RU2603043C1 - Method of producing micropowders of solid materials - Google Patents

Method of producing micropowders of solid materials Download PDF

Info

Publication number
RU2603043C1
RU2603043C1 RU2015124512/13A RU2015124512A RU2603043C1 RU 2603043 C1 RU2603043 C1 RU 2603043C1 RU 2015124512/13 A RU2015124512/13 A RU 2015124512/13A RU 2015124512 A RU2015124512 A RU 2015124512A RU 2603043 C1 RU2603043 C1 RU 2603043C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grinding
vol
micropowders
solid materials
materials
Prior art date
Application number
RU2015124512/13A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Николаевич Рожков
Андрей Валерьевич Кондратьев
Валерий Иванович Варламов
Сергей Константинович Гордеев
Арам Александрович Екавян
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Доминант"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Доминант" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Доминант"
Priority to RU2015124512/13A priority Critical patent/RU2603043C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2603043C1 publication Critical patent/RU2603043C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/18Details
    • B02C17/20Disintegrating members
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C2/00Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/28Details
    • B02C4/30Shape or construction of rollers

Abstract

FIELD: food industry.
SUBSTANCE: invention relates to methods of producing micro powders of solid materials, for example, micro powders of ceramic materials, pigments. Method comprises milling particles of solid materials in rotary grinding mill, wherein grinding inserts and lining of working chamber are made of ceramic composite material containing diamond - 20-75 vol%, silicon carbide - 20-75 vol%, silicon - 3-40% vol%.
EFFECT: method enables to obtain chemically pure micropowders of solid materials.
1 cl

Description

Изобретение относится к технологии измельчения материалов, а именно - к способам получения микропорошков материалов измельчением более крупных зерен и может быть использовано для получения микропорошков керамических материалов, пигментов и других материалов.The invention relates to a technology for grinding materials, namely, to methods for producing micropowders of materials by grinding larger grains and can be used to obtain micropowders of ceramic materials, pigments and other materials.

Одним из наиболее распространенных методов получения микропорошков материалов является измельчение более крупных зерен таких материалов. Измельчение осуществляют в мельницах различных типов (шаровых, планетарных, струйных и др.). Такие способы получения микропорошков материалов с относительно невысокой твердостью довольно эффективны за счет простоты технологии и несложной конструкции используемых устройств.One of the most common methods for obtaining micropowders of materials is the grinding of larger grains of such materials. Grinding is carried out in mills of various types (ball, planetary, jet, etc.). Such methods for producing micropowders of materials with relatively low hardness are quite effective due to the simplicity of the technology and the simple design of the devices used.

При получении микропорошков материалов высокой твердости, таких, например, как карбид кремния и карбид бора, эффективность описанных выше способов измельчения существенно уменьшается. Это связано в первую очередь с загрязнением получаемых микропорошков материалом мелющих элементов. Загрязнение происходит за счет абразивного износа, который происходит при воздействии измельчаемых порошков на детали измельчающих устройств. Поэтому для получения чистых микропорошков требуется последующая их химическая очистка, обычно - в растворах кислот, что трудоемко и снижает эффективность таких способов получения микропорошков твердых материалов.Upon receipt of micropowders of high hardness materials, such as, for example, silicon carbide and boron carbide, the efficiency of the grinding methods described above is significantly reduced. This is primarily due to the contamination of the resulting micropowders with the material of grinding elements. Pollution occurs due to the abrasive wear that occurs when exposed to grinding powders on the details of grinding devices. Therefore, to obtain pure micropowders, their subsequent chemical purification is required, usually in acid solutions, which is laborious and reduces the effectiveness of such methods for producing micropowders of solid materials.

В качестве наиболее близкого аналога авторы выбрали способ получения микропорошков твердых материалов, описанный в статье «Некоторые особенности процесса размола и прессования карбида бора» / Л.И. Струк, В.Б. Федорус, Г.Н. Макаренко, Э.В.Прилуцкий. - Порошковая металлургия, 1985, №6 с. 29-33. Способ состоит в измельчении порошка карбида бора в магнитно-вихревом аппарате. Способ обеспечивает получение порошков твердого материала (карбида бора) размером менее 2 мкм.As the closest analogue, the authors chose a method for producing micropowders of solid materials, described in the article "Some features of the process of grinding and pressing of boron carbide" / L.I. Struk, V.B. Fedorus, G.N. Makarenko, E.V. Prilutsky. - Powder Metallurgy, 1985, No. 6 p. 29-33. The method consists in grinding powder of boron carbide in a magnetic vortex apparatus. The method provides the production of powders of solid material (boron carbide) with a size of less than 2 microns.

