CN101491784B - 一种采用射流静电复合制备超微粉体的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用射流静电复合制备超微粉体的方法及装置，其特征在于步骤如下：步骤1：将粉料置于真空干燥箱中干燥；步骤2：将干燥后的粉料在高速气流中进行射流粉碎，同时在高压电场荷电区进行静电分散得到超微粉体。一种制备超微粉体的装置，其特征在于：空气压缩机的气路依次连接射流静电分散器和收集器，射流静电分散器的前端设计有调压器和进料仓；具有以下优点：方法操作简单，成本低，效率高，制备的粉体粒度分布均匀；在粉体制备过程中无需引入化学改性剂，如偶联剂、表面活性剂，防止了杂质污染。可广泛应用于在精密陶瓷、磁性材料、稀土材料等对粉体纯度要求较高和不宜采用湿法制备粉体的行业。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用射流静电复合制备超微粉体的方法及装置，是利用高速射流实现对粉体粉碎的同时通过高压电场给粉体荷电，利用静电库仑作用使粉体保持高度分散，从而制备出性能优异的超微粉体。
背景技术
超微粉体由于比表面积大，表面能高，表面活性高等特点，具有传统常规颗粒所不具备的优良理化性质和特殊的力、热、光、磁等特性。但是，超微粉体颗粒由于粒子的高表面能和粒子之间的范德华力、静电力、液桥力等作用，极易相互吸附而发生团聚。所以，获取分散性良好的超微粉体，不仅要考虑前期的制备技术，同时也要考虑后期的分散。
目前超微粉体的制备方法主要有构筑法和粉碎法。构筑法是从原子或分子出发，通过成核和长大来构筑超微粉体，该方法的缺点是生产成本高、产量低、很难满足大规模生产要求。粉碎法是通过给粒度大的粉体施加撞击力、冲击力或剪切力获取超微粉体，例如超声、球磨等；此类方法具有产量高、能耗低和生产过程易于控制等优点；但缺点是对外界作用力依赖过强，制备的超微粉体极易团聚。为了改善超微粉体的分散性，目前常用的方法主要是改性法，即加入表面活性剂和偶联剂等分散剂，利用分散剂在颗粒表面的吸附、包覆来实现分散目的，尽管这种方法优点具有分散效果显著的特点，但同时会引入杂质，改变颗粒表面性质，进而影响超微粉体应有的理化性能。
高速射流粉碎是以高压气流为动力，利用高压、高速气流携带粉体，使粉体与粉体、粉体与粉碎仓壁之间产生冲击和碰撞，从而达到粉碎粉体的目的。此方法具有效率高、分散性好和不引入杂质等优点，但是制备的粉体易自发团聚。
静电分散是根据库伦定律，利用高压电场给粉体荷电，当使带有相同电荷的粉粒间的库仑斥力抵消粉体间的团聚力达到有效分散的目的。此方法优点为分散效率高，无杂质污染，缺点为静电分散后，粉体颗粒的荷电量随着放置时间的延长会以传导、放电等形式发生损失，导致分散效果渐弱。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种采用射流静电复合制备超微粉体的方法及装置。
技术方案
本发明的基本思想是：利用高速射流实现对粉体粉碎的同时通过高压电场给粉体荷电，利用静电库仑作用使粉体保持高度分散，从而制备出性能优异的超微粉体。
采用射流静电复合制备超微粉体的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将平均粒度为17.0～196.3um的粉料置于温度为50℃～200℃的真空干燥箱中干燥2～12小时；
步骤2：将干燥后的粉料在压强为0.3～1.5MPa的高速气流中进行射流粉碎，同时在电压为15～60KV的高压电场荷电区进行静电分散得到超微粉体。
一种射流静电复合制备超微粉体的装置，其特征在于包括：空气压缩机1、调压器2、进料仓3、射流静电分散器4和收集器5；空气压缩机1的气路依次连接射流静电分散器4和收集器5，射流静电分散器4的前端设计有调压器2和进料仓3；所述的射流静电分散器4是：在复合分散仓8内壁设计有两个正负电极板9，气流入口端为两个拉瓦尔喷嘴7，气流出口为空心圆锥喷嘴10，高压电源6的正负极电压加载于两个正负电极板9。
所述的两个拉瓦尔7喷嘴的夹角为100°～150°。
所述的拉瓦尔喷嘴7的出口半径为0.4mm～0.8mm。
所述两个正负电极板9间距为30mm～60mm。
所述的两个正负电极板9每个电极板长度为100～140mm。
所述的空心圆锥喷嘴10，上口半径为30mm～60mm，长为60mm～60mm，下口半径为4mm～10mm。
所述拉瓦尔喷嘴7、复合分散仓8、空心圆锥喷嘴10采用绝缘材料环氧树脂、聚四氟乙烯和硅橡胶制成。
所述两个正负电极板9采用金属材料铜和铂制成。
有益效果
本发明提供的采用射流静电复合制备超微粉体的方法及装置，具有以下优点：
①本发明的方法操作简单，成本低，效率高，制备的粉体粒度分布均匀。
②本发明在粉体制备过程中无需引入化学改性剂，如偶联剂、表面活性剂，防止了杂质污染。
③本发明可广泛应用于在精密陶瓷、磁性材料、稀土材料等对粉体纯度要求较高和不宜采用湿法制备粉体的行业。
附图说明
图1：本发明系统示意图
1-空气压缩机；2-调压器；3-进料仓；4-射流静电分散器；5-收集器；
图2：射流静电分散装置示意图
6-高压电源；7-拉瓦尔喷嘴；8-复合分散仓；9-荷电装置；10-圆锥喷嘴
图3：镁锌铁氧体粒子的SEM图，实验条件：实验室温度为24℃，湿度为28～33％，电晕电压50kV
(a)自然状态(标尺长度为20um)；
(b)射流静电复合制备方法(标尺长度为20um)
