有效值。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分別采用這三組彈簧與相同的激振塊進(jìn)行配合時(shí)，彈簧型號(hào)的選擇對(duì)平臺(tái)振動(dòng)性能的影響較小，所測(cè)得的振幅峰峰值和加速度有效值隨電機(jī)頻率的變化曲線基本重合。但是，激振塊的大小組合對(duì)平臺(tái)振動(dòng)性能的影響卻至關(guān)重要，對(duì)于僅采用一組 B型激振塊裝置，其振幅峰峰值始終低于60 mm，這意味著球磨室內(nèi)的磨球在電機(jī)轉(zhuǎn)速最大時(shí)，其平均振動(dòng)高度始終無(wú)法達(dá)到球磨室內(nèi)徑的 1/2，很難在常壓下實(shí)現(xiàn)整個(gè)球磨室內(nèi)的均勻放電。而且該條件下平臺(tái)的加速度有效值隨著電機(jī)頻率的提高，很快達(dá)到了一個(gè)飽和值，不利于磨球機(jī)機(jī)械沖擊力的提高。若將A、B、C三組激振塊全部安裝到轉(zhuǎn)動(dòng)軸，振動(dòng)平臺(tái)的振幅峰峰值在較低的電機(jī)頻率（30 Hz）條件下，便可以達(dá)到130 mm高度，而且其加速度有效值隨著電機(jī)頻率的增加始終保持近線性增加趨勢(shì)。這表明，球磨室內(nèi)的大部分磨球可以在較低轉(zhuǎn)速時(shí)便可振動(dòng)到球磨室的上壁，保證整個(gè)球磨室內(nèi)充滿磨球，有效降低球磨室在各個(gè)方向的放電間距。

圖6 平臺(tái)質(zhì)量為105 kg條件下其振幅峰峰值和加速度有效值隨電機(jī)頻率的變化曲線

當(dāng)將振動(dòng)平臺(tái)的質(zhì)量降低到 95 kg，分別采用φ7 mm、φ8 mm兩組彈簧并同時(shí)加載A、B、C三組激振塊條件下，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。在電機(jī)頻率大于等于30 Hz時(shí)，采用兩組不同彈簧的振動(dòng)平臺(tái)的振幅峰峰值由130 mm進(jìn)一步提高到143 mm左右，并能夠始終保持穩(wěn)定。將激振塊減少到B、C兩組，在電機(jī)頻率大于等于30 Hz時(shí)，采用兩組不同彈簧的振動(dòng)平臺(tái)的振幅峰峰值也能夠始終穩(wěn)定在115 mm左右。在此兩組組合條件下，平臺(tái)的加速度也均隨著電機(jī)頻率的增加程近線性增加趨勢(shì)，而且最大值可以分別達(dá)到12.5g 和10.5g左右。完全可以滿足等離子球磨的實(shí)驗(yàn)要求。

圖7 平臺(tái)質(zhì)量為95 kg條件下其振幅峰峰值和加速度有效值隨電機(jī)頻率的變化曲線

進(jìn)一步降低平臺(tái)質(zhì)量到85 kg，分別采用φ7 mm、φ8 mm兩組彈簧并同時(shí)加載B、C兩組激振塊的條件下，測(cè)試結(jié)果如圖 8所示。在電機(jī)頻率大于等于30 Hz時(shí)，兩組不同彈簧振動(dòng)平臺(tái)的振幅峰峰值由115 mm分別進(jìn)一步提高到130 mm和135 mm左右，并能夠始終保持穩(wěn)定。這表明激振塊不變的條件下，振動(dòng)平臺(tái)質(zhì)量的降低有利于提高其振幅。同時(shí)，在減少平臺(tái)質(zhì)量條件下，采用φ8 mm彈簧裝置的振幅值略大于φ7 mm彈簧裝置。若在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減小激振塊的型號(hào)為A、B兩組組合方式，采用兩組不同彈簧振動(dòng)平臺(tái)的振幅峰峰值的差異又顯著降低，均能夠穩(wěn)定在103 mm左右。在此兩組組合條件下，平臺(tái)的加速度也均隨著電機(jī)頻率的增加呈近線性增加趨勢(shì)，而且最大值可以分別達(dá)到 11.6g和 9g左右。完全可以滿足等離子球磨的實(shí)驗(yàn)要求。

