超細(xì)粉碎是指將物料粉碎至微米級(jí)甚至亞微米級(jí)。相比于粗粉和細(xì)粉，超細(xì)粉碎產(chǎn)品的比表面積和比表面能顯著增大，導(dǎo)致存超細(xì)粉碎中微細(xì)顆粒的團(tuán)聚趨勢(shì)也明顯增強(qiáng)。因此在超細(xì)粉碎過(guò)程中，物料經(jīng)一段時(shí)間的粉碎后將處于粉碎－團(tuán)聚的狀態(tài)，當(dāng)這一狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)，將此時(shí)物料的粒度稱為"粉碎極限"。物料超細(xì)粉碎的過(guò)程伴隨著粉碎物料單體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的變化，這些變化明顯地改變了招細(xì)粉體的一些性質(zhì)，將這種變化稱為粉碎過(guò)程機(jī)械化學(xué)效應(yīng)。

對(duì)于粒度為微米級(jí)或亞微米級(jí)的超細(xì)粉體，雖然其物理化學(xué)性質(zhì)與塊狀顆粒相差不大，但是隨著顆粒尺寸的減小，造成顆粒的比表面積和比表面能增大以及 表面活性提高，導(dǎo)致顆粒之間相互吸引發(fā)生團(tuán)聚，又導(dǎo)致比表面積減小，表面活化性降低。因此在超細(xì)粉體的制備時(shí)必須考慮顆粒的分散。

對(duì)于納米材料，其物理化學(xué)性質(zhì)與塊狀材料相差很大。它既不同于原子，也不同于結(jié)晶體。對(duì)納米材料而言，其特殊性質(zhì)包括以下幾個(gè)。

（1）小尺寸效應(yīng)

隨著顆粒粒度減小到納米尺寸，其物理性質(zhì)（如聲、光、電、磁、熱等力學(xué)特性）、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著改變，將這種變化成為小尺寸效應(yīng)（體積效應(yīng)），其特征包括以下幾個(gè)。

①納米材料的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于塊狀本體。這是因?yàn)榧{米顆粒中包含的原子數(shù)低，表面原子的熱運(yùn)動(dòng)比內(nèi)部原子激烈，這一特性有利于粉末冶金工業(yè)和陶瓷工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的改善，同時(shí)降低能源消耗和提高生產(chǎn)效率。

②納米材料的硬度和強(qiáng)度顯著增大。納米材料基本上是由微細(xì)的晶粒和大量的晶界組成的。普通粗晶粒材料的形變是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而納米材料位錯(cuò)基本不存在，因此納米材料的硬度要比傳統(tǒng)粗晶材料高出3~5倍。

③納米磁性材料的磁有序狀態(tài)發(fā)生本質(zhì)變化。納米磁性材料和常規(guī)磁性材料在磁結(jié)構(gòu)上差異很大。在納米材料中，當(dāng)晶粒尺寸減小到單磁疇臨界尺寸時(shí)，因納米材料中晶粒的無(wú)向性，各晶粒的磁矩也是混亂排序的，磁化方向不再是固定的易磁化方向，使得納米磁性材料有超順磁性。

（2）表面效應(yīng)

隨著顆粒尺寸的減小，納米顆粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比急劇增大，從而引起一些性質(zhì)發(fā)生變化，稱為表面效應(yīng)。隨著粒度的減小，粒子比表面積、比表面能和比界面結(jié)合能力迅速增大。表面原子受力不平衡而處于高能狀態(tài)，其化學(xué)活性高，因此納米顆粒極易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。利用納米顆粒的表面效應(yīng)可顯著提高催化劑的催化效率，也可做成助劑改善某些制品的性能。

（3）量子尺寸效應(yīng)

1963年，日本科學(xué)家久保提出了量子尺寸效應(yīng)。此效應(yīng)表明，當(dāng)納米粒子的尺寸減小到一定值時(shí)，金屬費(fèi)米能彩級(jí)及附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)的現(xiàn)象，并給出了能級(jí)間距6和組成原子數(shù)N的關(guān)系∶

