Il principio di funzionamento di un mulino a sfere convenzionale: il tamburo rotante consente alle sfere di macinazione di cadere liberamente per gravità e urtare il campione, ottenendo frantumazione e miscelazione. Tuttavia, ha una bassa efficienza energetica, lunghi tempi di macinazione e difficoltà nella lavorazione di particelle ultrafini.
Il principio di funzionamento di un mulino planetario a sfere: attraverso il movimento planetario (il tamburo ruota attorno all'albero principale mentre ruota sul proprio asse), vengono generate collisioni ad alta intensità e forze di taglio tra le sfere di macinazione e il campione sotto la forza centrifuga. Questo concentra e rilascia energia, con conseguente aumento esponenziale dell'efficienza di macinazione.
Inoltre, i mulini planetari a sfere sono attrezzature essenziali per migliorare le prestazioni di tutte le batterie al litio-allo-stato solido: tutte le batterie-allo-stato solido utilizzano elettrodi-allo stato solido ed elettroliti-allo stato solido. Il materiale dell'elettrodo positivo delle batterie allo stato solido- non è significativamente diverso da quello delle batterie con elettrolita liquido, mentre il materiale dell'elettrodo negativo utilizza principalmente litio metallico, leghe di litio o elettrodi negativi a base di silicio-. A differenza delle batterie agli ioni di litio-liquidi, le batterie allo stato solido-utilizzano elettroliti solidi invece dell'elettrolita liquido e del separatore. Il fulcro delle batterie allo stato solido-sta nello sviluppo di elettroliti solidi con elevate proprietà meccaniche, elevata conduttività ionica, eccellente stabilità elettrochimica e termica e compatibilità con i materiali degli elettrodi. La tecnologia della fresatura a sfere viene comunemente utilizzata nello sviluppo di elettroliti solidi per elaborare materiali elettrolitici solidi e migliorare le prestazioni di tutte le batterie a stato solido--.
Un compito che potrebbe richiedere 10 ore per essere completato con un mulino a sfere convenzionale, può essere completato in 4-5 ore, o anche meno, con un mulino a sfere planetario!
Il principio di macinazione di un mulino planetario a sfere
Durante il processo di macinazione in un mulino planetario a sfere, il materiale viene polverizzato dall'impatto, dalla compressione e dall'attrito delle sfere di macinazione. Il processo di polverizzazione, infatti, è estremamente complesso. Studiando una singola particella, questa viene ripetutamente sottoposta alle suddette sollecitazioni durante la macinazione a palle, provocando la continua espansione delle crepe esistenti o appena formate nella particella, portando alla rottura o alla deformazione plastica.
Man mano che le particelle diventano più piccole, le crepe su di esse diventano più fini, riducendo la probabilità di crepe con uno stress di frattura minimo. La forza di macinazione aumenta fino al punto in cui le particelle subiscono una deformazione plastica, rendendo difficile l'ulteriore macinazione una volta raggiunta una certa dimensione delle particelle. Pertanto, una macinazione a sfere prolungata non ha senso e aumenta solo il consumo di energia perché le particelle ultrafini non possono accumulare l'energia elastica necessaria per la propagazione delle cricche.
In effetti, l'essenza del principio di macinazione dei mulini planetari a sfere è attualmente compresa solo attraverso il ragionamento sperimentale o l'intuizione. L'effettivo processo di macinazione a sfere è molto più complesso di quanto descritto sopra. La frantumazione delle particelle di materiale varia a causa delle interazioni tra le particelle, tra le particelle e la giara di macinazione, tra le particelle e le sfere di macinazione, e delle interazioni chimiche tra le particelle.
I tre principali vantaggi dei mulini planetari a sfere:
Doppia densità di energia: l'accelerazione centrifuga del movimento planetario può raggiungere 20-40 g (rispetto a solo 1 g nei normali mulini a sfere), con conseguente aumento dell'energia cinetica delle sfere di macinazione, frantumando facilmente materiali duri su scala nanometrica (come carburo di silicio e ceramica).
Percorso di macinazione multi-dimensionale: a differenza dei mulini a sfere convenzionali in cui le sfere di macinazione seguono un'unica traiettoria, i mulini planetari a sfere utilizzano la forza centrifuga e la forza di reazione rotazionale per creare un movimento tridimensionale complesso, ottenendo una macinazione uniforme senza angoli morti.
Controllo intelligente della temperatura: alcuni mulini planetari a sfere di fascia alta- sono dotati di un sistema di raffreddamento a circolazione per prevenire la decomposizione termica dei campioni durante il funzionamento prolungato (i mulini a sfere convenzionali sono spesso costretti a spegnersi a causa del surriscaldamento).
ACEY-VHBM-2Lfresatrice planetaria a sfereè progettato per l'elaborazione versatile dei campioni, supportando la macinazione a secco, la macinazione a umido in sospensione e il funzionamento in condizioni di gas inerte. Oltre a un'efficace riduzione delle dimensioni delle particelle, consente la miscelazione e l'omogeneizzazione accurate di emulsioni e paste, nonché l'alligazione meccanica e l'attivazione per la ricerca avanzata sui materiali. Progettato per essere compatto ma perfettamente funzionante, il sistema garantisce un funzionamento altamente efficiente e silenzioso. Serve come strumento ideale per la preparazione dei campioni di ricerca nei laboratori accademici, istituzionali e industriali, con la capacità di elaborare quattro campioni diversi in un unico lotto.