Недостатком известного способа является значительное загрязнение получаемых микропорошков железом, что не позволяет использовать такие порошки для получения керамик. Требуется их химическая очистка. Кроме того, за счет активного абразивного износа существенно сокращается ресурс работы измельчительного оборудования.The disadvantage of this method is the significant pollution of the resulting micropowders with iron, which does not allow the use of such powders to obtain ceramics. Their chemical cleaning is required. In addition, due to active abrasive wear, the life of the grinding equipment is significantly reduced.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности получения микропорошков твердых материалов, а именно: повышение химической чистоты микропорошков и повышение ресурса работы оборудования.The technical task of the invention is to increase the efficiency of obtaining micropowders of solid materials, namely: increasing the chemical purity of micropowders and increasing the life of the equipment.

Поставленная задача решена в предлагаемом изобретении тем, что измельчение частиц твердого материала производят в роторно-истирающей мельнице, в которой мелющие вставки и футеровка рабочей камеры выполнены из керамического композиционного материала, содержащего алмаз - 20-75 об.%, карбид кремния - 20-75 об.%, кремний - 3-40 об.%The problem is solved in the present invention in that the grinding of particles of solid material is carried out in a rotary abrasive mill, in which grinding inserts and lining of the working chamber are made of ceramic composite material containing diamond - 20-75 vol.%, Silicon carbide - 20-75 vol.%, silicon - 3-40 vol.%

Использование футеровки и мелющих вставок из композиционного материала с содержанием алмаза менее 20 об.% и с содержанием кремния более 40 об.% нецелесообразно, т.к. материалы имеют низкую износостойкость, не обеспечивая эффективный ресурс работы мельницы. Изготовление футеровки и мелющих вставок из материала с содержанием алмаза более 75 об.% и содержанием кремния менее 3 об.% нецелесообразно, т.к. получение таких материалов технологически очень сложно.The use of a lining and grinding inserts of composite material with a diamond content of less than 20 vol.% And with a silicon content of more than 40 vol.% Is impractical because materials have low wear resistance, not providing an effective resource of the mill. The manufacture of lining and grinding inserts from a material with a diamond content of more than 75 vol.% And a silicon content of less than 3 vol.% Is impractical because obtaining such materials is technologically very difficult.

Сущность изобретения состоит в следующем.The invention consists in the following.

Измельчение частиц твердого материала, например таких, как карбид кремния, карбид бора и др. осуществляют на роторно-истирающей мельнице. Конструкция мельницы обеспечивает измельчение порошков твердых материалов за счет сочетания одновременного воздействия на измельчаемые частицы раздавливающих и сдвиговых усилий. Воздействие на частицы материала сдвиговых усилий позволяет существенно повысить эффективность измельчения твердых материалов. Это связано с особенностями механических свойств твердых материалов: большой прочностью при сжатии в сочетании с относительно низкой прочностью при растяжении и сдвиге.The grinding of particles of solid material, for example, such as silicon carbide, boron carbide, etc., is carried out on a rotary abrasive mill. The design of the mill provides grinding powders of solid materials by combining the simultaneous impact of crushing and shear forces on the crushed particles. The impact on the particles of the material of shear forces can significantly increase the grinding efficiency of solid materials. This is due to the mechanical properties of solid materials: high compressive strength combined with relatively low tensile and shear strength.

Применяемая для реализации способа мельница имеет вертикальный закрытый корпус с патрубками для ввода и вывода продукции. Патрубок ввода продукции (исходных измельчаемых порошков) расположен верхней части корпуса, например, на его верхней крышке. Патрубок вывода продукции (измельченного материала) расположен в нижней части корпуса - на нижней крышке. В середине корпуса расположена цилиндрическая рабочая камера. Рабочая камера имеет водяную рубашку охлаждения, необходимую для поддержания температурного режима в рабочей камере и отвода избыточного тепла, выделяемого в процессе измельчения материалов. Внутренняя поверхность рабочей камеры имеет футеровку, выполненную из керамического композиционного материала алмаз - карбид кремния - кремний.The mill used to implement the method has a vertically closed housing with nozzles for input and output of products. The branch pipe of the input of the product (the initial ground powders) is located on the upper part of the housing, for example, on its upper cover. The outlet pipe of output (crushed material) is located in the lower part of the body - on the lower cover. In the middle of the case is a cylindrical working chamber. The working chamber has a cooling water jacket, necessary to maintain the temperature in the working chamber and to remove excess heat generated during the grinding of materials. The inner surface of the working chamber has a lining made of a ceramic composite material diamond - silicon carbide - silicon.

