抽象的
使用田口方法設(shè)計實驗以尋找使用低速球磨生產(chǎn)硅砂納米顆粒的佳參數(shù)。應(yīng)用正交陣列和信噪比研究球粉重量比、研磨罐容積和轉(zhuǎn)速等加工參數(shù)的性能特征。從信噪比分析獲得的結(jié)果表明，球粉重量比是有影響的參數(shù)。
一、簡介
硅砂納米顆粒由于尺寸減小而具有獨(dú)特的特性，因此得到了逐步的研究和生產(chǎn)。二氧化硅砂納米顆粒已被證明是一種非常有效的聚合物添加劑，可提高耐久性、強(qiáng)度和柔韌性。納米二氧化硅還用作添加劑，以提高自密實和高性能混凝土的強(qiáng)度和可加工性。納米二氧化硅顆粒廣泛通過化學(xué)工藝生產(chǎn)。然而，納米二氧化硅的化學(xué)合成會在終產(chǎn)品中產(chǎn)生高污染。隨著對更高納米二氧化硅純度的需求不斷增加，預(yù)計污染水平將降至低。除化學(xué)合成外，其他工藝如沉淀、高溫汽化、溶膠-凝膠工藝、高速立式旋轉(zhuǎn)磨、和行星式球磨機(jī)是生產(chǎn)硅砂納米顆粒常用的方法之一。本研究的目的是設(shè)計一種通過結(jié)合低速球磨和加熱過程將天然硅砂轉(zhuǎn)化為硅砂納米顆粒的技術(shù)。
預(yù)計該技術(shù)將能夠始終如一地生產(chǎn)小于 100 nm 的高純度硅砂納米顆粒。
田口方法提供了一種簡單、高效和系統(tǒng)的方法來確定佳參數(shù)。與因子方法相比，田口方法不是測試所有可能的可用參數(shù)組合，而是提供了一種更簡單的方法來設(shè)置實驗參數(shù)的組合。本文中測試的參數(shù)是球粉重量比 (BPR)、研磨罐的體積和研磨速度。
2. 參數(shù)識別
球磨過程中用到的參數(shù)很多。然而，優(yōu)化測試的參數(shù)是轉(zhuǎn)速和銑削時間。這表明這兩個參數(shù)在決定銑削效果方面起著重要作用。正如 Simoes 所支持的那樣，球粉重量比被認(rèn)為是有影響力的參數(shù)之一，與研磨時間和轉(zhuǎn)速一樣。
認(rèn)為研磨介質(zhì)的體積是影響大的參數(shù)，其次是轉(zhuǎn)速。以前作品使用的球粉重量比明顯不同。雖然大多數(shù)使用的比率在 10:1 到 20:1 的范圍內(nèi)，但有些作品使用的比率遠(yuǎn)高于此，達(dá)到 100:1。較高的球粉重量比有助于提高粒徑減小率。但是，當(dāng)使用的比例過高時，有可能發(fā)生研磨球與研磨瓶內(nèi)壁碰撞而造成的污染。關(guān)于佳 BPR 沒有決定性的決定，因為有些工作在使用 20 : 1 的 BPR 時得到了好的結(jié)果，而有些工作在使用 10 : 1 的 BPR 時得到了好的結(jié)果。其他工作表明 BPR 應(yīng)該至少為 15 : 1產(chǎn)生好的結(jié)果 。
對于研磨罐的體積，由于可用性，有 5.6 L、1.8 L 和 1.0 L 三種尺寸可供選擇。另一個對研磨效率影響很大的參數(shù)是研磨速度。幾乎所有的研究都使用高轉(zhuǎn)速或銑削速度，超過 100 rpm。事實上，正如 Bilgili 等人所證明的那樣，使用了高達(dá) 2000 rpm 的銑削速度。更高的研磨速度提供了更高的研磨球施加到材料上的沖擊能量，并導(dǎo)致更好的研磨效率。對于球磨速度，由于以前的工作通常使用100轉(zhuǎn)以上的高速球磨，低速球磨機(jī)的佳轉(zhuǎn)速是未知的。因為更高的速度導(dǎo)致研磨球和粉末之間的更高碰撞。
3. 實驗設(shè)置
球磨是一種細(xì)粉研磨和制造亞微米或納米結(jié)構(gòu)粉末材料的方法。球磨機(jī)用于研磨各種礦山和材料。多年來，它已被證明是一種生產(chǎn)納米晶粉末的有效且簡單的技術(shù)，并且有可能獲得大量的材料。研磨罐偏心安裝在行星球磨機(jī)的太陽輪上。研磨罐中的研磨球受到疊加的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，稱為科里奧利力。研磨球和研磨罐之間的速度差異產(chǎn)生摩擦力和沖擊力之間的相互作用，釋放高動態(tài)能量。這些力之間的相互作用產(chǎn)生了行星式球磨機(jī) 的高且非常有效的尺寸減小程度。
所用球磨機(jī)為美國斯通瓦球磨機(jī)，高轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分。使用的研磨罐是 Roalox 氧化鋁強(qiáng)化研磨罐。它們由耐磨的化學(xué)瓷制成，氧化鋁強(qiáng)化，其耐磨壽命是瓷罐的近 4 倍。高強(qiáng)度、抗沖擊的機(jī)身大限度地減少了碎屑和破損，降低了粉末污染的可能性。使用的研磨球由直徑為 10 毫米的氧化鋯制成。
4. 實驗程序
天然硅砂取自，遠(yuǎn)離發(fā)達(dá)地區(qū)，避免天然硅砂與建筑砂混合。首先將沙子洗滌以去除雜質(zhì)并在120°C的烘箱中干燥1小時。然后，使用 Sieve Shaker將沙子篩成425 μ m至600? μ m之間的尺寸?。然后將沙子與研磨球一起插入研磨罐中并研磨2小時。研磨2小時后，將沙子篩入小于 425 μ m的尺寸?。嚙合步驟的目的是去除在研磨過程中可能積聚的雜質(zhì)和硬團(tuán)塊.沙子過篩后，再次在烘箱中在 120°C 下干燥 1 小時。每研磨 2 小時重復(fù)一次網(wǎng)格和干燥過程，直到總研磨時間達(dá)到10 小時。使用的網(wǎng)格尺寸為 425? μ m、212? μ m、150? μ m 和 63? μ m。研磨 10 小時后，2000 粒度分析儀分析硅砂的粒度和粒度分布
