Co je ultrazvukové broušení za mokra a broušení částic

Ultrazvuk je účinná metoda pro mokré broušení a mletí částic. Kromě disperze a deaglomerace je důležitou aplikací ultrazvuku také mletí částic.

Ultrazvukové mletí za mokra a mletí částic jsou metody mletí v kapalném prostředí využívající vibračního efektu ultrazvuku. Tato metoda typicky zahrnuje použití ultrazvukového generátoru pro vytváření vysokofrekvenčních vibrací, které jsou přenášeny kapalným médiem na zpracovávaný materiál. Ultrazvukové vibrace vytvářejí v kapalině tlakové vlny vysoké intenzity a smykové síly, což má za následek fragmentaci a drcení materiálu. Tato metoda se běžně používá v aplikacích, jako je příprava prášku, zjemnění částic a rovnoměrná disperze.

Ultrazvukové mletí částic nabízí několik výhod:

Efektivní broušení: Ultrazvukové vibrace poskytují energii vysoké intenzity, která podporuje kolizi částic a mletí, což umožňuje rychlý a efektivní proces broušení.

Rovnoměrná disperze: Ultrazvukové vibrace účinně rozptylují částice v kapalině, zabraňují agregaci a aglomeraci částic, což má za následek rovnoměrný účinek mletí.

Široká použitelnost: Ultrazvukové mletí částic je vhodné pro různé typy částicových materiálů, včetně granulovaných materiálů, nanočástic a koloidních částic.

Silná ovladatelnost: Parametry mletí ultrazvukových částic, jako je výkon ultrazvuku, frekvence a doba mletí, lze upravit tak, aby bylo dosaženo přesné kontroly nad procesem mletí.

Zejména pro přípravu ultrajemných suspenzí má ultrazvukové mletí mnoho výhod ve srovnání s konvenčním drtícím zařízením, jako jsou koloidní mlýny (kulové mlýny, perlové mlýny), kotoučové mlýny, tryskové mlýny, rotor-statorové mixéry nebo vysokotlaké homogenizátory. Ultrazvuk si poradí s vysokými koncentracemi a viskozitami kalů, čímž se sníží objem následného zpracovatelského zařízení. Ultrazvukové mletí částic je zvláště vhodné pro zpracování materiálů v rozsahu velikostí mikrometrů a nanometrů, jako je keramika, oxid hlinitý, síran barnatý, uhličitan vápenatý a oxidy kovů.

Následující mikrofotografie ukazují mokré mletí trihydrátu oxidu hlinitého (od 150 mikrometrů do 10 mikrometrů), keramiky (od 30 mikrometrů do 2 mikrometrů) a uhličitanu sodného (od 70 mikrometrů do 3 mikrometrů).

Mikroskopické snímky ultrazvukového mokrého broušení trihydrátu oxidu hlinitého

Mikroskopické snímky ultrazvukového mokrého broušení dentální keramiky

Mikroskopické snímky ultrazvukového mokrého mletí uhličitanu sodného

Ultrazvukové zařízení se extrémně snadno instaluje a obsluhuje, s materiálem přicházejí během broušení do styku pouze dvě součásti: hlava nástroje z titanové slitiny a cirkulační reakční nádrž z nerezové oceli. Díky efektivní konstrukci ultrazvukové cirkulační nádrže ji lze rychle vyčistit. Ultrazvukové broušení vyžaduje relativně méně energie ve srovnání s tradičním mlecím zařízením kvůli vysoké účinnosti ultrazvukových zařízení Hangchao při přeměně elektrické energie na mechanickou energii.

Účinek mletí ultrazvukových částic je založen na vysoce intenzivní kavitaci ultrazvukových vln. Když je kapalina vystavena ultrazvukovým vlnám o vysoké intenzitě, šířící se zvukové vlny v kapalném médiu střídají vysokotlaké (komprese) a nízkotlaké (ředění) cykly, přičemž rychlost cyklů je určena ultrazvukovou frekvencí. Během nízkotlakého cyklu vytvářejí ultrazvukové vlny o vysoké intenzitě malé vakuové bubliny nebo mezery v kapalině. Když bubliny dosáhnou objemu, kdy již nemohou absorbovat energii, prudce se zhroutí během vysokotlakého cyklu, což je jev známý jako kavitace.

Kolaps kavitačních bublin má za následek mikroturbulence a mikrotrysky dosahující rychlosti až 100 kilometrů za hodinu. Povrchy větších částic jsou erodovány (v důsledku kolapsu kavitace v okolní kapalině) nebo zmenšeny (v důsledku kolizí vyvolané fragmentace nebo povrchově zhroucené kavitace mezi částicemi). Tyto změny velikosti a struktury částic vedou k rychlému zrychlení difúze, procesů přenosu hmoty a reakcí v pevné fázi.

Ultrazvukové mletí částic nachází široké uplatnění ve vědě o materiálech, nanotechnologiích, farmacii a dalších oborech, jako je zušlechťování částic, příprava nanomateriálů a rovnoměrná disperze suspenzí.