Ультразвуковая планетарная шаровая мельница: принцип работы, применение и руководство по выбору

Тонкое измельчение становится более трудным, когда размер частиц уменьшается и порошок начинает агломерироваться, оседать, прилипать к стенкам банки или образовывать твердые вторичные кластеры. В этих случаях простое увеличение скорости планетарной мельницы или увеличение времени измельчения может не решить реальную технологическую проблему.

Ан ультразвуковая планетарная шаровая мельница добавляет систему ультразвуковой вибрации к обычной высокоэнергетической планетарной мельнице. Планетарное движение обеспечивает механическое воздействие, трение и сдвиг, а ультразвуковая вибрация способствует движению и диспергированию материала. Эта комбинация предназначена для применений, где уменьшение размера частиц и деагломерацию необходимо контролировать одновременно .

Что такое ультразвуковая планетарная шаровая мельница?

В стандартной планетарной шаровой мельнице используются размольные стаканы, которые вращаются вокруг своей оси и одновременно вращаются вокруг центрального диска. Это сложное движение вызывает повторяющиеся удары, трение и сдвиг между мелющими шарами, стенками стакана и образцом.

Ультразвуковая планетарная шаровая мельница добавляет второй энергетический механизм.: высокочастотная механическая вибрация, передаваемая на систему измельчения . В системах, содержащих жидкость, эта вибрация может вызывать эффекты кавитации и акустического потока, которые помогают разрушать агломераты и поддерживать движение частиц через зону измельчения.

TENCAN описывает систему как совокупность:

• Планетарное механическое шлифование для уменьшения размера
• Ультразвуковая дисперсия для деагломерации и улучшения движения материала

Это означает, что ультразвук не является заменой мелющих шаров. Это дополнительный технологический инструмент, работающий наряду с механическим фрезерованием.

Как TENCAN Ультразвуковая планетарная шаровая мельница

1. Планетарное движение обеспечивает основную энергию измельчения.

Главный диск вращается вокруг оси машины, а каждый размольный стакан вращается вокруг своей оси. Электрический ток TENCAN на странице продукта перечислены типичные соотношение оборотов к вращению 1:2 .

Это движение заставляет мелющие тела неоднократно ударяться, скользить и сдвигать образец. Более крупные частицы дробятся и постепенно измельчаются по мере продолжения цикла измельчения.

2. Ультразвуковая вибрация способствует рассеиванию

Ультразвуковая система включает в себя генератор, преобразователь и токопроводящее контактное кольцо. TENCAN перечисляет общий диапазон ультразвуковых частот примерно 20–40 кГц .

В жидкой среде ультразвуковая вибрация может создавать два полезных эффекта.:

• Кавитация: микроскопические пузырьки формируются и схлопываются, вызывая локальные ударные эффекты, которые могут помочь разрушить агломераты слабых частиц.
• Акустический поток: Циркуляция жидкости улучшает движение материала и помогает уменьшить оседание и прилипание к стенкам.

3. Механическое измельчение и ультразвуковая дисперсия работают вместе.

Планетарный механизм непрерывно уменьшает размер частиц, а ультразвук воздействует на скопления частиц и движение суспензии. Такое сочетание особенно актуально, когда стандартный планетарный процесс достигает точки, когда дальнейшее измельчение вызывает вторичная агломерация, а не полезная доработка .

Текущий TENCAN Технические параметры

Следующие значения основаны на текущем TENCAN Страница продукта ультразвуковой планетарной шаровой мельницы. Точная конфигурация выбранной машины должна быть подтверждена перед заказом.

Может ли он действительно производить порошок нанометрового масштаба?

Электрический ток TENCAN В спецификации указано, что минимальный размер частиц выброса может достигать примерно 0,1 мкм (100 нм) в подходящих условиях.

