Результаты испытаний.

Лабораторная работа № 1

Исследование влияния длительности помола на величину удельной поверхности гранитного отсева

Аппаратура и материалы: вибромельница-истиратель (размер измельчаемых частиц исходного материала, не более – 3 мм; объем разовой загрузки чаши – 20…50 см³), планетарная мельница МП/0,5 (размер фракций после помола – 1…0,2 мкм), электронные весы adventurer, стакан, секундомер, прибор Т-3 для измерения удельной поверхности, гранитный отсев (Гиреевский карьер, Полтавская обл.).

Основные понятия.

Механохимическое воздействие (англ. mechanochemical treatment или mechanical milling and alloying) – механическая обработка твердых смесей, в результате которой происходит пластическая деформация веществ, ускоряется массоперенос, осуществляется перемешивание компонентов смеси на атомарном уровне и активируется химическое взаимодействие твердых реагентов.

Механохимическое воздействие как метод высокоэнергетического механического воздействия на твердое тело можно разделить на две основные составляющие: механоактивацию, иногда называемую просто механическим размолом или истиранием (mechanical milling, mechanical activation), и механическое сплавление, или механосинтез (mechanical alloying, mechanochemical synthesis). В обоих случаях применяются различные конструкции планетарных и струйных мельниц, дезинтеграторов.

Измельчение при ударном, ударно-истирирающем или истирающем воздействиях приводит к накоплению в частицах твердого тела структурных дефектов, фазовым превращениям и даже аморфизации кристаллов, что влияет на их химическую активность. В случаях, когда скорость накопления дефектов превышает скорость их исчезновения, и происходит механоактивация.

Механическое сплавление обеспечивает массоперенос и химическое взаимодействие порошков чистых элементов, соединений или сплавов. С помощью механического сплавления можно получать вещества как в кристаллическом, так и в аморфном состояниях. Кроме того, в результате механического сплавления может быть достигнута полная взаимная растворимость в твердом состоянии таких элементов, взаимная растворимость которых в равновесных условиях пренебрежимо мала.

Механохимическое воздействие является одним из наиболее производительных методов получения больших количеств нанопорошков различных материалов – металлов, сплавов, интерметаллидов, керамики, композитов.

Удельная поверхность – усреднённая характеристика размеров внутренних полостей (каналов, пор) пористого тела или частиц раздробленной фазы дисперсной системы.

Удельную поверхность чаще всего определяют по количеству адсорбированного материалом инертного газа и по воздухопроницаемости слоя порошка или пористого материала. Адсорбционные методы позволяют получать наиболее достоверные данные.

Принцип действия планетарной мельницы МП/0,5: Планетарная мельница МП/0,5 предназначена для тонкого и сверхтонкого, сухого или мокрого измельчения порошков, а также для приготовления смесей и перемешивания паст. Мельница планетарная используется для работы в лабораториях и малотоннажных производствах. Кинематика и геометрия планетарной мельницы МП/0,5 спроектирована с учетом обеспечения наиболее эффективного режима измельчения.

Конструктивные особенности планетарной мельницы МП/0,5:

1. Простота и надежность крепления стаканов;

2. Возможность существенного сокращения времени помола и смешивания, по сравнению с традиционными видами мельниц;

3. Возможность измельчения и смешивания широкого ассортимента материалов, в том числе таких, которые не поддаются обработке на других видах оборудования;

4. Малые объемы барабанов позволяют применять для изготовления мелющих тел, стаканов и футеровок разнообразные материалы, как по твердости, так и по составу, что обеспечивает химическую чистоту пробы;

5. Для обеспечения выбора оптимального режима измельчения или смешивания, планетарная мельница оснащена частотным преобразователем;

6. Возможность получения тонкодисперсных порошков некоторых видов материалов с минимальным размером частиц до 1…0, 2 мкм.

Время измельчения материала до нужной дисперсности определяется экспериментально и зависит от вида измельчаемого материла и способа помола (сухой-мокрый).

Таблица 1.1.

