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1、引言
    超細粉體技術是一門新技術，其基本概念至今尚無嚴格的定義。我國通常根據粉體加工技術的深度和粉體物料物理化學性質和應用性能的變化，一般將粒徑小于10um的粉體稱為超細粉體。現代工程技術的發展需要許多呈粉體狀態的原料和制品。例如：在軍事、航空、航天和電子領域，利用超細粉體可制造隱身材料；在化工領域，催化劑超細化后可使石油裂解速度提高1～5倍；藥物經超細粉碎后，藥品的表面能得到極大的增加，提高了藥效的發揮，方便了人體的吸收等等。
2、國內外超細氣流粉碎設備發展現狀
    超細粉碎設備按不同的粉碎方式可分為：機械沖擊式粉碎機、振動磨、氣流粉碎機（又稱氣流磨）、攪拌磨等。氣流粉碎機，與其它粉碎機不同，它是在高速氣流作用下，物料通過本身顆粒之間的撞擊，氣流對物料沖擊剪切作用以及物料與其它部件的沖擊、摩擦、剪切而使物料粉碎。因此，經氣流粉碎后的物料平均粒度細，粒度分布較窄，顆粒表面光滑，顆粒形狀規整，純度高，活性大，分散性好；可粉碎低熔點和熱敏性材料及生物活性制品（因為氣流粉碎機以壓縮空氣為動力，壓縮氣體在噴嘴處的絕熱膨脹會使系統溫度降低），據統計，國際上約25%的氣流粉碎機是用于藥物的超細制備。而且若采用N2、C02等氣體時，可進行特殊場合下惰性氣氛中的粉碎。氣流粉碎可在無菌狀態下操作；生產過程連續，生產能力大，自控、自動化程度高。但是，機械沖擊式粉碎機、振動磨、攪拌磨等粉碎設備的生產周期往往較長，從而使生產效率低；物料粉碎時會產生大量的熱，致使熱敏性物料變質；而且設備的磨損會污染產品。因此這些機械式粉碎機已不能完全滿足人們對超細粉體物料越來越高的要求，氣流粉碎設備在生產超細粉體方面有取代機械式粉碎機的趨勢。但氣流磨也存在一些不足之處：設備制造成本高，能耗大，加工成本也較大；單機處理能力較差(產量均小于2t/h)，不適合大規模生產；產品粒度難以達到亞微米級，在lOum以下時產量大幅度下降，加工成本急劇增加。氣流粉碎機自20世紀30年代問世以來，經過許多研究者的努力，其結構不斷更新，種類不斷增多，先后出現了扁平式（或圓盤）氣流磨、循環式氣流磨、對撞式氣流磨、流化床氣流磨、靶式氣流磨、超音速氣流磨等。
2.1  扁平（圓盤）式氣流粉碎機
    扁平（圓盤）式氣流粉碎機( Micro - JetMill)是由美國Fluid Energy公司1934年研制成功的。目前，生產該類氣流粉碎機的主要廠家有美國Fluid Energy and Equipment公司、Sturtevant Mill公司、Jet Pulverizer公司，日本Nippon Pneumatic MFG有限公司、清新企業（株）(STJ型)、富士產業（株），中國上海化工機械三廠cos型）、南京理工大學江蘇省超細粉體工程技術研究中心試驗基地(STJ型和GQF型>、宜興清新公司等。
    圖1為早期圓盤式氣流粉碎機示意圖。其原理是壓縮空氣（空氣、過熱蒸汽或惰性氣體）通過加料噴射器的高速射流所產生的負壓，使物料吸入混合室，通過與粉碎室半徑方向成一定角度并分布在同一水平上的噴嘴，被高速射流噴入粉碎室，噴氣流夾帶著物料以極高的速度旋轉，在粉碎室半徑上形成流體動力特性梯度，物料顆粒之間以巨大的動量相互碰撞（約占粉碎量的80%左右），又與粉碎室的內壁碰撞（占20%左右）而粉碎。被粉碎粒子隨旋轉流高速旋轉獲得很大的離心力，又受到氣流向粉碎室中心排出的向心力，兩個力的方向相反，顆粒在這兩個力的作用下分級。因此，在圓盤式氣流粉碎機內，粉碎和分級是同時進行的。
