高能球磨机专利技术分析

孙静文

【摘 要】基于专利数据库从专利申请地域分布、重点申请人专利申请、专利技术发展演进几个方面对高能球磨机技术进行专利分析，为该行业的技术发展提供借鉴。

【关键词】搅拌;行星;振动;球磨机;专利

中图分类号： TF123.1文献标识码： A文章编号： 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机械或流体动力的方法克服物料内部的内聚力将一定粒径的物料粉碎至微米或纳米级的粉碎，而以机械作用力作为粉碎力场的超微粉碎装置主要有气流磨、冲击式（反击式）和介质磨机。介质磨机因其研磨介质主要呈球状，而被行业上称为介质球磨机、球磨机。常规的介质球磨机主要利用研磨介质与物料之间的相互作用使得物料粉碎，其包括一个绕其自身轴线旋转的筒体，通过筒体的旋转带动筒内的研磨介质呈泻落、抛落状态从而实现物料的研磨和冲击;而高能球磨机是传统球磨机设备的基础上发展而来，其利用介质磨球和物料之间长时间反复的相互研磨和冲击使物料颗粒粉碎到极限尺寸。

1 高能球磨机的基本分类

高能介质磨机属于主要的超微粉碎设备，在研磨过程中物料与介质磨球、磨球与磨球、磨球与磨罐壁之间高速冲击、碾压、摩擦，使处于其中的物料收到强大的冲击力、剪切力和压缩力等多种力的作用而发生形变断裂，从而实现了物料的超微粉碎。根据高能球磨机的工作原理和特点不同，具体参见表1，行业上较为常用的高能球磨机一般将分为搅拌式、振动式、行星式球磨机三类[1]。

振动球磨机则是靠筒体的多维振动带动筒内的介质运动来实现物料细碎，利用研磨介质在高频振动下对物料进行冲击、摩擦、剪切。振动式球磨机根据振动源不同可以分为振动电机直接作用式和利用激振器产生振动两种类型，振动电机直驱式磨机利用振动电机设置于筒体壁上从而将筒体产生振动，而且振动电机也可以进一步通过电机内部的偏块组件调节实现多频、多幅的特殊振动效果从而满足更广的破碎需要;而激振器不同于振动电机直驱式产生振动，根据不同工作方式又可分为惯性式、电磁式、液压式。

搅拌式球磨机是高能球磨机中应用最为广泛的一类。搅拌式球磨机是通过筒内高速旋转的搅拌器将强大动能直接传递至研磨介质和物料，使得物料和研磨介质之间相互发生激烈的碰撞、摩擦和剪切运动，从而使得物料被彻底粉碎。搅拌式球磨机根据搅拌器的不同一般可以分为棒式搅拌器、轮盘式搅拌器、螺旋搅拌器;其中轮盘式搅拌器又可以进一步细粉为圆盘式、叶轮式、偏心环式。

行星式球磨机是通过传动系统使球磨筒体即产生公转又绕筒体中心轴线自转（即行星运动）带动磨腔内的研磨介质，在这种行星运动下可产生强大的离心力从而使得筒体内部的研磨介质产生强烈的冲击研磨作用[2]。所谓行星运动是指电机带动公共转盘转动使得安装在其上的磨筒随之转动（即公转），而且磨筒还绕自身的中心轴/自转。相较于常规球磨机中，研磨介质随着磨筒转速升高至一定程度，研磨介质因离心力过大会产生与筒壁贴合而无法脱离的现象，从而导致无效粉碎做工;而行星式球磨机由于两种旋转运动叠加可避免普通球磨机出现的临界无效研磨的现象。根据行星式球磨机研磨筒自转的驱动方式不同，可以分为主动式和被动式行星磨;主动式行星磨是通过皮带或齿轮的等传动机构实现研磨筒的自转，而被动式是指利用研磨筒公转时与研磨筒公转轨道外设置的引导件产生的摩擦力实现研磨筒的被动自转。

2 技术发展概况

本文选择中国专利文摘数据库以及外文数据库德温特世界专利数据库作为主要检索数据库，通过对检索所获得的最终专利数据库进行申请地域分布、重点申请人、专利技术发展演等方面的统计、分析。

