超细二硫化钼粉碎工艺研究

余昊驰 余昊华 余绍火

摘要：二硫化钼是一种新型固体润滑材料。由于其S-Mo-S特殊的层状结构和极低的层间结合力，其粉末具有独特而优异的机械、物理和化学性能，被誉为“固体润滑之王”。是航空航天、军工、核工业及重大工程、土木工程等高科技领域的高级固体润滑材料。

关键词：超细;二硫化钼;粉碎工艺;研究

引言

由于二硫化钼粉体表面能较低，具有较强的亲水性，需对其进行表面改性，改变颗粒表面的吸附层物化性质，使其表面的亲水性变为亲油性，使二硫化钼粉体更易分散在基础油中，提高润滑脂的润滑性能。

1二硫化钼的基本性质及应用

二硫化钼，金属光泽，黑色粉末，六方晶系，层状结构。二硫化钼与石墨烯具有相似的结构和性能，层与层之间只有微弱的范德华力，键能很低，层与层之间容易脱离，摩擦因数很低。二硫化钼具有良好的耐热性和稳定的化学性质，不溶于稀酸和水，但溶于王水和热的浓硫酸。因具有这些特性，近年来二硫化钼作为高新技术材料备受关注，广泛应用于光电器件、机械润滑、催化、半导体材料等领域。纳米二硫化钼相比于普通二硫化钼具有更优越的性能，在航空航天、军事等领域起到重要作用。纳米级二硫化钼比表面积更大，更易于吸附气体粒子，故对光和气体有着较高的敏感性，因此也应用于检测方面。但二硫化钼的导电性差，这也限制了它的应用。将二硫化钼与其他材料（如石墨烯等碳材），复合可以得到有更大电流放电、高比容量等优异电学性能的复合材料。

2流化床气流粉碎机工作原理

流化床气流粉碎机是一种利用高速气流来实现物料超细粉碎的设备。它由螺旋加料器、粉碎喷嘴、分级机等组成。物料通过螺旋加料器进入粉碎室，空压机提供的压缩空气经过冷冻、过滤、干燥后，经粉碎机喷嘴形成超音速气流射入粉碎室，使物料呈流态化，被加速的物料在数个喷嘴的喷射气流交汇点汇合，产生剧烈的碰撞、摩擦、剪切而达到颗粒的超细粉碎。粉碎后的物料被上升的气流输送至叶轮分级区内，在分级轮离心力和风机抽力的作用下，实现粗细粉的分离，粗粉因自身的重力返回粉碎室继续粉碎，合格的细粉随气流进入旋风收集器，微细粉尘由袋式除尘器收集，净化的气体由引风机排出。

3二硫化钼粉碎工艺

3.1流化床的应用

通过对流化床气流粉碎机的喷嘴、腔体和分级机进行改进达到生产出超细二硫化钼粉的目的。（1）将粉碎机喷嘴孔径由10mm减小为7mm，提高了粉碎时压缩空气的动能，使产品粒度D50由1.2μm降低至1.1μm左右。（2）加高粉碎机腔体高度，增加物料上升高度，使产品粉碎粒度继续降低至D500.9μm左右。（3）最后更换转速更高的分级机，提高了产品粒度的分级效果，最终超细粉产品的粒度可达D500.7μm左右。（4）在粉碎气压一定时，分级机转速是影响粉碎粒度最重要的因素。建议在确保安全及保护设备性能的前提下，优先调整分级机转速进行超细二硫化钼粉的生产。总之该方法简单可行，产品质量不受影响。改造费用较低，自动控制柜、收尘系统及空压冷冻系统均可沿用原设备，产能较好，改造后的设备易于维护。此方法还可用于其他超细物料的粉碎。且改造后的粉碎机不仅可以生产D50≤1.0μm的超細二硫化钼粉，同时可兼顾D50>1.0μm产品的生产。

