本文将针对纳米级研磨的现况及发展、纳米级分散研磨技术的原理、纳米级研磨机的构造、现有设备的来源、应用实例及注意事项、结论及建议等六大主题加以探讨。
引言
笔者从事德国公司研磨机销售业务数年，且已曾受邀在国内大专院校、工研院、中科院及国内外企业针对“新一代高效率纳米研磨的现况及发展”，主题演讲，并已规划过数百多个案子，在国内已销售数百厂实绩。其主要应用领域可以1998年为区分点。1998年以前，企业界所面临的问题为如何提高分散研磨效率以降低劳力成本，如染料、涂料、油墨等产业。而1998年以后，产业技术瓶颈则为如何得到微细化(纳米化)材料及如何将纳米化材料分散到最终产品里，如光电业TFTLCD、Jetink、电子、磁性材料、医药、生物制药和细胞破碎、氧化物、食品等行业。不论是传统产业提升研磨效率求快或是高科技产业纳米化材料求细需求，污染控制都同样重要。所以细、快、更少污染已成为新一代分散研磨技术最重要之课题。
本文将针对纳米级研磨的现况及发展、纳米级分散研磨技术的原理、纳米级研磨机的构造、现有设备的来源、应用实例及注意事项、结论及建议等六大主题加以探讨。
一、纳米级分散研磨技术的现况与发展
1、Bottom up ;Top down
随着3C产品之轻、薄、短小化及纳米材料应用之白热化，如何将超微细研磨技术应用于纳米材料之制作及分散研磨已成为当下重要课题。一般想得到纳米粉体有2个方法。一个为化学方法由下而上之制造方法(bottom up)，如化学沈淀法，溶胶凝胶法(sol—gel)。另一种方法则为物理方法，将粉体粒子由大变小(top down)，如机械球磨法、化学法、物理法等。
到目前为止，化学法或Bottom up之纳米粉体制造方法大部分在学术界被研究且已有丰硕的成果，可以得到数纳米粉体。唯其制造成本有时相当高，且不易放大(scale up)，同时所得到粒径分布亦较大。所以到目前为止，企业界仍以物理机械研磨(top down)方法以得到纳米级粉体为主。Top down方法较易得到粒径分布较小纳米粉体，同时生产成本相对较低，参数容易控制，将研发实验机台所得到参数放大(scale up)到量产机台。唯Top down方法目前只能研磨到30 nm，但已能满足业界需求。
2、干法研磨(Dry grinding);湿法研磨(Wet grinding)。
对纳米粉体制造厂而言，当然希望以干法研磨方法来得到最终纳米粉体。但若以机械研磨方式研磨粉体时，在研磨过程中，粉体温度将因大量能量导入而急速上升、且当颗粒微细化后，如何避免防爆问题产生等均是研磨机难以掌控的。所以一般而言，干法研磨的粒径只能研磨到8 μm。如果要得到8 μm以下粒径，就必须使用湿式研磨。
所谓湿法研磨即先将纳米粉体与适当溶剂混和，调制成适当材料。为了避免于研磨过程中发生粉体凝聚现象，所以需加入适当分散剂或助剂当助磨剂。若读者希望最后纳米级成品为粉体而非浆料，则需考量到如何先将浆料中之大颗粒粒子过滤及如何将过滤后之浆料干燥以得到纳米级之粉体。所以，当读者以湿法研磨方式得到纳米级粉体时，如何选择适当的溶剂、助剂、过滤方法及干燥方法将影响到是否能成功地得到纳米级粉体关键技术。
3、研磨(Grinding)?分散(Dispersing)?
顾名思义，研磨定义即是利用剪切力(shear force)、摩擦力或冲力(impact force)将粉体由大颗粒研磨成小颗粒。分散定义为使纳米粉体被其所添加溶剂、助剂、分散剂、树脂等包覆住，以便达到颗粒完全被分离(separating)、润湿(wetting)、分布(distributing)均匀及稳定(stabilization)目的。在做纳米粉体分散或研磨时，因为粉体尺度由大变小的过程中，凡得瓦尔力及布朗运动现象逐渐明显且重要。所以，如何选择适当助剂以避免粉体再次凝聚及如何选择适当的研磨机来控制研磨浆料温度以降低或避免布朗运动影响，将成为湿法研磨分散方法能否成功地得到纳米级粉体研磨及分散关键技术。
二、纳米级粉体之分散研磨原理
承接上文，以机械方法的湿法研磨方式是得到纳米级粉体最有效率且最合乎经济效益方法。本文将针对湿式研磨及分散方法之原理及制程做一深入探讨。为了方便说明。
本文将以图(一)Puhler研磨机为例做一说明PHN全氧化锆材质纳米珠磨机置于棒销转子
马达利用皮带传动搅拌转子将动力由磨球运动产生剪切力(shear force)，浆料因Pump推力至研磨室移动过程中与磨球因相对运动所产生剪切力而产生分散研磨效果。其粒径小于研磨室内分离磨球与浆料之动态大流量分离器滤网间隙大小时，浆料将被离心力挤出至出料桶槽以便得到分散研磨效果。上述过程为研磨1个pass，若尚未达到粒径要求，则可以重复上述动作，通常大家称之为进行循环研磨，直到粒径达到要求为止。
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