2.1 专利申请地域分布

专利申请原创国的地域分布可以反映该技术在各个国家的发展情况，从而一定程度上反映了各个地域在该技术领域的研发情况。地域分布中前5位的国家或地区为中国、德国、日本、前苏联、美国，上述五个国家地区的专利申请量已经占据了专利申请总量的 87%，这表明上述五个国家地区是高能球磨机技术的主要技术原创市场，其主导了该技术的发展方向。而随着我国专利制度的建立和国家政策的支持，国内相关专利申请量已经与其他四个国家地区的申请量之和相差无几，尤其是进入21世纪以来中国相关专利申请量的提升，凸显了中国在该技术领域的技术发展和进步。

2.2 重点申请人专利申请分析

重点申请人是指在该技术领域中拥有较多专利申请量的申请人;通过对全球申请人的申请量进行统计分析，从国外主要申请人来看包括德国NETZSCH、瑞士 BUEHLER、日本MITSUI KOZAN、德国FRITSCH等，其中，德国 NETZSCH（耐驰）公司在搅拌式球磨机领域展现出了强大的科研实力，其研发的带有动态离心分离设备的搅拌磨引导了搅拌式球磨机的改进潮流;而德国FRITSCH（飞驰）公司的行星式球磨机也在国内科研院所中广泛使用。反观国内申请，国内有关高能球磨机的申请主体主要集中于高校科研院所，这一定程度上反应了中国相关企业早期研发能力的贫弱，同时也体现了国家科研政策的引导对该技术发展的重要意义，而大量高校的专利申请也反应了该技术领域存在较大的技术成果转让的潜力。

2.3 专利技术发展演进

高能球磨机主要分为搅拌式、振动式、行星式球磨机;搅拌式球磨机属于最早出现的一类高能球磨机，其利用旋转的搅拌器和研磨介质的相互作用实现物料的粉碎;搅拌器最早设计为棒式或轮盘式实现将能量传递至研磨介质，随后便推出了棒式与轮盘式相结合搅拌器;而此时螺旋式搅拌器相继问世，这极大提升了粉磨效果;进入20世纪70年代以后，有关搅拌器的温度控制、搅拌器的形状和安装位置关系的研究逐步增加，德国耐驰公司所申请的中空搅拌器配合靜态分离器的搅拌式球磨机实现了连续式出料筛分，这极大提升了破碎效率;随后动态旋转离心式分离器配合搅拌式球磨机问世，其利用分离器旋转产生的吸引力实现物料和研磨介质的进入分离器，且利用分离器的离心力实现了超细粉磨和研磨介质的分离。

振动式球磨机在20世纪40年代振动磨理论提出后才开始逐步研究起来，直到20世纪60年代年德国在超微粉碎领域的政策倾斜相继推出了多款振动磨机，例如偏心体惯性式作为激振器的振动磨，极大促进了振动磨在各国的发展和延伸，在此基础上相继研制了偏心体立式、偏心体卧式、多筒式、双电机驱动式等振动式磨机;而我国振动式球磨机的起步较晚，进入21世纪以来，在国外先进技术以及振动理论研究的基础上，国内高校主体也相继对振动方式进行逐步改进，例如电磁式激振器、液压式激振器也逐步作为振动手段应用于振动式球磨机中，同时也利用多种辅助手段提升破碎效果，例如华南理工大学研发的等离子体辅助振动磨。近些年来，关于振动式球磨机的激振力控制的研究日益增加，如振动频率、振动幅度等。

其中行星式球磨机在20世纪60年代问世以来经历了1960-2000年的初步发展期和2000年以后的快速发展两个时期，相较于同一时期搅拌式球磨机技术分支发展较为缓慢，产品结构也较为简单仅涉及卧式和立式行星式球磨机的改进。进入21世纪以来，关于行星磨研磨效果提升的研究逐渐成为热点，同时随着多种破碎理论和辅助方式的出现，等离子体、超声波、微波等辅助手段均融合至行星式球磨机中，此时关于研磨介质、球磨罐体的设计、压力控制、湿度控制、温度调节的研究也使得行星式球磨机的发展演进更加细节化。

3 结语

基于专利数据库对高能球磨机技术领域的专利技术进行分析，以期为相关国内相关技术行业的发展以及专利布局提供一定参考。

【参考文献】

[1]倪星元，姚兰芳，沈军，等.纳米材料制备技术[M].北京：化学工业出版社，2008：62-75.

[2]郑水林，袁继祖.非金属矿加工技术与应用手册[M].北京：冶金工业出版社，2005：55-80.