В корпусе мельницы установлен ротор, имеющий вал. Вал ротора установлен по оси рабочей камеры, проходит через верхнюю крышку корпуса и соединен с приводом, обеспечивающим вращение вала при работе мельницы. В зоне рабочей камеры на валу, перпендикулярно ему, установлены опорные диски, диаметр которых меньше внутреннего диаметра футеровки. На валу могут быть установлены несколько опорных дисков, но не менее двух. Расстояние между дисками могут быть одинаковыми или различными, в зависимости от конструктивного исполнения мельницы. Во внешней зоне опорных дисков, перпендикулярно им, установлены оси вращения мелющих элементов. Эти оси могут быть выполнены, например, как цилиндрические валы, установленные между двумя соседними опорными дисками и закрепленными в них. Число установленных осей между двумя дисками зависит от конструктивного исполнения мельницы, но их не может быть менее двух. При этом целесообразна симметричная установка осей по кругу, т.к. это обеспечивает лучший баланс вращения ротора при работе мельницы.A rotor having a shaft is installed in the mill body. The rotor shaft is installed along the axis of the working chamber, passes through the top cover of the housing and is connected to a drive that provides rotation of the shaft during operation of the mill. In the area of the working chamber on the shaft, perpendicular to it, supporting disks are installed, the diameter of which is smaller than the inner diameter of the lining. Several support discs can be installed on the shaft, but not less than two. The distance between the discs can be the same or different, depending on the design of the mill. In the outer zone of the supporting discs, perpendicular to them, the rotation axis of the grinding elements are installed. These axes can be made, for example, as cylindrical shafts mounted between two adjacent support disks and fixed in them. The number of axles installed between the two discs depends on the design of the mill, but they cannot be less than two. In this case, it is advisable to symmetrically set the axes in a circle, because this provides the best balance of rotor rotation during mill operation.

На осях вращения установлены мелющие элементы. На одной оси вращения, по высоте, могут быть установлены несколько мелющих элементов. Мелющие элементы имеют корпус, в котором закреплена мелющая вставка из керамического композиционного материала алмаз - карбид кремния - кремний. Мелющие элементы установлены на осях вращения так, что центр тяжести элемента не совпадает с осью вращения, и при вращении ротора обеспечивается поворот мелющего элемента на оси вращения и прижатие мелющей вставки к поверхности футеровки. Мелющая вставка, изготовленная из керамического композита алмаз - карбид кремния - кремний и закрепленная в корпусе мелющего элемента, обеспечивает необходимую износостойкость элемента.Grinding elements are installed on the axes of rotation. On one axis of rotation, in height, several grinding elements can be installed. The grinding elements have a housing in which a grinding insert of a ceramic composite material diamond - silicon carbide - silicon is fixed. The grinding elements are mounted on the axes of rotation so that the center of gravity of the element does not coincide with the axis of rotation, and when the rotor rotates, the grinding element is rotated on the axis of rotation and the grinding insert is pressed against the surface of the lining. The grinding insert made of a ceramic composite diamond - silicon carbide - silicon and fixed in the housing of the grinding element, provides the necessary wear resistance of the element.

Предлагаемый способ изготовления микропорошков твердых материалов осуществляют следующим образом. Включают роторно-истирающую мельницу. При этом привод мельницы обеспечивает вращение ротора. Мелющие элементы, в которых центр тяжести смещен относительно оси их вращения, за счет действующей на них центробежной силы, поворачиваются на осях вращения, перемещая тем самым мелющую вставку к поверхности футеровки. Мелющие вставки прижимаются к поверхности футеровки и скользят по ней с угловой скоростью вращения ротора.The proposed method of manufacturing micropowders of solid materials is as follows. Turn on a rotary abrasive mill. In this case, the mill drive provides the rotation of the rotor. Grinding elements in which the center of gravity is offset relative to the axis of their rotation, due to the centrifugal force acting on them, rotate on the axis of rotation, thereby moving the grinding insert to the surface of the lining. Grinding inserts are pressed to the surface of the lining and slide on it with the angular velocity of rotation of the rotor.