圖8 平臺(tái)質(zhì)量85 kg條件下其振幅峰峰值和加速度有效值隨電機(jī)頻率的變化曲線

進(jìn)一步降低平臺(tái)質(zhì)量到75 kg，分別采用φ7 mm、φ8 mm兩組彈簧并同時(shí)加載A、B兩組激振塊條件下，測(cè)試結(jié)果如圖9所示。在電機(jī)頻率大于等于30 Hz時(shí)，兩組不同彈簧振動(dòng)平臺(tái)的振幅峰峰值均由103 mm進(jìn)一步提高到117 mm左右，并始終保持穩(wěn)定。而該振動(dòng)平臺(tái)的加速度也均隨著電機(jī)頻率的增加呈近線性增加趨勢(shì)，而且最大值可以達(dá)到10.2g左右?；究梢詽M足等離子球磨的實(shí)驗(yàn)要求。

根據(jù)機(jī)械振動(dòng)平臺(tái)性能測(cè)試分析，可以得到表1的結(jié)果。所設(shè)計(jì)的單筒等離子振動(dòng)球磨機(jī)，其振動(dòng)平臺(tái)可選用φ7 mm、φ8 mm兩組彈簧，根據(jù)平臺(tái)質(zhì)量的不同選擇不同類型的激振塊組合，可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)振幅峰峰值達(dá)到或者接近球磨罐內(nèi)徑值（130 mm），同時(shí)擁有10g以上的加速度有效值。

圖9 平臺(tái)質(zhì)量75 kg條件下其振幅峰峰值和加速度有效值隨電機(jī)頻率的變化曲線

表1 振動(dòng)平臺(tái)在不同質(zhì)量條件下采用不同類型激振塊組合獲得最佳的振動(dòng)性能數(shù)據(jù)

2.2 等離子球磨制備 W-C-Co粉體性能測(cè)試

選擇表1中平臺(tái)質(zhì)量在85 kg條件下，開(kāi)展后續(xù)放電觀察和粉末測(cè)試研究。在該振動(dòng)條件下，球磨室內(nèi)的磨球振動(dòng)高度可以達(dá)到球磨罐內(nèi)壁的上沿，有效縮短了球磨室內(nèi)的平均放電間距。在此條件下，在一個(gè)大氣壓（105Pa）的氬氣中，可以觀察到明顯的均勻輝光放電現(xiàn)象。同時(shí)，在磨球和磨球之間也可以觀察到微弱的放電細(xì)絲，如圖10所示。表明了振動(dòng)的磨球縮短了球磨室內(nèi)的高壓放電距離，實(shí)現(xiàn)了常壓氣氛的有效離化。這是因?yàn)樵诘入x子體球磨過(guò)程中（如圖11所示），其放電模式有兩種[20]：近介質(zhì)層的氣體激勵(lì)輝光放電等離子體和磨球間的絲狀放電等離子體。前者放電模式提供了氣體離化所需的主要能量，于整個(gè)球磨罐形成均勻輝光，并作為振動(dòng)磨球的外部電場(chǎng)。在球磨罐的外電場(chǎng)作用下，當(dāng)磨球開(kāi)始振動(dòng)，沿外電場(chǎng)方向振動(dòng)磨球的兩個(gè)半球面上游離著許多自由流動(dòng)的正負(fù)電荷[21]，因此，便在鄰近磨球之間形成了與外電場(chǎng)方向相同的絲狀放電電場(chǎng)。后者的放電模式顯著降低了球磨罐內(nèi)部的氣體放電間隙，有助于實(shí)現(xiàn)常壓下的的大面積介質(zhì)阻擋放電等離子體。

