Beim Kugelmahlen werden Materialien mit Hilfe von Mahlkörpern, in der Regel Kugeln, bearbeitet, um feine Pulver und veränderte Materialeigenschaften zu erzielen.
Die Verunreinigung beim Kugelmahlen stellt jedoch ein großes Problem dar.
Verunreinigungen entstehen in erster Linie durch die mechanische Wechselwirkung zwischen den Mahlkörpern (Kugeln) und den zu verarbeitenden Materialien.
Diese Verunreinigung kann Verunreinigungen aus den Mahlwerkzeugen, wie z. B. Metallpartikel aus den Kugeln oder dem Behälter der Mühle, umfassen.
Sie kann auch aus einer Kreuzkontamination zwischen verschiedenen Proben resultieren, die in der gleichen Anlage verarbeitet werden.
4 wichtige Punkte zum Verständnis der Kontamination beim Kugelmahlen
1. Mahlkörper und Behälter
Die in der Kugelmühle verwendeten Kugeln und der Behälter bestehen in der Regel aus Metall, z. B. Edelstahl oder Wolframkarbid.
Während des Mahlvorgangs können sich diese Materialien abnutzen und Metallpartikel in die Probe einbringen.
Dies ist besonders problematisch bei der Hochenergie-Kugelmahlung, bei der erhebliche Kräfte auftreten, die zu einem höheren Verschleiß führen.
2. Kreuzkontamination
Wenn mehrere Proben in derselben Mühle verarbeitet werden, ohne dass sie zwischen den Einsätzen gründlich gereinigt werden, besteht die Gefahr einer Kreuzkontamination.
Dies kann die Reinheit und die Eigenschaften der zu verarbeitenden Materialien beeinträchtigen, insbesondere bei wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen, bei denen eine hohe Reinheit erforderlich ist.
3. Strategien zur Verminderung
Um die Kontamination zu verringern, werden verschiedene Strategien eingesetzt:
Verwendung von Komponenten aus Wolframkarbid: Wolframkarbid ist härter und verschleißfester als andere Werkstoffe, so dass weniger Material abgenutzt werden und die Probe verunreinigen kann.
Inerte Atmosphäre und Hochvakuum: Die Verarbeitung von Materialien in einer inerten Atmosphäre oder unter Hochvakuumbedingungen kann Oxidation und andere chemische Reaktionen verhindern, die zu Verunreinigungen führen könnten. Dies trägt auch dazu bei, die Integrität der zu mahlenden Materialien zu erhalten.
Gründliche Reinigung: Durch eine gründliche Reinigung der Mühle und aller ihrer Komponenten zwischen den einzelnen Durchläufen kann eine Kreuzkontamination minimiert werden. Dies ist besonders in der Forschung wichtig, wo die Reinheit der Materialien entscheidend ist.
4. Auswirkungen auf die Materialien
Verunreinigungen können die Eigenschaften der durch Kugelmahlen verarbeiteten Materialien erheblich beeinträchtigen.
So kann beispielsweise das Einbringen von Metallpartikeln die magnetischen oder katalytischen Eigenschaften von Nanopartikeln verändern.
Bei strukturellen Anwendungen können Verunreinigungen die Festigkeit und Haltbarkeit von Materialien beeinträchtigen.
Das Kugelmahlen ist zwar eine leistungsstarke Technik zur Herstellung feiner Pulver und zur Veränderung von Materialeigenschaften, doch muss das Potenzial für Verunreinigungen und die erforderlichen Schritte zu deren Eindämmung sorgfältig bedacht werden.
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