高能球磨技术在磨超细材料和纳米材料有带领优势

超细材料(Ultrafine  material)及纳米材料(Nano-material)在冶金、化工、生命工程等领域有着广泛的应用，高能球磨技术是制备超细及纳米材料的方法之一。高能球磨机(High-energy ball mill, HEBM)作为机械制备或机械合金化制备微/纳米材料的重要设备，一直是国内外学术界和业界的研究热点。

目前，高能球磨机的机械结构设计和球磨实验设计主要是基于反复试验得到的数据，再通过从业者的经验选出较合适的方案，并试制出物理样机或进行球磨试验；通过对物理样机或实验方案进行大量的试验验证和数据分析，进行优化设计或提出改进方案，通过数次反复改进后形成更终设计方案。这种传统的设计方式不仅消耗劳动力多、设计费用高、设计周期长，而且有些试验（比如说磨球高速运行的参数）因为检测条件和成本的限制而难以进行。基于经验的设计过程中，高能球磨机物理结构或实验方案的设计者，因不能充分掌握结构参数与球磨效率之间的内在联系，很难在样机设计阶段就发现设计方案的不合理之处。

针对球磨机的结构优化和粉磨过程的实验方案改进问题，多年来国内外学者做了大量的研究工作，主要包括粉磨机理分析、粉磨能量数字化、设备结构和材质改进、球磨过程工艺参数更优化及控制方案研究等。但由于球磨罐内部磨球动力学参数和物料破碎行为的复杂性以及不同时期科学研究手段的局限，目前，国内外关于高能球磨机的结构设计参数、实验条件和球磨效率之间的关系尚不清晰，如本课题中球磨罐和磨球的尺寸对球磨机的球磨效果、球磨效率、球磨机的生产能力等的影响。本论文拟以小型摆动式球磨机(Swing-type ball mill，STBM)为研究对象，以延长新型摆动式高能式球磨机的使用寿命、提高球磨效率和球磨机的生产效率等为目标，建立球磨效果与结构尺寸参数和实验方案之间的关系；通过对摆动式球磨机进行运动学和动力学分析、多刚体动力学仿真和球磨罐形状优化，实现球磨机结构设计和实验方案的参数化；针对摆动式球磨机不同转速、不同充料比、不同球磨罐体积、不同球磨罐形状，研究不同条件下球磨罐内部磨球的运动规律及其对球磨效率的影响，得到影响摆动式球磨机球磨效率的结构设计和实验方案参数，并对球磨工况进行优化。