3.2二硫化钼纳米片的制备

MoS2作为过渡金属硫化物的典型代表，呈六方晶系层状结构，层内原子间结合力强，层与层的原子之间结合力弱。易沿层间解理，分离出薄层，从而具有降低和稳定摩擦因数的作用。MoS2表现出更多优异的摩擦学性能。液相剥离法因操作简单而在制备少层二维材料方面有广泛的应用。用液相超声剥离法把MoS2粉末分散于合适的有机溶剂中，在超声的辅助下制备了荧光MoS2量子点。MoS2纳米片有物理尺寸小，比表面积大的特点，从而在耐磨性、防腐蚀方面具有优势。近年来，有关MoS2纳米片作为润滑油添加剂的研究已见报道，使得润滑油的摩擦性能得以提高，而关于MoS2纳米片的摩擦性能却鲜有报道。基于以上分析，文中采用液相冰浴超声剥离法，在不使用任何表面活性剂的情况下，仅以异丙醇为分散剂，利用超声空化效应所产生的机械剪切力剥离MoS2粉末，通过SEM、TEM、UV-Vis、AFM等对MoS2纳米片的微观结构进行表征，并对MoS2纳米片在低载荷、低转速下的摩擦学性能进行测试，最后分析了MoS2纳米片的摩擦机理。1）采用液相冰浴超声法将MoS2粉末成功剥离为六角MoS2纳米片，原子力显微测试显示纳米片厚度为1.25nm，对应于单层二硫化钼。2）MoS2纳米片和摩擦诱导的钨氧化物具有良好的降磨和稳定摩擦系数的作用，YG8硬质合金球磨斑直径仅为25μm，稳定摩擦系数约为0.09，这归因于O饱和了缺陷MoS2纳米片的Mo或S悬空键，饱和后的纳米片和钨氧化物在滑动过程中起到了良好的降磨作用。

3.3超重力高压均质机的应用

高压均质超重力主要由高速旋转的均质室和压力机构组成。均匀化腔的内部具有专门设计的几何形状。高压溶液在压力机理作用下快速通过均化腔，动态高压微辐射材料暴露于高速保证、高频振动、空心辐射、超重力流场对流作用等机械力及相应的热效应。由此产生的力学力和化学效应可以改变材料宏观分子的物理、化学和结构特性，最终达到均匀粉碎的效果。超重力高压均质腔是设备的核心部件，其独特的几何结构是决定均质效果的主要因素。压力机理确保液体材料能够高速通过均质室所需的压力，压力和稳定性也在一定程度上影响产品质量。由于高压均匀化过程是在液体相环境下进行的，工艺中产生的热量被液体吸收，在体外交换和冷却，因此颗粒破碎过程总是在较低的温度下进行，从而消除了产品中三氧化钼含量因传统干法高温氧化而增加的现象，并保证了产品质量。

3.4物理合成法

物理合成方法主要是通过机械研磨和浮动选择等物理手段来细化产品。剪切絮凝法以钼精矿为原料，加入合适的分散剂，磨洗后，利用强剪切力将辉瑞与脉内其他矿物分离，最后通过多元浮选法提高钼的纯度[。该法具有成本低、设备简单、产品纯度高和无污染等优点，但工艺条件不易控制，导致回收率低。二硫化钼经超声波研磨，操作压力为7.5 MPa，输入压力为4 MPa，连接速度为33g / min。XRD检测发现，连接后晶体结构保持不变（六部分晶体系统），切片层厚度为30 ～ 50n m。利用电化学分离规律得到纳米钼的单层和多层二硫化薄膜。薄膜横向尺寸为5 ～ 50 μm，大于化学或液体相分离得到的尺寸。该方法产生质量更好的薄层，可用于生产后栅场效应晶体管。这种方法也可用于清除其他过渡多金属硫化物。

结束语

二硫化钼以其独特的结构和性能在诸多领域有着广泛应用，近年来制备方法的研究得到广泛重视。各种方法都有其优缺点，利用单一方法难以得到性能优异的产品，今后需重点研发多方法结合工艺，以年限效率高、收益高、产品质量好的目标。研发性能更优异的二硫化钼以逐渐取代传统材料，也是今后的研究方向之一。

参考文献

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