Технические характеристики МП/0,5

Количество стаканов, шт
Вместимость стакана, л	0,5
Потребляемая мощность, кВт	0,9
Габариты, мм	880×430×520

Рисунок 1.1 ̶ Планетарная мельница МП/0,5.

Принцип действия вибромельницы-истирателя чашечного ИВ-1:

Рисунок 1.2 ‒ Истиратель чашечный ИВ-1.

Истиратель чашечный ИВ 1 ─ машина мелкого дробления (размер кусков исходного материала не более 3 мм, минимальный размер материала после измельчения менее 0,1 мм). Платформа истирателя вместе с закреплённой на ней чашей, совершает круговые колебания в горизонтальной плоскости. При этом кольцо совершает обкатку по стенкам чаши, а ролик - по стенкам кольца. Материал истирается между стенкой чаши и кольцом, а также роликом и кольцом.

Таблица 1.2.

Технические характеристики ИВ-1

Объем загрузки чаши, см³	20...50
Размер измельчаемых частиц, мм, не более
Частота колебаний, кол./мин
Амплитуда колебаний, мм
Диапазон времени работы, мин	1...30
Мощность электродвигателя, кВт	0,37
Питание	380 В, 50 Гц
Материал истирающих элементов ─ инструментальная сталь	ХВГ
Габаритные размеры, мм	400×350×400
Масса, кг

Принцип действия прибора Т-3: В гильзу на перфорированную пластинку помещают испытуемый порошок в виде слоя определённой толщины. При помощи водоструйного насоса создается такое разрежение, что жидкость под влиянием разности уровней начинает перетекать из закрытого колена в открытое, вызывая тем самым просасывание воздуха через слой исследуемого материала, находящегося в гильзе. Измеряется время, в течение которого уровень жидкости опускается от одной отметки до другой. Продолжительность просасывания при прочих равных условиях зависит от величины удельной поверхности порошка, что даёт возможность вычислять её величину.

Ход выполнения работы:

1. На электронных весах взвесить навеки по 50 г гранитного отсева.

2. Загрузить в вибро-мельницу навеску гранитного отсева. Производить помол в течении 10, 20, 30 и 60 мин. Загрузить в планетарную мельницу и произвести помол в течении 10, 20 мин.

3. Произвести анализ удельной поверхности на приборе Т-3 1 части навески.

4. Сделать выводы по результатам испытаний.

Результаты испытаний.

Определение удельной поверхности S_уд на приборе Т-3.

Измеряется время по верхнему (3 замера) и нижнему(2 замера) цилиндру, S_уд рассчитывают по формулам:

S_уд=559,166

S_уд=397б498

Затем рассчитываем

Результаты испытаний помола, произведенного на вибро-мельнице сведены в табл. 1.3; произведенного на планетарной мельнице – в табл. 1.4.

Таблица 1.3.

Результаты измерений удельной поверхности

Время помола, мин	T	Sуд	Sуд ^ср
			3064,7
			3051,31
		6939,1	7700,6
	6496,9
	6616,1
		7543,6	8994,8
	7182,6
	7666,9

Полученные данные выражены в зависимости на рис. 1.3, рис. 1.4.

Рисунок 1.3 – Зависимость удельной поверхности от длительности помола на вибро-мельнице.

Вывод: проведенные помолы на вибромельнице с дальнейшим изучением характеристик испытуемого материала показали следующее: при измельчении гранита 10 мин и 20 мин удельная поверхность изменяется незначительно. Дальнейшее увеличение времени помола (30 мин и 60 мин) приводит к значительному подъему удельной поверхности. По сравнению с первоначальной удельная поверхность увеличилась в 2,99 раз.

Таблица 1.4.

Результаты измерений удельной поверхности

Время помола, мин	T	Sуд	Sуд ср

Рисунок 1.4 – Зависимость удельной поверхности от длительности помола в планетарной мельнице.

Вывод: проведенные помолы на планетарной мельнице с дальнейшим изучением характеристик испытуемого материала показали следующее: при измельчении гранита 10 мин и 20 мин произошло увеличение удельной поверхности с большей интенсивность, чем при испытании на вибромельнице. Прирост значения удельной поверхности составил 61%.

Дата добавления: 2015-07-11