ما هي التحديات التكنولوجية الرئيسية للمساحيق فائقة الدقة؟

مسحوق متناهية الصغرتشير إلى مواد بأحجام جسيمات تتراوح من الميكرون إلى النانومتر. ووفقًا للإجماع في المعدنية صناعة المعالجة، مسحوق فائق النعومةيتم تعريفها على أنها مساحيق تحتوي على 100% حجم الجسيمات أقل من 30 ميكرومتر. تتميز المواد النانوية بخصائص فريدة لا تمتلكها المواد التقليدية، مثل تأثيرات الحجم، وتأثيرات النفق الكمي العياني، وتأثيرات السطح. هذه الخصائص تجعلها مستخدمة على نطاق واسع.

ومع ذلك، تتميز المواد النانوية بمساحة سطح نوعية كبيرة ونشاط عالٍ، مما يجعلها غير مستقرة للغاية. كما أنها معرضة بشدة للتجمع، مما يؤدي إلى فقدان خصائصها الأصلية، مما يقلل من قيمتها. وتُعد مشكلة التجمع مشكلة تكنولوجية رئيسية تحد من تطوير المواد النانوية.

يشير تجمع المساحيق فائقة الدقة إلى ظاهرة تلامس جزيئات المسحوق الأولية مع بعضها البعض لتكوين مجموعات جسيمات أكبر أثناء التحضير أو الفصل أو المناولة أو التخزين. أسباب تجمع المساحيق فائقة الدقة مسحوقتتكون s بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء:

1. التفاعلات الجزيئية بين الجسيمات
2. التفاعلات الكهروستاتيكية بين الجسيمات
3. التصاق الجسيمات في الهواء

التفاعلات الجزيئية المؤدية إلى التجمع:

عند طحن المواد المعدنية إلى حجم معين، تصبح المسافة بين الجسيمات صغيرة للغاية، وتصبح قوى فان دير فالس بينها أكبر بكثير من قوى جاذبيتها. وبالتالي، تميل الجسيمات فائقة الدقة إلى التجاذب والتجمع مع بعضها البعض. الروابط الهيدروجينية، والجسور المائية الممتصة، وغيرها المواد الكيميائية تؤدي الروابط الموجودة على سطح الجسيمات فائقة الدقة أيضًا إلى التصاق الجسيمات وتكتلها.

التفاعلات الكهروستاتيكية المؤدية إلى التجمع

في عملية التنعيم الفائق، وبسبب الصدمات والاحتكاك وانخفاض حجم الجسيمات، تتراكم كمية كبيرة من الشحنات الموجبة والسالبة على سطح الجسيمات فائقة الدقة المُشكّلة حديثًا. هذه الجسيمات غير مستقرة للغاية لأن نتوءاتها السطحية تحمل شحنات موجبة أو سالبة. للوصول إلى حالة الاستقرار، تتجاذب هذه الجسيمات مع بعضها البعض، وتتلامس زواياها الحادة، مما يؤدي إلى تجمعها. القوة الرئيسية المؤثرة هنا هي القوة الكهروستاتيكية.

التصاق الجسيمات في الهواء

عندما تتجاوز الرطوبة النسبية للهواء 65%، يبدأ بخار الماء بالتكثف على السطح وبين الجسيمات. يُعزز هذا التكوّن للجسور السائلة بين الجسيمات تأثير التكتل بشكل كبير. علاوة على ذلك، أثناء عملية الطحن، تمتص المواد المعدنية قدرًا كبيرًا من الطاقة الميكانيكية أو الحرارية، مما يؤدي إلى ارتفاع كبير في طاقة سطح الجسيمات فائقة الدقة المُشكّلة حديثًا. تكون الجسيمات في حالة غير مستقرة، ولخفض طاقة السطح، تميل إلى التكتل، مما يُؤدي إلى استقرارها.

طرق التشتت في الطور السائل

التشتت الميكانيكي

يستخدم التشتت الميكانيكي قوى قص أو تأثير خارجية لتشتيت الجسيمات النانوية في وسط. تشمل الطرق: طحنطحن الكرات، طحن الاهتزاز، مطاحن الغرويات، مطاحن نفث الهواء، والتحريك الميكانيكي. ومع ذلك، عندما تغادر الجسيمات المجال المضطرب الناتج عن التحريك الميكانيكي، تعود البيئة الخارجية إلى طبيعتها، وقد تتجمع الجسيمات مرة أخرى. لذلك، غالبًا ما يُعطي الجمع بين التحريك الميكانيكي والمشتتات الكيميائية نتائج تشتيت أفضل.