Эту цифру не следует интерпретировать как гарантированный результат для каждого материала. Конечный размер частиц зависит от:

• Твердость материала и поведение при разрушении
• Начальный размер подачи
• Материал размольного стакана
• Материал мелющих шаров, плотность и диаметр
• Соотношение шарика и материала
• Комбинированный уровень загрузки
• Планетарная скорость
• Время шлифования
• Сухой или мокрый процесс
• Содержание твердых частиц и вязкость суспензии
• Ультразвуковая муфта и рабочие настройки
• Температура во время фрезерования
• Представляет ли измеренное значение первичные частицы или агломераты

Почему ультразвуковая помощь может помочь при агломерации

При мелких размерах частиц поверхностная энергия становится все более важной. Частицы могут образовывать мягкие или твердые кластеры, особенно во влажных суспензиях и порошках с большой площадью поверхности. Стандартная планетарная мельница может продолжать подавать сильную механическую энергию, в то время как вновь созданные мелкие частицы одновременно повторно агломерируются.

Ультразвуковая помощь может оказаться полезной, когда основная проблема становится:

• Вторичная агломерация после тонкого измельчения
• Плотные частицы оседают на дно банки.
• Материал прилипает к стенке банки
• Неравномерная циркуляция навоза
• Трудное диспергирование порошков с большой площадью поверхности.
• Смешанное измельчение и диспергирование на одном этапе процесса

Это основная причина рассмотреть возможность использования ультразвуковой планетарной мельницы вместо простого выбора более быстрой стандартной планетарной мельницы.

Мокрое и сухое шлифование: где ультразвук имеет наибольшее значение?

На странице продукта указана совместимость с сухими порошками, водными суспензиями, суспензиями органических растворителей, пастами высокой вязкости и биологическими влажными материалами. Однако Механизм кавитации наиболее важен при наличии жидкой среды. .

При переработке сухого порошка высокочастотная вибрация по-прежнему может влиять на движение частиц и банок, но покупатели не должны предполагать тот же механизм диспергирования, основанный на кавитации, который происходит в жидкой суспензии.

Ультразвуковая планетарная шаровая мельница по сравнению со стандартной планетарной шаровой мельницей

Обе машины используют высокоэнергетическое планетарное движение. Ультразвуковая версия добавляет механизм диспергирования, который становится ценным, когда процесс ограничен агломерацией или движением суспензии, а не только недостаточной механической энергией.

Если ваш материал уже измельчается чисто, без серьезного оседания или агломерации, стандартная лабораторная планетарная шаровая мельница может быть достаточно.

Ультразвуковая планетарная шаровая мельница по сравнению с шаровой мельницей с перемешиванием

Шаровая мельница с перемешиванием использует стационарную камеру измельчения, заполненную мелкими мелющими телами, и вращающуюся мешалку. Его часто выбирают для мокрого сверхтонкого измельчения, диспергирования и разработки процессов, где предпочтительным является механизм с перемешиваемой средой.

Ультразвуковая планетарная мельница имеет другую конструкцию: весь размольный стакан участвует в планетарном вращении, а ультразвук способствует диспергированию.

Рассмотрим лабораторная шаровая мельница с перемешиванием когда процесс в основном влажный, требуется подход с перемешиванием среды или такие функции, как циркуляция и контроль температуры в рубашке. Рассмотрим ультразвуковую планетарную мельницу, когда в одном и том же периодическом процессе необходимы планетарное высокоэнергетическое воздействие и диспергирование с помощью ультразвука.

Где пригодится ультразвуковая планетарная шаровая мельница

1. Батареи и новые энергетические материалы.

Электрический ток TENCAN На странице продукта перечислены области применения фосфата лития-железа, тройных катодных материалов, кремний-углеродных анодов и материалов катализаторов топливных элементов. Основное значение процесса – сочетание тонкого измельчения и равномерного перемешивания.

При работе с аккумуляторами следует тщательно оценивать загрязнение банок и сред, поскольку Fe, Cr, Ni, Al, Zr или другие элементы износа могут повлиять на состав.

2. Электронная керамика и функциональные порошки.

Диэлектрические материалы MLCC, пьезоэлектрическая керамика, ферриты, магнитные материалы и полировальные порошки из редкоземельных металлов могут требовать как контроля размера частиц, так и хорошей дисперсии. Ультразвук можно использовать, когда при обычном тонком измельчении образуются устойчивые агломераты.

3. Катализаторы, пигменты и покрытия.