式中 E_F-－費(fèi)米能級(jí)。

對(duì)于宏觀物體，其包含無(wú)限個(gè)原子，即N→∞，可得能級(jí)間距δ→0；對(duì)于納米顆粒，其包含的原子數(shù)有限，δ有一定的值，即能級(jí)發(fā)生了分裂。當(dāng)能級(jí)間距大于熱能、磁能、光子能量或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時(shí)，量子尺寸效應(yīng)必會(huì)導(dǎo)致納米材料的聲、光、電、磁、熱能性能與常規(guī)材料不同，如特異的光催化性、高光學(xué)非線性及電學(xué)特征等。

（4）宏觀量子隧道效應(yīng)

把電子穿越壁壘參與導(dǎo)電過(guò)程的效應(yīng)稱為隧道效應(yīng)。當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢(shì)壘高度時(shí)，粒子仍能穿越這一壁壘，一些宏觀量如微顆粒的磁化強(qiáng)度等也具有隧道效應(yīng)。

粉碎顆粒的表面能和表面活性

由于超細(xì)顆粒表面質(zhì)點(diǎn)各方向作用力不平衡、表面分子作用力與內(nèi)部分子之間的作用力不對(duì)稱以及表面分子與介質(zhì)間的作用力不平衡，使得顆粒表面聚集了表面能，在宏觀上表現(xiàn)為吸附、極化、附著團(tuán)聚、界面張力等。除了靜電作用力、毛細(xì)管作用力和磁性作用力外，超細(xì)顆粒表面的范德華力也是重要作用力之一。

超細(xì)顆粒間的作用力

顆粒間引力

分子間的引力又稱為范德華力，是根據(jù)勢(shì)能羲加原理近似計(jì)算出的相近兩分子間的作用力，作用距離極短，約為nm，是典型的短程力。而順粒間的范德化力是多個(gè)分子綜合相互作用的結(jié)果，其有效距離太干分子間范德華力的作用范圍，可達(dá)50nm，屬于長(zhǎng)程力。半徑分別為d；和d的兩個(gè)相近球形顆粒間的范德華力為

式中 a—－顆粒間距；

A₁₁-－顆粒在真空中的Hamaker常數(shù)。

Hamaker常數(shù)是物質(zhì)固有的特征常數(shù)，與材料性質(zhì)和環(huán)境有關(guān)。一些顆粒的Hamaker常數(shù)如表2-5所示。

表2-5 一些顆粒的Hamaker常數(shù)

粉碎產(chǎn)品的粒度特性

為鑒定粉碎機(jī)的粉碎效果及粉碎產(chǎn)品的質(zhì)量，需確定產(chǎn)品粒度的組成和粒度特性曲生線。通常采用篩分法來(lái)確定混合物中粒度的組成，根據(jù)篩分結(jié)果可以做出給料、破碎產(chǎn)品和粉末產(chǎn)品的粒度特性曲線。粒度特性曲線反映了產(chǎn)率和物料粒度之間的關(guān)系，其橫坐標(biāo)為產(chǎn)品粒度，縱坐標(biāo)為篩余物累積產(chǎn)率或篩下物累積產(chǎn)率，如圖2-2所示。通過(guò)該曲線可方便地了解某一產(chǎn)品的粒度分布情況、產(chǎn)品粒度大于某一粒度時(shí)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)率等。

圖2-2 粒度特性曲線

圖中，曲線1呈凹形，表明物料中細(xì)粒級(jí)物料占多數(shù)；曲線2近似直線，表明物料粒度均勻分布；曲生3導(dǎo)凸形，表明物料中粗粒級(jí)物料占多數(shù)。根據(jù)粒度特性曲線，可以比較各種物料的破碎難易程度，也可用于比較不同粉碎機(jī)械粉碎同一物料時(shí)的粉碎能力。

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