Co to jest ultradźwiękowe szlifowanie na mokro i szlifowanie cząstek

Ultradźwięki to skuteczna metoda mielenia na mokro i mielenia cząstek. Oprócz dyspersji i deaglomeracji, ważnym zastosowaniem ultradźwięków jest również mielenie cząstek.

Ultradźwiękowe mielenie na mokro i mielenie cząstek to metody mielenia w środowisku płynnym wykorzystujące efekt wibracji ultradźwięków. Metoda ta zazwyczaj polega na wykorzystaniu generatora ultradźwiękowego do wytworzenia wibracji o wysokiej częstotliwości, które są przenoszone przez płynne medium na obrabiany materiał. Wibracje ultradźwiękowe wytwarzają w cieczy fale ciśnienia o dużej intensywności i siły ścinające, co powoduje fragmentację i rozdrobnienie materiału. Metoda ta jest powszechnie stosowana w zastosowaniach takich jak przygotowanie proszku, rozdrobnienie cząstek i jednorodna dyspersja.

Ultradźwiękowe mielenie cząstek ma kilka zalet:

Wydajne mielenie: Wibracje ultradźwiękowe zapewniają energię o wysokiej intensywności, która sprzyja zderzeniom cząstek i mieleniu, umożliwiając szybki i wydajny proces mielenia.

Jednolita dyspersja: Wibracje ultradźwiękowe skutecznie rozpraszają cząstki w cieczy, zapobiegając agregacji i aglomeracji cząstek, co daje równomierny efekt rozdrabniania.

Szerokie zastosowanie: Ultradźwiękowe mielenie cząstek nadaje się do różnego rodzaju materiałów cząsteczkowych, w tym materiałów ziarnistych, nanocząstek i cząstek koloidalnych.

Silna kontrola: Parametry mielenia cząstek ultradźwiękowych, takie jak moc ultradźwiękowa, częstotliwość i czas mielenia, można regulować, aby uzyskać precyzyjną kontrolę nad procesem mielenia.

W szczególności przy wytwarzaniu bardzo drobnych zawiesin mielenie ultradźwiękowe ma wiele zalet w porównaniu z konwencjonalnymi urządzeniami do kruszenia, takimi jak młyny koloidalne (młyny kulowe, młyny kulowe), młyny tarczowe, młyny strumieniowe, mieszalniki rotorowo-stojanowe lub homogenizatory wysokociśnieniowe. Ultradźwięki radzą sobie z wysokimi stężeniami i lepkościami zawiesin, zmniejszając w ten sposób objętość kolejnego sprzętu do przetwarzania. Ultradźwiękowe mielenie cząstek jest szczególnie odpowiednie do przetwarzania materiałów w zakresie wielkości mikrometrów i nanometrów, takich jak ceramika, tlenek glinu, siarczan baru, węglan wapnia i tlenki metali.

Poniższe mikrografy przedstawiają mielenie na mokro trójwodnego tlenku glinu (od 150 mikrometrów do 10 mikrometrów), ceramiki (od 30 mikrometrów do 2 mikrometrów) i węglanu sodu (od 70 mikrometrów do 3 mikrometrów).

Obrazy mikroskopowe ultradźwiękowego mielenia na mokro trójwodnego tlenku glinu

Obrazy mikroskopowe ultradźwiękowego szlifowania na mokro ceramiki dentystycznej

Obrazy mikroskopowe ultradźwiękowego mielenia na mokro węglanu sodu

Sprzęt ultradźwiękowy jest niezwykle łatwy w instalacji i obsłudze, ponieważ tylko dwa elementy wchodzą w kontakt z materiałem podczas szlifowania: głowica narzędzia ze stopu tytanu i zbiornik reakcyjny obiegowy ze stali nierdzewnej. Dzięki opływowej konstrukcji ultradźwiękowego zbiornika cyrkulacyjnego można go szybko wyczyścić. Szlifowanie ultradźwiękowe wymaga stosunkowo mniej energii w porównaniu do tradycyjnego sprzętu mielącego ze względu na wysoką wydajność urządzeń ultradźwiękowych Hangchao w przetwarzaniu energii elektrycznej na energię mechaniczną.

Efekt ultradźwiękowego mielenia cząstek opiera się na kawitacji fal ultradźwiękowych o dużej intensywności. Kiedy ciecz jest poddawana działaniu fal ultradźwiękowych o dużej intensywności, fale dźwiękowe rozchodzące się w ciekłym ośrodku naprzemiennie obejmują cykle wysokiego ciśnienia (kompresja) i niskiego ciśnienia (rozcieńczanie), przy czym częstotliwość cykli zależy od częstotliwości ultradźwiękowej. Podczas cyklu niskociśnieniowego fale ultradźwiękowe o dużej intensywności tworzą małe pęcherzyki próżniowe lub szczeliny w cieczy. Kiedy pęcherzyki osiągną objętość, w której nie mogą już absorbować energii, gwałtownie zapadają się podczas cyklu wysokiego ciśnienia – jest to zjawisko znane jako kawitacja.

Zapadanie się pęcherzyków kawitacyjnych powoduje powstawanie mikroturbulencji i mikrostrumieni osiągających prędkość do 100 kilometrów na godzinę. Powierzchnie większych cząstek ulegają erozji (w wyniku zapadnięcia się kawitacji w otaczającej cieczy) lub zmniejszeniu rozmiaru (w wyniku fragmentacji wywołanej kolizją lub kawitacji zapadniętej powierzchni pomiędzy cząstkami). Te zmiany w wielkości i strukturze cząstek prowadzą do szybkiego przyspieszenia dyfuzji, procesów przenoszenia masy i reakcji w stanie stałym.

Ultradźwiękowe mielenie cząstek znajduje szerokie zastosowanie w materiałoznawstwie, nanotechnologii, farmacji i innych dziedzinach, takich jak uszlachetnianie cząstek, przygotowywanie nanomateriałów i równomierna dyspersja zawiesin.