Каталитические порошки, пигменты и суспензии покрытий часто требуют равномерного диспергирования в дополнение к уменьшению размера. Вязкость при влажном процессе и совместимость растворителей следует определить до выбора сосуда, среды и настроек ультразвука.

4. Минералы, образцы стекла и керамики.

TENCAN также перечисляет руды, шлак, стекло, керамику и другие хрупкие или волокнистые материалы для лабораторной подготовки проб и сверхтонкого измельчения. Для грубого сырья предварительное дробление может быть более эффективным перед подачей пробы в планетарную мельницу.

5. Отдельные фармацевтические и биологические исследования и разработки.

Производитель перечисляет микронизацию лекарств и применение биологических влажных материалов. В этих областях оборудование следует оценивать как исследовательское шлифовальное устройство, а не предполагать соответствие нормативным требованиям, стерильность или гарантированный фармацевтический результат.

Размольный стакан и выбор среды

Чаша и мелющие шары находятся в непосредственном контакте с образцом, поэтому совместимость материалов следует рассматривать как часть процесса, а не как дополнительное решение.

Управление температурой

Планетарное фрезерование генерирует тепло за счет трения и повторяющихся столкновений. Ультразвуковая вибрация может увеличить тепловую нагрузку, особенно во время длительных циклов мокрого измельчения.

Для термочувствительных материалов:

• Используйте более низкую начальную скорость и оптимизируйте ее вверх.
• Используйте запрограммированные циклы измельчения/отдыха, если процесс позволяет
• Контролируйте температуру банки или образца
• Уменьшите ненужную ультразвуковую нагрузку, если дисперсия уже достаточна.
• При необходимости используйте конфигурацию контроля температуры.

TENCAN утверждает, что некоторые ультразвуковые планетарные конфигурации могут включать контроль температуры. Если строгое охлаждение является основным требованием, сравните этот процесс со специальным низкотемпературный планетарный шлифовальный станок .

Как оптимизировать процесс ультразвукового планетарного фрезерования

Шаг 1: Четко определите цель

Укажите, является ли реальная цель:

• Меньший D50 или D90
• Разрушение мягких агломератов
• Предотвращение седиментации
• Улучшение однородности жидкого раствора
• Уменьшение прилипания к стене
• Смешивание нескольких порошков более равномерно

Это разные проблемы процесса, и они могут потребовать разных настроек.

Шаг 2. Установите базовый уровень без чрезмерного использования ультразвука

Начните с разумных условий планетарного помола и запишите распределение частиц по размерам, поведение суспензии и температуру. Это дает вам возможность определить, действительно ли ультразвуковая помощь улучшает процесс.

Шаг 3: выберите банку и медиа-материалы

Прежде чем оптимизировать скорость или настройки ультразвука, подберите материал банки и шарика в соответствии с химическим составом образца и устойчивостью к загрязнению.

Шаг 4. Правильно установите загрузку

Текущая спецификация продукта ограничивает общую загрузку материала и мелющих шаров примерно до две трети объема банки . Переполнение уменьшает свободное движение и может сделать как механическое измельчение, так и диспергирование менее эффективным.

Шаг 5: Оптимизируйте размер и распределение мячей по размерам

Шары большего размера обеспечивают более сильные индивидуальные удары, а шарики меньшего размера обеспечивают больше точек контакта. Не существует единого диаметра шарика, гарантирующего определенный наноразмер частиц.

Шаг 6: Оптимизируйте планетарную скорость

Увеличивайте скорость только до тех пор, пока не будет достигнут необходимый удар и циркуляция. Чрезмерная скорость может увеличить нагрев и износ среды, не приводя к пропорциональному улучшению конечного размера частиц.

Шаг 7: Добавьте ультразвуковую поддержку в качестве переменной процесса

Оцените, уменьшает ли ультразвук видимую агломерацию, седиментацию, прилипание к стенкам или разброс частиц по размерам. Не думайте, что максимальная мощность ультразвука автоматически является оптимальной настройкой.

Шаг 8: Контролируйте температуру

Запишите температуру образца или банки, а также скорость, время и настройки ультразвука. Изменения температуры могут изменить вязкость, дисперсность и свойства материала.

