15. Классификация измельчителей.

Для измельчения твердых материалов создано много типов дробилок и мельниц различных размеров, однако поиски совершенных конструкций машин не прекращаются. Это особенно важно на стадии тонкого измельчения. При сравнительно крупной тонине помола, менее 100 мкм, энергозатраты составляют 20-30 кВт ч/т, а потери металла за счет износа машины – примерно 1 кг/т. При получении продукта с дисперсностью частиц менее 10 мкм расход энергии увеличивается до 150 кВт·ч/т и возрастают соответственно потери металла.

Измельчители можно разделить на следующие основные группы:

• раскалывающего и разламывающего действия;

• раздавливающего действия;

• истирающе-раздавливающего действия;

• ударного действия;

• ударно-истирающего действия;

• коллоидные измельчители.

В основу предлагаемой классификации измельчителей положен главный способ, которым в нем измельчается материал.

Измельчители раскалывающего и разламывающего действия:

• щековые дробилки;

• конусные дробилки;

• зубовалковые дробилки.

Измельчители раздавливающего действия:

• гладковалковые дробилки;

• ролико-кольцевые мельницы

• горизонтальные;

• вертикальные.

Измельчители истирающе-раздавливающего действия:

• жерновые мельницы;

• бегуны;

• катково-тарельчатые мельницы;

• шаро-кольцевые мельницы;

• бисерные мельницы.

Измельчители ударного действия:

• молотковые мельницы;

• дезинтеграторы и дисмембраторы;

• центробежные мельницы;

• барабанные мельницы;

• газоструйные мельницы.

Измельчители ударно-истирающего действия:

• вибрационные мельницы;

• планетарные мельницы;

• гироскопические мельницы.

Коллоидные мельницы:

• конусные мельницы;

• бильные (кавитационные) мельницы;

• виброкавитационные мельницы;

• реактроны.

19. Дефекты кристаллов: точечные, замещения и внедрения. Краевая и винтовая дислокация.

Дефекты – это все отклонения от нормы, приводящие к ухудшению физико-механических свойств материала, ограничивающие области его применения.

От наличия дефектов существенно зависит целый ряд важных свойств твердых систем, таких как водопроницаемость, морозостойкость, электрическая проводимость, теплопроводность, оптические и магнитные свойства, каталитическая активность и др.

Дефекты проявляются на всех уровнях. На атомно-молекулярном и микроскопическом уровнях – это дефекты кристаллов: несовершенства кристаллического строения, нарушение строгого периодического расположения частиц в узлах кристаллической решетки, присутствие в структуре вещества примесей (примесные дефекты).

Дефекты в кристаллах по геометрическим признакам подразделяются на группы: точечные, линейные и трехмерные.

Точечные дефекты малы во всех измерениях – не более нескольких атомных диаметров. Это вакансии – отсутствие атома или иона в узле кристаллической решетки (рис. 2.30, а) и внедрения (рис. 2.30, б). Вакансии существенно влияют на физические свойства кристалла: изменяют плотность, вызывают ионную проводимость, играют важную роль в процессах термообработки металлов, рекристаллизации и др.

Линейные (одномерные) дефекты имеют атомные размеры в двух измерениях, а в третьем могут быть соизмеримы с длиной кристалла – это дислокации (рис. 2.31). Подобно точечным дефектам дислокации подвижны. От числа, характера, расположения и подвижности дислокаций зависят деформативно-механические и многие физические свойства кристаллических тел.

Объемные (трехмерные) дефекты – трещины, поры, раковины. Они проявляются на микро- и макроуровнях, ослабляют взаимодействие между структурными составляющими, являются концентраторами напряжений и, следовательно, сильно снижают прочность материала.

Дефекты возникают как следствие условий роста кристалла, тепловых колебаний частиц, наличия примесей (точечные дефекты), воздействия внешних нагрузок, несовершенства или нарушения технологии изготовления материала и т. д.

Обычно дефекты ухудшают свойства материалов. Однако их действие нельзя считать лишь отрицательным. Всё будет зависеть от их плотности (т. е. числа дефектов в единице объема), способности к перемещению по кристаллу (материалу), степени взаимодействия одних дефектов с другими.

Ряд ценных свойств кристаллов, таких как каталитическая активность, способность к люминесценции, пластической деформации, полупроводниковые свойства и некоторые другие обусловлены наличием дефектов.

Монокристаллы чистого железа очень пластичны в результате развития и перемещения дислокаций, в то же время стали, имеющие блочную структуру, проявляют прочность, в сотни раз большую, за счет взаимодействия дислокаций с примесными дефектами, которые затрудняют движение дислокаций и усложняют механическую обработку металлов (рис. 2.32). И тем не менее, чем однороднее материал, тем лучше его свойства

Рис. 2.32. Поверхностные дефекты кристалла

Повысить прочность материала, а также улучшить его другие свойства можно путем получения идеальных (бездефектных) монокристаллов путем повышения плотности дефектов, в том числе дислокаций, либо путем создания композиционных материалов*. Но это очень сложная задача.

Итак, структурообразующие элементы, их форма, размеры, расположение в пространстве, характер взаимодействия между ними формируют структуру материала, последняя определяет технологические, физико-механические свойства и области применения материала, т.е. наблюдается последовательная взаимосвязь: структура–свойства–области применения. Такой системно-структурный подход к изучению материалов позволяет проектировать структуру материала, создавать технологические приемы, воспроизводя в реалии эти структуры, и получать материалы с заранее заданными необходимыми свойствами.