Qu'est-ce que le broyage humide par ultrasons et le broyage de particules

Les ultrasons sont une méthode efficace pour le broyage humide et le broyage de particules. Outre la dispersion et la désagglomération, le broyage des particules constitue également une application importante des ultrasons.

Le broyage humide par ultrasons et le broyage de particules sont des méthodes de broyage dans un environnement liquide utilisant l'effet vibratoire des ultrasons. Cette méthode implique généralement l'utilisation d'un générateur d'ultrasons pour produire des vibrations à haute fréquence, qui sont transmises par un milieu liquide au matériau en cours de traitement. La vibration ultrasonique crée des ondes de pression et des forces de cisaillement de haute intensité dans le liquide, entraînant la fragmentation et le broyage du matériau. Cette méthode est couramment utilisée dans des applications telles que la préparation de poudres, le raffinement de particules et la dispersion uniforme.

Le broyage de particules par ultrasons offre plusieurs avantages :

Broyage efficace : les vibrations ultrasoniques fournissent une énergie de haute intensité qui favorise la collision et le broyage des particules, permettant un processus de broyage rapide et efficace.

Dispersion uniforme : les vibrations ultrasoniques dispersent efficacement les particules dans un liquide, empêchant l'agrégation et l'agglomération des particules, résultant en un effet de broyage uniforme.

Large applicabilité : le broyage de particules par ultrasons convient à différents types de matériaux particulaires, notamment les matériaux granulaires, les nanoparticules et les particules colloïdales.

Forte contrôlabilité : les paramètres de broyage de particules ultrasoniques, tels que la puissance ultrasonique, la fréquence et le temps de broyage, peuvent être ajustés pour obtenir un contrôle précis du processus de broyage.

En particulier, pour la préparation de boues ultrafines, le broyage par ultrasons présente de nombreux avantages par rapport aux équipements de concassage classiques tels que les broyeurs colloïdaux (broyeurs à boulets, broyeurs à billes), les broyeurs à disques, les broyeurs à jets, les mélangeurs rotor-stator ou encore les homogénéisateurs haute pression. Les ultrasons peuvent gérer des concentrations et des viscosités élevées de boues, réduisant ainsi le volume des équipements de traitement ultérieurs. Le broyage de particules par ultrasons est particulièrement adapté au traitement de matériaux de taille micrométrique et nanométrique, tels que la céramique, l'alumine, le sulfate de baryum, le carbonate de calcium et les oxydes métalliques.

Les micrographies suivantes montrent un broyage humide d'alumine trihydratée (de 150 micromètres à 10 micromètres), de céramique (de 30 micromètres à 2 micromètres) et de carbonate de sodium (de 70 micromètres à 3 micromètres).

Images microscopiques du broyage humide par ultrasons de l’alumine trihydratée

Images microscopiques du meulage humide par ultrasons de céramiques dentaires

Images microscopiques du broyage humide par ultrasons du carbonate de sodium

L'équipement à ultrasons est extrêmement facile à installer et à utiliser, avec seulement deux composants entrant en contact avec le matériau pendant le meulage : une tête d'outil en alliage de titane et un réservoir de réaction de circulation en acier inoxydable. Grâce à la conception simplifiée du réservoir de circulation à ultrasons, il peut être rapidement nettoyé. Le broyage par ultrasons nécessite relativement moins d'énergie que les équipements de broyage traditionnels en raison de la haute efficacité des appareils à ultrasons Hangchao dans la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique.

L'effet du broyage ultrasonique des particules est basé sur la cavitation de haute intensité des ondes ultrasonores. Lorsqu'un liquide est soumis à des ondes ultrasonores de haute intensité, les ondes sonores se propageant dans le milieu liquide alternent entre des cycles haute pression (compression) et basse pression (dilution), la fréquence des cycles étant déterminée par la fréquence ultrasonore. Pendant le cycle basse pression, les ondes ultrasonores de haute intensité créent de petites bulles de vide ou des espaces dans le liquide. Lorsque les bulles atteignent un volume où elles ne peuvent plus absorber d’énergie, elles s’effondrent violemment lors du cycle de haute pression, phénomène appelé cavitation.

L'effondrement des bulles de cavitation entraîne des microturbulences et des microjets atteignant des vitesses allant jusqu'à 100 kilomètres par heure. Les surfaces des particules plus grosses sont érodées (en raison de l'effondrement de la cavitation dans le liquide environnant) ou réduites en taille (en raison de la fragmentation induite par une collision ou de la cavitation effondrée en surface entre les particules). Ces changements dans la taille et la structure des particules conduisent à une accélération rapide des processus de diffusion, de transfert de masse et des réactions à l'état solide.

Le broyage de particules par ultrasons trouve de nombreuses applications dans la science des matériaux, la nanotechnologie, les produits pharmaceutiques et d'autres domaines, tels que le raffinement des particules, la préparation de nanomatériaux et la dispersion uniforme des suspensions.