Шаг 9. Правильно измерьте продукт

Используйте метод определения размера частиц, соответствующий материалу и диапазону размеров. Для наноразмерных суспензий условия измерения и приготовление дисперсии могут сильно повлиять на сообщаемый результат.

Параметры, которые следует оптимизировать экспериментально

Избегайте публикации одной универсальной формулы, такой как «10–30 мас.% сухого вещества», «5:1–20:1 BPR» или фиксированной диаграммы соотношения размеров частиц к размерам для каждого образца. Эти значения могут существенно варьироваться от одной материальной системы к другой.

Вместо этого оптимизируйте следующее как группу:

• Концентрация твердых веществ
• Вязкость суспензии
• Тип жидкости или растворителя
• Диспергатор или связующее, если используется
• Материал банки
• Материал мяча
• Диаметр шарика и распределение по размерам
• Соотношение шарика и материала
• Уровень наполнения комбинированного стакана
• Планетарная скорость
• Время шлифования
• Конфигурация ультразвуковой частоты/мощности
• Ультразвуковой режим работы или режим работы
• Температура

Когда стоит выбирать ультразвуковую планетарную шаровую мельницу?

• Материал неоднократно агломерируется по мере того, как становится тоньше.
• Жидкость оседает или образует твердый слой на дне банки.
• Материал часто прилипает к стенкам банки.
• Распределение частиц по размерам становится трудно сузить, используя только механическое измельчение.
• Качество влажного диспергирования так же важно, как и уменьшение размера частиц.
• Вам понадобятся два или четыре параллельных высокоэнергетических размольных стакана.
• Вам необходимо измельчение в вакууме или с использованием инертного газа с использованием подходящего сосуда.
• Стандартный планетарный тест уже показывает, что энергии измельчения достаточно, но дисперсия остается ограничивающим фактором.

Когда может быть достаточно стандартной планетарной мельницы или мельницы с перемешиванием

Стандартная планетарная мельница может быть лучшим выбором, когда:

• Материал шлифуется чисто, без серьезных агломераций.
• Сухое измельчение является основным процессом, и диспергирование не является серьезной проблемой.
• Основная цель – простая подготовка высокоэнергетических образцов.

Шаровая мельница с перемешиванием может быть лучшим выбором, когда:

• Процесс преимущественно влажный.
• Предпочтительны мелкие мелющие тела и средства перемешивания.
• Циркуляция или контроль температуры в рубашке более важны, чем планетарное воздействие.

Распространенные ошибки выбора и эксплуатации

Ошибка 1: предположение, что ультразвук гарантирует получение порошка размером менее 100 нм

Электрический ток TENCAN В спецификации указано, что при подходящих условиях можно достичь толщины примерно 0,1 мкм. Фактический результат должен быть проверен для материала и процесса.

Ошибка 2: рассматривать только частоту как основной показатель производительности

Частота — это только одна часть процесса. Энергетическая связь, объем пробы, свойства суспензии, конструкция стакана и настройки планетарной системы также имеют значение.

Ошибка 3: игнорирование реологии суспензии

Очень вязкая суспензия может реагировать на ультразвуковую вибрацию иначе, чем суспензия с низкой вязкостью. Содержание твердых частиц и вязкость следует оптимизировать экспериментально.

Ошибка 4: переполнение размольного стакана

Слишком маленький свободный объем ограничивает движение носителя. Соблюдайте предел загрузки оборудования и оставляйте достаточно места для эффективного измельчения.

Ошибка 5: игнорирование повышения температуры

Механическая и ультразвуковая энергия способствуют выделению тепла. Термочувствительные материалы требуют контроля температуры и соответствующего контроля процесса.

Ошибка 6: Выбор носителя только по твердости

Самые сложные СМИ не всегда являются лучшими. Также необходимо учитывать устойчивость к загрязнению, плотность, износ и химический состав проб.

Ошибка 7: Публикация непроверенных процентных улучшений

Такие утверждения, как «на 50 % быстрее», «D90 ниже на 60–80 %» или «производительность выше на 40 %» имеют смысл только в том случае, если они подкреплены определенным материалом, конфигурацией оборудования и методом испытаний. Для выбора, ориентированного на клиента, проверенные данные процесса более полезны, чем общие проценты.

