孫靜文

【摘 要】基于專利數(shù)據(jù)庫從專利申請地域分布、重點申請人專利申請、專利技術(shù)發(fā)展演進幾個方面對高能球磨機技術(shù)進行專利分析，為該行業(yè)的技術(shù)發(fā)展提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】攪拌;行星;振動;球磨機;專利

中圖分類號： TF123.1文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）21-0021-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.009

超微粉碎主要是利用機械或流體動力的方法克服物料內(nèi)部的內(nèi)聚力將一定粒徑的物料粉碎至微米或納米級的粉碎，而以機械作用力作為粉碎力場的超微粉碎裝置主要有氣流磨、沖擊式（反擊式）和介質(zhì)磨機。介質(zhì)磨機因其研磨介質(zhì)主要呈球狀，而被行業(yè)上稱為介質(zhì)球磨機、球磨機。常規(guī)的介質(zhì)球磨機主要利用研磨介質(zhì)與物料之間的相互作用使得物料粉碎，其包括一個繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)的筒體，通過筒體的旋轉(zhuǎn)帶動筒內(nèi)的研磨介質(zhì)呈瀉落、拋落狀態(tài)從而實現(xiàn)物料的研磨和沖擊;而高能球磨機是傳統(tǒng)球磨機設(shè)備的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其利用介質(zhì)磨球和物料之間長時間反復(fù)的相互研磨和沖擊使物料顆粒粉碎到極限尺寸。

1 高能球磨機的基本分類

高能介質(zhì)磨機屬于主要的超微粉碎設(shè)備，在研磨過程中物料與介質(zhì)磨球、磨球與磨球、磨球與磨罐壁之間高速沖擊、碾壓、摩擦，使處于其中的物料收到強大的沖擊力、剪切力和壓縮力等多種力的作用而發(fā)生形變斷裂，從而實現(xiàn)了物料的超微粉碎。根據(jù)高能球磨機的工作原理和特點不同，具體參見表1，行業(yè)上較為常用的高能球磨機一般將分為攪拌式、振動式、行星式球磨機三類[1]。

振動球磨機則是靠筒體的多維振動帶動筒內(nèi)的介質(zhì)運動來實現(xiàn)物料細碎，利用研磨介質(zhì)在高頻振動下對物料進行沖擊、摩擦、剪切。振動式球磨機根據(jù)振動源不同可以分為振動電機直接作用式和利用激振器產(chǎn)生振動兩種類型，振動電機直驅(qū)式磨機利用振動電機設(shè)置于筒體壁上從而將筒體產(chǎn)生振動，而且振動電機也可以進一步通過電機內(nèi)部的偏塊組件調(diào)節(jié)實現(xiàn)多頻、多幅的特殊振動效果從而滿足更廣的破碎需要;而激振器不同于振動電機直驅(qū)式產(chǎn)生振動，根據(jù)不同工作方式又可分為慣性式、電磁式、液壓式。

攪拌式球磨機是高能球磨機中應(yīng)用最為廣泛的一類。攪拌式球磨機是通過筒內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器將強大動能直接傳遞至研磨介質(zhì)和物料，使得物料和研磨介質(zhì)之間相互發(fā)生激烈的碰撞、摩擦和剪切運動，從而使得物料被徹底粉碎。攪拌式球磨機根據(jù)攪拌器的不同一般可以分為棒式攪拌器、輪盤式攪拌器、螺旋攪拌器;其中輪盤式攪拌器又可以進一步細粉為圓盤式、葉輪式、偏心環(huán)式。

行星式球磨機是通過傳動系統(tǒng)使球磨筒體即產(chǎn)生公轉(zhuǎn)又繞筒體中心軸線自轉(zhuǎn)（即行星運動）帶動磨腔內(nèi)的研磨介質(zhì)，在這種行星運動下可產(chǎn)生強大的離心力從而使得筒體內(nèi)部的研磨介質(zhì)產(chǎn)生強烈的沖擊研磨作用[2]。所謂行星運動是指電機帶動公共轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動使得安裝在其上的磨筒隨之轉(zhuǎn)動（即公轉(zhuǎn)），而且磨筒還繞自身的中心軸/自轉(zhuǎn)。相較于常規(guī)球磨機中，研磨介質(zhì)隨著磨筒轉(zhuǎn)速升高至一定程度，研磨介質(zhì)因離心力過大會產(chǎn)生與筒壁貼合而無法脫離的現(xiàn)象，從而導致無效粉碎做工;而行星式球磨機由于兩種旋轉(zhuǎn)運動疊加可避免普通球磨機出現(xiàn)的臨界無效研磨的現(xiàn)象。根據(jù)行星式球磨機研磨筒自轉(zhuǎn)的驅(qū)動方式不同，可以分為主動式和被動式行星磨;主動式行星磨是通過皮帶或齒輪的等傳動機構(gòu)實現(xiàn)研磨筒的自轉(zhuǎn)，而被動式是指利用研磨筒公轉(zhuǎn)時與研磨筒公轉(zhuǎn)軌道外設(shè)置的引導件產(chǎn)生的摩擦力實現(xiàn)研磨筒的被動自轉(zhuǎn)。

2 技術(shù)發(fā)展概況

本文選擇中國專利文摘數(shù)據(jù)庫以及外文數(shù)據(jù)庫德溫特世界專利數(shù)據(jù)庫作為主要檢索數(shù)據(jù)庫，通過對檢索所獲得的最終專利數(shù)據(jù)庫進行申請地域分布、重點申請人、專利技術(shù)發(fā)展演等方面的統(tǒng)計、分析。

