行星式球磨仪 高能量输入粉碎

行星式球磨仪-功能原理

在行星式球磨机中，每个罐子代表一个 "行星"。这颗行星位于一个圆形平台上，即所谓的太阳轮。当太阳轮转动时，罐子绕自身轴线旋转，但方向相反。因此，离心力和科里奥利力被激活，导致研磨球迅速加速。其结果是产生极细颗粒所需的粉碎能量非常高。

对于胶体研磨和大多数其他应用，太阳轮的速度与研磨罐的速度之比为 1:-2。 这意味着太阳轮旋转一圈，研磨罐就会朝相反方向旋转两圈。这种速度比在一般行星式球磨机中非常常见。能量输入较高、转速比为 1:-2.5 甚至 1:-3 的行星式球磨机主要用于机械化学应用。

行星式球磨仪——研磨罐和研磨球材质

如何选择最合适的材料？

例如，如果要对样品进行重金属含量分析，钢制研磨罐和球的磨损可能会将铬带入样品中，从而导致分析结果失真。因此，应选择不含金属的材料，如氧化锆。 另一个需要考虑的问题是工具对研磨效率的影响。这里有两个方面很重要：

• 能量输入（与材料密度有关）
• 材料硬度

能量输入

能量输入随着材料密度的增加而增加。如果研磨罐和球的材料密度较高，如碳化钨，那么与密度较低的材料相比，研磨球在给定速度下的加速度较高。这意味着，当球撞击样品时，输入的能量会更高，因此，对于密度较大的材料，粉碎效果会更好。

另一方面，对于软质样品材料，过多的能量输入会阻碍有效的粉碎。在这种情况下，样品并没有真正被粉碎成细粉，而是形成了一层粘在罐壁上并覆盖在研磨球上的粉末。这样就无法实现均质，样品回收也很困难。对于软质样品材料，其他类型的研磨机（如转子研磨机）更为合适。

硬度

要找到硬度合适的罐和球材料，考虑因素很简单：材料的硬度必须高于样品的硬度。如果材料硬度较低，磨球就会被样品材料的颗粒磨碎。

不同材料的研磨工具

不建议使用不同材料的配件。例如钢制研磨罐搭配氧化铵材质的研磨球，首先，两种材料的磨损都会影响分析结果，其次，会加速配件的磨损。

行星式球磨仪 - 推荐的罐装填料

用于干磨

干磨时，通常采用所谓的三分之一规则来获得最佳效果。也就是说，大约三分之一的罐子容积应该装满研磨球。根据这一规则，球越小，就越需要装满三分之一的罐子。另外三分之一的罐子容积应装满样品材料。

根据这一规则，既能提供所需的粉碎能量，又能在罐中装入足够的样品材料以防止磨损；

^{1.三分之一的自由空间
2.}

用于含纤维的样品

对于纤维材料或粉碎后体积急剧下降的材料，建议使用较高的样品填充量。罐中需要有足够的材料以减少磨损。如有必要，可以在几分钟后添加更多材料，以保持所需的最小体积；

^{1.三分之二的样品
2.}

用于湿磨

要生产粒度小至 100 纳米或更小的颗粒，需要湿磨和摩擦，而不是冲击。要做到这一点，需要使用许多表面大、摩擦点多的小球。因此，干法研磨工艺中推荐的三分之一填充量被 60% 规则所取代，即 60% 的罐子中填充小球。样品量应约为 30%。首先将小球加入罐中（按重量计！），然后加入材料并混合。最后仔细混合分散剂液体。

<sup>1.六分之一到三分之一的样品 + 液体
2. 三分之二的研磨球</sup>

如何选择合适的研磨球尺寸

行星式球磨仪中的湿法和纳米级研磨

纳米技术涉及 1 至 100 纳米的微粒。这些微粒因其尺寸而具有特殊性质，因为相对于其体积，它们的表面大大增加（即所谓的 "尺寸诱导功能"）。

干法研磨只能在一定程度上减小样品的粒度，因为小颗粒表面容易带电并聚集在一起。因此，需要使用液体或分散剂来保持颗粒分离。盐溶液用于中和表面电荷。由于立体阻碍作用，液体中的长链分子可以使颗粒保持分离；

只有通过添加缓冲剂（静电稳定，左图）或添加长链分子（立体稳定，右图）才能中和表面电荷。

利用行星式球磨机进行共晶体筛选

共晶体是由两种或两种以上分子成分组成的固体材料。共晶体筛选是指确定能与目标分子形成稳定、理想共晶体的合适共形物的过程。共晶体筛选可用于改善药物或农用化学品等的理化性质，如溶解性或稳定性。使用特殊的适配器，共晶体筛选可在行星球磨仪中进行，使用的是一次性小瓶，如 1.5 毫升 GC 玻璃小瓶。通常情况下，使用几个 3 毫米或 4 毫米的钢球以低速或中速混合物质。如有需要，可加入几微升溶剂。

适配器有 24 个位置，外环有 16 个位置，内环有 8 个位置。外环最多可容纳 16 个样品瓶，使用行星式球磨仪 PM 400 时可同时筛选多达 64 个样品。内环的 8 个位置适合进行不同能量输入的试验，例如用于机械合成研究。

由于样品瓶是玻璃制成的，因此应谨慎选择研磨机的转速，我们建议 PM 300 的最高转速为 500 转/分钟，PM 100 的最高转速为 550 转/分钟。

对于共晶筛选，高速产生的高能量输入是不利的，因为这可能导致物质的化学成分发生变化。因此，低速和中速时可获得最佳结果。