Использование в конструкции мельницы, используемой для реализации способа, футеровки и мелющих вставок из керамического композиционного материала алмаз - карбид кремния - кремний существенно увеличивает ресурс работы измельчительного оборудования, что повышает эффективность способа. Увеличение ресурса работы оборудования связано с тем, что использованный в конструкции мельницы керамический композит обладает высокой твердостью (до 55 ГПа) которая выше, чем твердость измельчаемого материала, например, оксида алюминия, карбида кремния, карбид бора (20, 23, 40 ГПа, соответственно). Высокая твердость композита и изготовленных из него футеровки и мелющих вставок определяет очень низкий износ этих элементов мельницы, что не только обеспечивает эффективное использование измельчающего оборудования без замены соответствующих элементов, но и позволяет получать чистые измельченные порошки твердых материалов, не загрязненные «намолом» деталей измельчающих устройств.The use in the design of the mill used to implement the method, lining and grinding inserts of ceramic composite material diamond - silicon carbide - silicon significantly increases the life of the grinding equipment, which increases the efficiency of the method. The increase in the service life of the equipment is due to the fact that the ceramic composite used in the mill construction has a high hardness (up to 55 GPa) which is higher than the hardness of the crushed material, for example, aluminum oxide, silicon carbide, boron carbide (20, 23, 40 GPa, respectively ) The high hardness of the composite and the linings and grinding inserts made from it determines the very low wear of these elements of the mill, which not only ensures the efficient use of grinding equipment without replacing the corresponding elements, but also allows us to obtain pure powdered powders of solid materials that are not contaminated with “grinding” parts of grinding devices .

Измельчаемые порошки твердых материалов подают через патрубок ввода, расположенный выше рабочей камеры. Опускаясь за счет собственного веса в рабочую камеру, частицы порошка отбрасываются ротором на поверхность футеровки, изготовленной из керамического композиционного материала алмаз - карбид кремния - кремний и подвергаются истирающему воздействию движущихся по поверхности футеровки мелющих вставок, также изготовленных из керамического композиционного материала алмаз - карбид кремния - кремний. Приложенные к частице усилия сжатия и сдвига (истирающее воздействие) вызывает разрушение частиц и измельчение материала. Увеличение окружной скорости вращение ротора увеличивает как линейную скорость движения мелющей вставки по поверхности футеровки, так и силу прижатия мелющей вставки к поверхности футеровки. Тем самым осуществляют регулирование степени измельчения исходных материалов. Если по высоте мельницы, на осях вращения, в зоне рабочей камеры, установлено несколько мелющих элементов, то измельчаемый материал после воздействия на него верхних мелющих элементов под собственным весом опускается в зону воздействия на него следующих по высоте элементов. За счет этого достигается повышение степени измельчения порошкообразных материалов, которые затем, под собственным весом, выводятся из мельницы через выходной патрубок, расположенный ниже рабочей камеры.The crushed powders of solid materials are fed through an inlet pipe located above the working chamber. Sinking down due to their own weight into the working chamber, the powder particles are rotor discarded on the surface of the lining made of ceramic composite material diamond - silicon carbide - silicon and are subjected to abrasion by the grinding inserts moving along the surface of the lining, also made of ceramic composite material diamond - silicon carbide - silicon. The compression and shear forces applied to the particle (abrasion) cause the destruction of the particles and the grinding of the material. The increase in peripheral speed, the rotation of the rotor increases both the linear speed of the grinding insert on the surface of the lining, and the pressing force of the grinding insert to the surface of the lining. Thereby, the degree of grinding of the starting materials is controlled. If several grinding elements are installed along the height of the mill, on the axis of rotation, in the zone of the working chamber, then the crushed material after exposure to the upper grinding elements under its own weight falls into the zone of influence of the next highest elements on it. Due to this, an increase in the degree of grinding of powder materials is achieved, which then, under their own weight, are removed from the mill through an outlet pipe located below the working chamber.

Предложенное техническое решение поясняется примером.The proposed technical solution is illustrated by example.

Пример. Получение микропорошков карбида кремния осуществляют следующим образом. Исходные порошки карбида бора с размером частиц от 63 до 50 мкм подают с помощью питателя в роторно-истирающую мельницу с диаметром рабочей камеры 105 мм, мощность двигателя для вращения ротора - 2 кВт. Поверхность рабочей камеры выполнена из керамического композиционного материала, имеющего состав: алмаз - 42 об.%, карбид кремния - 50 об.%, кремний - 8 об.% В мельнице установлены 36 мелющих элементов со вставками из композита того же состава. Массовый расход подаваемых порошков - 1 кг/час. Измельчение осуществляют при скорости вращения ротора 500 об/мин. Средний размер частиц полученного микропорошка - 1,2 мкм. Содержание железа в микропорошке - менее 0,1%. Ресурс работы мельницы - более 500 часов.Example. The preparation of silicon carbide micropowders is as follows. The initial powders of boron carbide with a particle size of 63 to 50 μm are fed using a feeder to a rotary abrasive mill with a working chamber diameter of 105 mm, the engine power for rotor rotation is 2 kW. The surface of the working chamber is made of a ceramic composite material having the composition: diamond - 42 vol.%, Silicon carbide - 50 vol.%, Silicon - 8 vol.%. The mill has 36 grinding elements with inserts from a composite of the same composition. The mass flow rate of the supplied powders is 1 kg / h. Grinding is carried out at a rotor speed of 500 rpm. The average particle size of the obtained micropowder is 1.2 microns. The iron content in the micropowder is less than 0.1%. The resource of the mill is more than 500 hours.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает получение химически чистых микропорошков твердых материалов, при этом измельчительное оборудование имеет большой ресурс работы.Thus, the proposed method provides for the production of chemically pure micropowders of solid materials, while the grinding equipment has a long service life.