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1、镁锌铁氧体粉体的射流静电分散
①将平均粒度为196.3um的镁锌铁氧体置于真空干燥箱中，干燥箱温度为70℃，干燥时间为2小时。
②将干燥后的粉体置于加有高压电场的高速空气流中进行射流静电复合分散，高速气流压强为1.0MPa，荷电电压为50KV。
实施例2、钡铁氧体粉体的射流静电分散
①将平均粒度为12.9um的钡铁氧体置于真空干燥箱中，干燥箱温度为40℃，干燥时间为4小时。
②将干燥后的粉体置于加有高压电场的高速空气流中进行射流静电复合分散，高速气流压强为0.3MPa，荷电电压为20KV。
实施例3、钡铁氧体粉体的射流静电分散
①将平均粒度为12.9um的镁锌铁氧体置于真空干燥箱中，干燥箱温度为60℃，干燥时间为6小时。
②将干燥后的粉体置于加有高压电场的高速空气流中进行射流静电复合分散，高速气流压强为0.7MPa，荷电电压为30KV。
实施例4、钡铁氧体粉体的射流静电分散
①将平均粒度为12.9um的钡铁氧体置于真空干燥箱中，干燥箱温度为80℃，干燥时间为8小时。
②将干燥后的粉体置于加有高压电场的高速空气流中进行射流静电复合分散，高速气流压强为1.1MPa，荷电电压为40KV。
实施例5、钡铁氧体粉体的射流静电分散
①将平均粒度为12.9um的镁锌铁氧体置于真空干燥箱中，干燥箱温度为100℃，干燥时间为10小时。
②将干燥后的粉体置于加有高压电场的高速空气流中进行射流静电复合分散，高速气流压强为1.3MPa，荷电电压为50KV。
实施例6、钡铁氧体粉体的射流静电分散
①将平均粒度为12.9um的镁锌铁氧体置于真空干燥箱中，干燥箱温度为120℃，干燥时间为12小时。
②将干燥后的粉体置于加有高压电场的高速空气流中进行射流静电复合分散，高速气流压强为1.5MPa，荷电电压为60KV。
上述实施例可以通过以下装置实现。
本实施例提供的射流静电复合制备超微粉体的装置，由空气压缩机1、调压器2、进料仓3、射流静电分散器4和收集器5组成，空气压缩机1的型号为罗威(Z-O 12/8)；所述的射流静电分散器4由复合分散仓8、两个正负电极板9、、两个拉瓦尔喷嘴7、气流出口和高压电源6组成，高压电源6的型号为金三航(UP-15010)。
空气压缩机1的气路依次连接射流静电分散器4和收集器5，射流静电分散器4的前端设计有调压器2和进料仓3；所述的射流静电分散器4是：在复合分散仓8内壁设计有两个正负电极板9，每个电极板长度为120mm，两个正负电极板间间距为40mm。气流入口端为两个拉瓦尔喷嘴7，拉瓦尔喷嘴7的夹角为120°，出口半径为0.5mm。气流出口为空心圆锥喷嘴10，空心圆锥喷嘴10上口直径为40mm，长为40mm、下口直径为8mm。高压电源6的正负极电压加载于两个正负电极板9，两个正负电极板9间距为40mm，各长120mm。
将干燥后的粉体置于装置的进料仓3中，通过压强为1.0Mpa的高速空气流进入复合分散仓8内。复合分散仓8内加有高压电场，调整荷电电压为50KV。进行射流静电复合分散。
Claims (8)
1.一种采用射流静电复合制备超微粉体的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将平均粒度为17.0～196.3μm的粉料置于温度为50℃～200℃的真空干燥箱中干燥2～12小时；
步骤2：将干燥后的粉料在压强为0.3～1.5MPa的高速气流中进行射流粉碎，同时在电压为15～60KV的高压电场荷电区进行静电分散得到超微粉体。
2.一种实现权利要求1所述的采用射流静电复合制备超微粉体的方法的装置，其特征在于包括：空气压缩机(1)、调压器(2)、进料仓(3)、射流静电分散器(4)和收集器(5)；空气压缩机(1)的气路依次连接射流静电分散器(4)和收集器(5)，射流静电分散器(4)的前端设计有调压器(2)和进料仓(3)；所述的射流静电分散器(4)是：在复合分散仓(8)内壁设计有两个正负电极板(9)，气流入口端为两个拉瓦尔喷嘴(7)，气流出口为空心圆锥喷嘴(10)，高压电源(6)的正负极电压加载于两个正负电极板(9)；所述的两个拉瓦尔喷嘴(7)的夹角为100°～150°。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的拉瓦尔喷嘴(7)的出口半径为0.4mm～0.8mm。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述两个正负电极板(9)间距为30mm～60mm。
5.根据权利要求2或4所述的装置，其特征在于：所述的两个正负电极板(9)中的每个电极板长度为100～140mm。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的空心圆锥喷嘴(10)，上口半径为30mm～60mm，长为60mm，下口半径为4mm～10mm。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述拉瓦尔喷嘴(7)、复合分散仓(8)、空心圆锥喷嘴(10)采用绝缘材料环氧树脂、聚四氟乙烯和硅橡胶制成。
8.根据权利要求2或4所述的装置，其特征在于：所述两个正负电极板(9)采用金属材料铜和铂制成。
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