細粉物料超聲輔助篩分的機理研究

篩分廣泛應用于冶金、礦業(yè)、化工、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域，是物料顆粒分離的主要技術(shù)之一。細粉物料顆粒篩分是一個比較復雜的過程，由于顆粒間存在強烈的范德華作用力，具有強吸附性，易于粘結(jié)成團聚體，從而堵塞篩孔，使篩分效率低下。針對目前國內(nèi)超聲輔助篩分的機理缺乏而導致超聲輔助篩分設(shè)備盲目設(shè)計的現(xiàn)狀，因此，本文提出了超聲波輔助細粉物料篩分的機理研究。本文主要的研究內(nèi)容如下三個方面： 首先，對超聲波作用下細粉顆粒團聚體分散的機理進行了理論分析，結(jié)合DLVO理論,并根據(jù)顆粒在篩分中由范德華力和超聲波振動產(chǎn)生的能量和作用力，建立了顆粒的能量模型和受力模型。其次，對超聲波振動篩進行了動力學及運動學分析，并對篩面物料在振動篩振動與超聲振動綜合作用下進行了運動分析； 其次，利用離散元法，在EDEM中對細粉物料顆粒團聚體凝聚和超聲波作用下的分散過程進行了模擬。同時，對顆粒的分層與透篩過程進行了模擬研究，比較了不同形狀顆粒對分層過程的影響和有無超聲波振動的分層效果，模擬分析了不同的振動參數(shù)對物料顆粒透篩的影響。探索了物料顆粒的分層透篩機理，獲得了物料顆粒透篩時的最佳振動參數(shù)； 最后，以硅粉為研究對象,通過實驗對超聲波輔助破壞物料團聚性、吸附性的機理進行了實驗驗證。研究結(jié)果表明，超聲波振動能夠有效地打散顆粒團聚體，解決篩孔堵塞的問題，從而顯著地提高篩分效率。同時,對影響篩分效率的各種振動參數(shù)進行了實驗驗證研究，獲得了硅粉物料在振動篩振動與超聲波振動共同作用下篩分時的最佳組合參數(shù)。

針對目前國內(nèi)因超聲輔助篩分的機理缺乏而導致超聲輔助篩分設(shè)備盲目設(shè)計的現(xiàn)狀，提出進行超聲輔助細粉物料篩分的機理研究。. 本項目以揭示超聲輔助細粉難篩物料篩分的機理為目標，以粉體顆粒技術(shù)、超聲波技術(shù)、散體動力學和機械振動學為基礎(chǔ)，綜合考慮范德華力、靜電力等因素，結(jié)合DLVO理論建立細粒物料的團聚模型；采用離散元理論和統(tǒng)計能量方法研究團聚物料在超聲激勵下運動行為；采用正交試驗和優(yōu)化方法選擇典型物料振動與超聲篩分時最佳組合參數(shù)。. 項目預期將建立振動與超聲混合篩分過程的數(shù)學模型，獲得物料特性與超聲頻率和振幅的關(guān)系，實現(xiàn)典型物料振動與超聲篩分時最佳組合參數(shù)選擇，從而提高細粉物料的篩分效率，徹底掌握超聲輔助細粉難篩物料篩分的機理。

本項目提出了采用超聲振動輔助磨削氧化鋯陶瓷義齒的加工方法。闡明了超聲振動輔助磨削氧化鋯陶瓷的去除機理，掌握了振動參數(shù)對磨削力、義齒表面形貌及邊緣碎裂的影響機制，提出了超聲振動輔助磨削氧化鋯陶瓷的磨削力和磨削溫度的理論模型。研究了完全燒結(jié)氧化鋯陶瓷義齒表面及亞表面損傷對其斷裂和磨損性能的影響規(guī)律。為復雜曲面形貌義齒的高精高效的加工提供了一種新的技術(shù)途徑，并為該技術(shù)在陶瓷口腔修復領(lǐng)域的可行性提供了理論指導和技術(shù)支持。

隨著全瓷牙和全鋯牙的逐步推廣，口腔修復領(lǐng)域中大量應用的預燒結(jié)氧化鋯陶瓷所存在的二次燒結(jié)加工工藝復雜、收縮率難以控制、斷裂率高等問題嚴重制約了口腔修復技術(shù)的快速發(fā)展。本項目針對完全燒結(jié)氧化鋯陶瓷義齒的材料屬性及其復雜的曲面形貌，提出采用超聲振動輔助銑削技術(shù)來實現(xiàn)其高精高效加工。重點就完全燒結(jié)氧化鋯陶瓷義齒加工表面宏微觀裂紋的形成與擴展機理，超聲振動頻率、振幅、轉(zhuǎn)速、進給量等工藝因素對加工效率、表面粗糙度及銑削力的影響規(guī)律以及義齒邊緣碎裂控制方法，并建立加工區(qū)域沖擊應力場和溫度場耦合作用下的銑削力模型。同時，基于義齒超聲加工表面及亞表面的損傷特性，建立其斷裂性能和磨損量關(guān)于超聲振動頻率、振幅等工藝參數(shù)的數(shù)學模型。為完全燒結(jié)氧化鋯陶瓷義齒超聲振動輔助切削的高效低損傷加工提供可靠依據(jù)，從而改變傳統(tǒng)氧化鋯陶瓷義齒的加工工藝，全面提高口腔修復的醫(yī)療水平。