2.1 專利申請地域分布

專利申請原創(chuàng)國的地域分布可以反映該技術(shù)在各個國家的發(fā)展情況，從而一定程度上反映了各個地域在該技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)情況。地域分布中前5位的國家或地區(qū)為中國、德國、日本、前蘇聯(lián)、美國，上述五個國家地區(qū)的專利申請量已經(jīng)占據(jù)了專利申請總量的 87%，這表明上述五個國家地區(qū)是高能球磨機技術(shù)的主要技術(shù)原創(chuàng)市場，其主導了該技術(shù)的發(fā)展方向。而隨著我國專利制度的建立和國家政策的支持，國內(nèi)相關(guān)專利申請量已經(jīng)與其他四個國家地區(qū)的申請量之和相差無幾，尤其是進入21世紀以來中國相關(guān)專利申請量的提升，凸顯了中國在該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和進步。

2.2 重點申請人專利申請分析

重點申請人是指在該技術(shù)領(lǐng)域中擁有較多專利申請量的申請人;通過對全球申請人的申請量進行統(tǒng)計分析，從國外主要申請人來看包括德國NETZSCH、瑞士 BUEHLER、日本MITSUI KOZAN、德國FRITSCH等，其中，德國 NETZSCH（耐馳）公司在攪拌式球磨機領(lǐng)域展現(xiàn)出了強大的科研實力，其研發(fā)的帶有動態(tài)離心分離設(shè)備的攪拌磨引導了攪拌式球磨機的改進潮流;而德國FRITSCH（飛馳）公司的行星式球磨機也在國內(nèi)科研院所中廣泛使用。反觀國內(nèi)申請，國內(nèi)有關(guān)高能球磨機的申請主體主要集中于高?？蒲性核?，這一定程度上反應(yīng)了中國相關(guān)企業(yè)早期研發(fā)能力的貧弱，同時也體現(xiàn)了國家科研政策的引導對該技術(shù)發(fā)展的重要意義，而大量高校的專利申請也反應(yīng)了該技術(shù)領(lǐng)域存在較大的技術(shù)成果轉(zhuǎn)讓的潛力。

2.3 專利技術(shù)發(fā)展演進

高能球磨機主要分為攪拌式、振動式、行星式球磨機;攪拌式球磨機屬于最早出現(xiàn)的一類高能球磨機，其利用旋轉(zhuǎn)的攪拌器和研磨介質(zhì)的相互作用實現(xiàn)物料的粉碎;攪拌器最早設(shè)計為棒式或輪盤式實現(xiàn)將能量傳遞至研磨介質(zhì)，隨后便推出了棒式與輪盤式相結(jié)合攪拌器;而此時螺旋式攪拌器相繼問世，這極大提升了粉磨效果;進入20世紀70年代以后，有關(guān)攪拌器的溫度控制、攪拌器的形狀和安裝位置關(guān)系的研究逐步增加，德國耐馳公司所申請的中空攪拌器配合靜態(tài)分離器的攪拌式球磨機實現(xiàn)了連續(xù)式出料篩分，這極大提升了破碎效率;隨后動態(tài)旋轉(zhuǎn)離心式分離器配合攪拌式球磨機問世，其利用分離器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的吸引力實現(xiàn)物料和研磨介質(zhì)的進入分離器，且利用分離器的離心力實現(xiàn)了超細粉磨和研磨介質(zhì)的分離。

振動式球磨機在20世紀40年代振動磨理論提出后才開始逐步研究起來，直到20世紀60年代年德國在超微粉碎領(lǐng)域的政策傾斜相繼推出了多款振動磨機，例如偏心體慣性式作為激振器的振動磨，極大促進了振動磨在各國的發(fā)展和延伸，在此基礎(chǔ)上相繼研制了偏心體立式、偏心體臥式、多筒式、雙電機驅(qū)動式等振動式磨機;而我國振動式球磨機的起步較晚，進入21世紀以來，在國外先進技術(shù)以及振動理論研究的基礎(chǔ)上，國內(nèi)高校主體也相繼對振動方式進行逐步改進，例如電磁式激振器、液壓式激振器也逐步作為振動手段應(yīng)用于振動式球磨機中，同時也利用多種輔助手段提升破碎效果，例如華南理工大學研發(fā)的等離子體輔助振動磨。近些年來，關(guān)于振動式球磨機的激振力控制的研究日益增加，如振動頻率、振動幅度等。

其中行星式球磨機在20世紀60年代問世以來經(jīng)歷了1960-2000年的初步發(fā)展期和2000年以后的快速發(fā)展兩個時期，相較于同一時期攪拌式球磨機技術(shù)分支發(fā)展較為緩慢，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也較為簡單僅涉及臥式和立式行星式球磨機的改進。進入21世紀以來，關(guān)于行星磨研磨效果提升的研究逐漸成為熱點，同時隨著多種破碎理論和輔助方式的出現(xiàn)，等離子體、超聲波、微波等輔助手段均融合至行星式球磨機中，此時關(guān)于研磨介質(zhì)、球磨罐體的設(shè)計、壓力控制、濕度控制、溫度調(diào)節(jié)的研究也使得行星式球磨機的發(fā)展演進更加細節(jié)化。

3 結(jié)語

基于專利數(shù)據(jù)庫對高能球磨機技術(shù)領(lǐng)域的專利技術(shù)進行分析，以期為相關(guān)國內(nèi)相關(guān)技術(shù)行業(yè)的發(fā)展以及專利布局提供一定參考。

【參考文獻】

[1]倪星元，姚蘭芳，沈軍，等.納米材料制備技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008：62-75.

[2]鄭水林，袁繼祖.非金屬礦加工技術(shù)與應(yīng)用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：55-80.