التشتت الكيميائي

يتم استخدام التشتت الكيميائي على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي لتشتيت مسحوق فائق النعومةفي المُعلَّق. بإضافة إلكتروليتات غير عضوية، ومواد خافضة للتوتر السطحي، ومشتتات بوليمرية، تتغير خصائص سطح المساحيق، مما يُغيِّر تفاعلها مع الوسط السائل وبين الجسيمات لتحقيق التشتت. تشمل المشتتات المواد الخافضة للتوتر السطحي، والإلكتروليتات غير العضوية ذات الجزيئات الصغيرة، ومشتتات البوليمر، وعوامل الربط، وتُعَدُّ مشتتات البوليمر الأكثر استخدامًا.

طريقة الموجات فوق الصوتية

يتضمن التشتت بالموجات فوق الصوتية وضع المُعلق مباشرةً في مجال فوق صوتي، والتحكم في التردد ووقت التعرض المناسبين لتشتيت الجسيمات. تُعد الموجات فوق الصوتية أكثر فعالية في تشتيت الجسيمات النانوية. يُولّد التجويف بالموجات فوق الصوتية درجات حرارة وضغطًا عاليين محليًا، وموجات صدمية قوية، ونفثات دقيقة تُضعف التفاعلات النانوية بين الجسيمات، مما يمنع التكتل بفعالية ويُحقق التشتت. مع ذلك، يجب تجنب ارتفاع درجة الحرارة، لأن زيادة الطاقة الحرارية والميكانيكية قد تزيد من تصادم الجسيمات، مما يؤدي إلى مزيد من التكتل.

طرق التشتت في الطور الغازي

التشتت الجاف

في الهواء الرطب، تُعدّ الجسور السائلة بين جزيئات المسحوق السبب الرئيسي للتكتل. يتضمن تجفيف المواد الصلبة عمليتين أساسيتين: نقل الحرارة لتبخير الماء، وانتشار الماء المتبخر إلى الطور الغازي. لذلك، يُعدّ منع تكوّن الجسور السائلة أو كسر الجسور الموجودة طريقةً أساسيةً لضمان تشتت الجسيمات. تستخدم معظم عمليات إنتاج المسحوق التسخين والتجفيف كمعالجة أولية.

التشتت الميكانيكي

يتضمن التشتيت الميكانيكي استخدام قوة ميكانيكية لتفتيت مجموعات الجسيمات. الشرط الضروري هو أن تتجاوز القوة الميكانيكية (إجهاد القص والضغط) قوة الالتصاق بين الجسيمات. تتولد هذه القوة عادةً عن طريق أقراص دوارة عالية السرعة، وحقن تدفق غاز عالي السرعة، واضطراب قوي. يُعد التشتيت الميكانيكي سهل التنفيذ، ولكنه طريقة تشتيت قسري. على الرغم من إمكانية تفتيت الجسيمات في الموزع، إلا أن القوى بينها تبقى ثابتة. بمجرد مغادرة الجسيمات الموزع، قد تلتصق مجددًا. علاوة على ذلك، قد يؤدي التشتيت الميكانيكي إلى سحق الجسيمات الهشة، وتقل فعاليته مع تآكل المعدات الميكانيكية.

التشتت الكهروستاتيكي

بالنسبة للجسيمات المتجانسة، تُحدث القوى الكهروستاتيكية تنافرًا بسبب الشحنات المتطابقة على الأسطح. يمكن استخدام القوة الكهروستاتيكية لتشتيت الجسيمات. يكمن التحدي في كيفية شحن الجسيمات بالكامل. يمكن استخدام طرق مثل الشحن التلامسي، والشحن الحثي، والشحن التاجي لشحن الجسيمات. الطريقة الأكثر فعالية هي تفريغ الهالة، حيث تمر الجسيمات عبر منطقة مؤينة وتتلقى نفس الشحنة، مما يسمح للتنافر الكهروستاتيكي بتشتيت الجسيمات.

مسحوق ملحمي

إيبك باودر، خبرة تزيد عن 20 عامًا في صناعة المساحيق فائقة النعومة. ندعم بنشاط التطوير المستقبلي للمساحيق فائقة النعومة، مع التركيز على عمليات التكسير والطحن والتصنيف والتعديل. تواصل معنا للحصول على استشارة مجانية وحلول مُخصصة! فريقنا من الخبراء مُلتزم بتقديم منتجات وخدمات عالية الجودة لتعزيز قيمة معالجة مساحيقك. إيبك باودر - خبيرك الموثوق في معالجة المساحيق!