Claims (1)

Способ изготовления микропорошков твердых материалов, заключающийся в измельчении частиц твердых материалов, отличающийся тем, что измельчение производят в роторно-истирающей мельнице, в которой мелющие вставки и футеровка рабочей камеры выполнены из керамического композиционного материала, содержащего алмаз - 20-75 об.%, карбид кремния - 20-75 об.%, кремний - 3-40 об.%. A method of manufacturing micropowders of solid materials, which consists in grinding particles of solid materials, characterized in that the grinding is carried out in a rotary abrasive mill, in which the grinding inserts and the lining of the working chamber are made of ceramic composite material containing diamond - 20-75 vol.%, Carbide silicon - 20-75 vol.%, silicon - 3-40 vol.%.
RU2015124512/13A 2015-06-24 2015-06-24 Method of producing micropowders of solid materials RU2603043C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015124512/13A RU2603043C1 (en) 2015-06-24 2015-06-24 Method of producing micropowders of solid materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015124512/13A RU2603043C1 (en) 2015-06-24 2015-06-24 Method of producing micropowders of solid materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2603043C1 true RU2603043C1 (en) 2016-11-20

Family

ID=57759972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015124512/13A RU2603043C1 (en) 2015-06-24 2015-06-24 Method of producing micropowders of solid materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2603043C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2007270C1 (en) * 1991-04-04 1994-02-15 Центральный научно-исследовательский институт химии и механики Method for producing solid material powders
EP0662461A1 (en) * 1994-01-11 1995-07-12 Societe Europeenne Des Produits Refractaires Balls from molten ceramic material
RU2008137609A (en) * 2006-02-20 2010-03-27 Сименс Акциенгезелльшафт (DE) COATED MILLING TOOL

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2007270C1 (en) * 1991-04-04 1994-02-15 Центральный научно-исследовательский институт химии и механики Method for producing solid material powders
EP0662461A1 (en) * 1994-01-11 1995-07-12 Societe Europeenne Des Produits Refractaires Balls from molten ceramic material
RU2008137609A (en) * 2006-02-20 2010-03-27 Сименс Акциенгезелльшафт (DE) COATED MILLING TOOL

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105536957B (en) A kind of impeller and connected superfine pulverizer, System of Ultra Thin Power Rubbing
RU2353431C1 (en) Desintegrator
CN108348919A (en) Grinding device and method for comminuted starting materials
KR20180040742A (en) Mill
TWI660908B (en) Method of ball milling aluminum metaphosphate
CN1078175A (en) Granular material processing apparatus
JP2009045585A (en) Continuous grinder
CN104023849B (en) Grinding mill
AU2016299853B2 (en) Improvements in grinding mills
JP4409759B2 (en) Grinding mill
RU2603043C1 (en) Method of producing micropowders of solid materials
JP2012011331A (en) Oscillation mill for material to be ground at high purity which uses disk ring-type grinding medium
RU2618136C1 (en) Centrifugal device for mixing and grinding
RU2457033C1 (en) Loose material grinder
JP3154692B2 (en) Fine grinding equipment
RU2603038C1 (en) Mill for materials fine grinding
RU168057U1 (en) CENTRIFUGAL DEVICE FOR MIXING AND GRINDING
RU2625845C1 (en) Method for silicon carbide ceramic material production
RU55644U1 (en) CENTRIFUGAL MILL OF CONTINUOUS TYPE
RU2614794C2 (en) Loose material grinder and method thereof
RU2636778C1 (en) Centrifugal device for mixing and grinding
RU166619U1 (en) EASTER DISK LABORATORY
US3368763A (en) Processing apparatus
UA121369C2 (en) PLASTIC AND METAL MIXTURE CRUSHER
RU2472593C1 (en) Device for dry concentration of mineral stock

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180625