圖10 常壓條件下球磨罐中的等離子體放電照片

圖11 磨球間的放電

圖12 無(wú)放電球磨和放電等離子體輔助球磨3 h制備的W-C-Co粉末的差熱分析曲線

利用上述實(shí)驗(yàn)條件，在常壓下的氬氣中，分別選用了無(wú)放電振動(dòng)球磨和等離子體放電輔助振動(dòng)球磨（硬質(zhì)合金磨球，球料比為50:1，球磨時(shí)間為3 h）制備出納米復(fù)合W-C-Co粉末。對(duì)采用無(wú)放電振動(dòng)球磨和等離子體放電輔助振動(dòng)球磨所制備的納米復(fù)合W-C-Co粉末分別進(jìn)行DSC的差熱分析，如圖12所示。首先，從無(wú)放電振動(dòng)球磨3 h的粉末的DSC曲線中可發(fā)現(xiàn)，在加熱過(guò)程中具有兩個(gè)明顯的峰，一個(gè)是698.3 ℃的吸熱峰，對(duì)應(yīng)W的氧化物與C發(fā)生還原反應(yīng)，生成CO。這是因?yàn)榍蚰ミ^(guò)程及粉末收集過(guò)程中W發(fā)生了輕微的氧化。另一個(gè)是峰值在892.5 ℃的放熱反應(yīng)，其對(duì)應(yīng)為W與C生成WC的碳化反應(yīng)溫度區(qū)間。從曲線的變化趨勢(shì)來(lái)看，溫度接近1000 ℃時(shí)，該放熱峰才結(jié)束，說(shuō)明無(wú)放電振動(dòng)球磨粉末中的 W與C仍在發(fā)生碳化反應(yīng)。然而，常壓下的等離子輔助振動(dòng)球磨粉末W的氧化物與C的還原反應(yīng)溫度以及W 與 C的碳化反應(yīng)溫度均要比無(wú)放電振動(dòng)球磨W-C-Co粉末均低，其溫度峰值分別是 627.5 ℃和840.6 ℃，其WC的合成溫度快速下降50 ℃左右。這一結(jié)果說(shuō)明，常壓下（105Pa）球磨罐內(nèi)實(shí)現(xiàn)了氣體的放電等離子體，該等離子體輔助振動(dòng)球磨顯著提高W-C-Co復(fù)合粉末的活性，降低W與C的反應(yīng)溫度。利用Kissinger 法中機(jī)理函數(shù)計(jì)算WC合成反應(yīng)激活能發(fā)現(xiàn)[22]，通過(guò)等離子體輔助振動(dòng)球磨合成的W-C-Co粉末的反應(yīng)激活能為290 kJ/mol，顯著低于無(wú)放電振動(dòng)球磨的反應(yīng)激活能（330.7 kJ/mol）。由此也證明了，在常壓條件下，氣體放電等離子體有效降低了振動(dòng)球磨合成粉末所需的活化能。這主要?dú)w因于等離子體在機(jī)械破碎的粉體表面產(chǎn)生很大的沖擊力和熱效應(yīng)，增加了粉末的表面能。這些均表明，在1個(gè)大氣壓條件的氬氣氛中，由于金屬磨球振動(dòng)幅度的提高，有效降低了球磨室內(nèi)高壓正負(fù)極的放電間距，氬氣在球磨振動(dòng)過(guò)程中可以有效離化形成大量的等離子體，實(shí)現(xiàn)了常壓下等離子體輔助球磨的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

文中所研制的等離子球磨機(jī)綜合了機(jī)械振動(dòng)、高壓絕緣放電和粉末材料制備等跨學(xué)科知識(shí)。當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)選用φ7 mm、φ8 mm兩組彈簧，根據(jù)平臺(tái)質(zhì)量的不同選擇不同類型的激振塊組合，可以在30 Hz轉(zhuǎn)速以上，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)振幅峰峰值達(dá)到或者接近球磨罐內(nèi)徑值，同時(shí)擁有10g以上的加速度有效值，實(shí)現(xiàn)了球磨室內(nèi)常壓條件下大面積介質(zhì)阻擋放電等離子體。常壓下均勻放電等離子體和磨球機(jī)械能協(xié)同作用，顯著提高粉末活性，降低化合物合成反應(yīng)激活能，從而顯著提高所制備材料的性能。在整個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，加深了學(xué)生對(duì)不同學(xué)科知識(shí)的理解和融合，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)自主創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的鍛煉。該裝置已被制造生產(chǎn)，并進(jìn)行市場(chǎng)推廣應(yīng)用。