Какую информацию следует отправить перед запросом ценового предложения?

1. Название материала и состав
2. Начальный размер подачи
3. Целевой D50/D90 или другой требуемый размер частиц
4. Требуемое количество партии
5. Сухой порошок, водная суспензия, суспензия растворителя или паста
6. Содержание твердых частиц в суспензии и приблизительная вязкость, если она влажная
7. Элементы загрязнения, которых следует избегать
8. Требуется ли защита от вакуума или азота/аргона
9. Является ли материал термочувствительным
10. Местное напряжение и частота

Для требовательной наноразмерной цели отправка репрезентативного образца для пробного измельчения часто более полезна, чем выбор машины только по спецификациям каталога.

Часто задаваемые вопросы: Ультразвуковые планетарные шаровые мельницы

Что такое ультразвуковая планетарная шаровая мельница?

Это планетарная шаровая мельница, которая сочетает в себе высокоэнергетическое вращение/обращение стакана с системой ультразвуковой вибрации, обеспечивающей механическое измельчение и диспергирование с помощью ультразвука.

В чем основное преимущество добавления ультразвука?

Основным преимуществом процесса является улучшенный контроль агломерации, осаждения и прилипания к стенкам, особенно в жидкостных системах, где кавитация и акустический поток могут способствовать диспергированию.

Какой минимальный размер частиц может TENCAN ультразвуковая планетарная шаровая мельница?

Электрический ток TENCAN В спецификации продукта указано, что минимальный размер частиц на выходе может достигать примерно 0,1 мкм , поскольку разные материалы и процессы шлифования дают разные результаты.

Какую ультразвуковую частоту он использует?

TENCAN перечисляет общий диапазон ультразвуковых частот примерно 20–40 кГц . Точную конфигурацию необходимо подтвердить для выбранной модели.

Может ли он обрабатывать сухой порошок?

На странице продукта в качестве поддерживаемой формы материала указан сухой порошок. Однако для ультразвуковой кавитации требуется жидкая среда, поэтому эффект ультразвука при сухой обработке отличается от диспергирования влажной суспензии.

Можно ли использовать инертный газ или вакуум?

TENCAN утверждает, что машину можно использовать с подходящими вакуумными стаканами для измельчения и защитой азотом или аргоном для материалов, которые легко окисляются или гидролизуются.

Насколько полным должен быть размольный стакан?

В текущих спецификациях максимальная комбинированная загрузка материала и мелющих шаров указана примерно как две трети объема размольного стакана .

Что выбрать: ультразвуковую планетарную мельницу или стандартную планетарную мельницу?

Выбирайте ультразвуковую версию, когда агломерация, осаждение суспензии, прилипание к стенкам или дисперсия являются основными ограничениями процесса. Если материал хорошо измельчается с помощью только механического планетарного движения, может быть достаточно стандартной планетарной мельницы.

Что делать, если мой материал очень термочувствителен?

Перед выбором обсудите варианты контроля температуры и циклы измельчения/отдыха. Если низкотемпературное фрезерование является основным требованием, сравните этот процесс со специальным низкотемпературным планетарным шлифовальным станком.

Заключение

Ультразвуковую планетарную шаровую мельницу не следует рассматривать просто как «более мощную» традиционную шаровую мельницу. Его главная ценность – сочетание высокоэнергетическое планетарное измельчение и диспергирование с помощью ультразвука .

TENCAN'Текущая система поддерживает два или четыре размольных стакана одновременно, инверторное управление скоростью, процессы, совместимые с вакуумом/инертным газом, типичное соотношение оборотов к числу оборотов 1:2 и заявленный минимальный размер частиц на выходе примерно 0,1 мкм при подходящих условиях.

Эта технология наиболее полезна, когда проблема заключается не только в разрушении частиц, но и в агломерация, осаждение, прилипание к стенкам, циркуляция суспензии и однородность дисперсии . Для этих применений сравнение стандартной планетарной базовой линии с фрезерованием с помощью ультразвука является практическим способом определить, создает ли дополнительная ультразвуковая система реальное преимущество процесса.