球磨
球磨(milling)是把粗或結塊的粉末打成細、分開顆粒的壓碎與研磨步驟。日常的形象是胡椒研磨器或磨豆機,但陶瓷版通常是一個半滿硬球的罐子,這些球就是研磨介質(grinding media),與粉末、常還有液體一起翻滾數小時。罐子轉動時,球翻落撞擊,任何被夾在兩顆相撞球之間的粉末顆粒都會被斷裂、削碎或磨小。這種靠機械力縮小尺寸的通稱是粉碎(comminution)。
球磨同時做三件不同的事,把它們分開來看會有幫助。它縮小粒徑,把大顆粒打成小顆粒。它解團聚,把鬆散黏著的團簇敲散回其原始顆粒。它也混合,把不同的原料粉末充分摻和,這正是為什麼混合氧化物法的每一輪都以球磨作結。常見類型主要差在打得多重:滾筒球磨溫和而慢,振動或行星式球磨較快較粗暴,而攪拌磨(attrition mill)猛力攪動小介質以得到最細的結果。不過有極限。顆粒越小就越難打碎,並開始因表面力而重新黏回,所以球磨會達到一個研磨極限,超過之後再多時數也幾乎不再更細,只徒增磨耗與熱。
球磨不可或缺,卻帶著無可避免的代價:介質與罐壁也會磨損,所以一點點研磨介質最終會被磨進你的批料,成為污染。這就是為什麼介質盡可能選得與產物相配,氧化鋁粉用氧化鋁介質,最難磨的則用氧化鋯介質。球磨本身也無法打碎顆粒已化學熔合的硬團聚體,只能打散鬆散、弱結合的軟團聚體,所以球磨誠實的極限是:它能對付結團與粗大,卻無法修復一個因過度煆燒而毀掉的粉末。
一批煆燒過的氧化鋁與氧化鋯球和水一起裝進球磨機翻滾 12 小時:平均粒徑從 5 微米降到 1 微米以下,軟團塊被打散,比表面積上升,代價是球上磨下的微量氧化鋯。
球磨縮小尺寸、打散軟團塊、並混合,但總會把一點介質脫落進批料裡。
球磨不能無止境地進行。低於研磨極限後,顆粒抗拒進一步斷裂,並因表面力開始重新團聚,所以額外的球磨時間主要增加的是污染與熱,而非細度。