    與其他氣流粉碎機相比，圓盤式氣流粉碎機結構簡單，操作方便，而且自身具有自動分級功能。其缺點是，當被粉碎的物料（如氧化硅、碳化硅等）硬度較高時，物料隨氣流高速運動會與磨腔內壁產生劇烈的沖擊、摩擦、剪切，導致磨腔磨損，并且對產品造成一定的污染。此類粉碎機多用于較軟、較脆的物料，如國外無機顏料Tio2的氣流粉碎，幾乎都采用扁平式氣流粉碎機。
2.2循環式氣流磨
    JOM系列循環式氣流粉碎機是由美國Fluid Energy公司1941年研制成功。目前國外的生產廠家有美國Fluid Energy公司、日本清新企業，國內主要有上海化工機械三廠研制的QON75、QON100及宜興清新粉體機械有限公司開發的JOM系列。
    JOM型循環式氣流磨（如圖2所示）是目前應用最廣泛的氣流磨。其工作原理是壓縮氣體通過加料噴嘴2產生高速射流，在加料混合室內形成負壓，使原料自動吸入混合室，并被射流送入下部的粉碎區，氣流經過一組噴嘴1進入粉碎室，并將物料顆粒加速，使顆粒相互沖擊、碰撞、摩擦而粉碎。底部的高壓氣體經噴嘴加速后高速射入管道，挾帶粉碎后的顆粒沿上行管向上運動進入分級區。該機的優點是0型結構既能加速顆粒運動，又能增強離心力場的作用，從而提高了粉碎和分級效率；分級區的彎曲管壁設計，使磨損大大減輕。但是，與其它氣流粉碎機相比，氣流及物料對管道內壁的沖刷、磨損太嚴重，不適用于硬度較高的材料的超細化。常用于熱敏性化學品、纖維、金屬、藥物、食品、顏料、填料等的粉碎，其粉碎細度可達3～0.2um。
1998年10月7日公開的實用新型專利“內循環氣流粉碎機”，它由兩個疊加組成的圓盤形粉碎倉和分級裝置等組成，可以對超細物料在瞬間進行兩次粉碎，并使其在粉碎倉內自然選粉、分級。可將莫氏硬度≤8的干燥、脆性物料深加工超細粉碎至小于5～2um，尤其適用于非金屬礦物的深加工。
2.3  沖擊式氣流磨
    沖擊式氣流磨的粉碎動力源主要是顆粒與沖擊部件（如沖擊板、沖擊環等）的沖擊力，目前，常見的有靶式氣流磨、超音速沖擊板式氣流粉碎機、沖擊環式氣流粉碎機等。
2. 3.1靶式氣流磨
    靶式氣流磨是最早發明的氣流磨之一，其靶子結構有固定和活動的兩種形式。固定靶式氣流磨如圖3所示，其原理是高速氣流挾帶物料沖擊到前方的靶上進行沖擊粉碎，粉碎后的物料隨氣流經出口排出，進入后序的分級器中。活動靶式氣流磨中的靶呈圓柱形，且緩慢轉動，因此，物料沖擊傾斜的圓柱形靶而得到粉碎。靶式氣流磨常用于處理較粗的粒子，沖擊力很大，沖蝕非常嚴重。因此，靶式氣流磨的工業化應用受到一定的限制。
    邢東海研制出一種塔靶式氣流粉碎機，其結構緊湊，能使粉體經多次沖靶粉碎。在此基礎上，林業部林產工業設計院臨安化工制劑廠進行了改進，設計了球靶式氣流粉碎機，其靶呈半球形，使靶面磨損減小，物料不易沉積，沖擊力強，提高了粉碎效率和粉碎的顆粒細度，廣泛應用于石灰石、方解石、石英砂、云母等的超細加工。結合靶式氣流粉碎機和扁平式氣流粉碎機各自的優點，設計出了旋噴式氣流磨和SSTJ型超細粉碎機（日本清新企業研制），但兩者還是有很大的不同，后者的靶是一個高速旋轉的靶，而且靶面設計特別，使沖擊力更大。
2.3.2超音速沖擊板式氣流粉碎機
    超音速沖擊板式氣流粉碎機在美國、德國、日本、比利時都有專利，由日本NPK公司1967年開發成功。其結構示意圖如圖4所示，其工作原理為：原料從料斗1進入，右上方設置螺旋推料器以防止粉料架橋，高壓氣體從下部空氣管進入，與物料在混合室內混合，并以超音速與斜置的沖擊板4相沖擊，物料得到粉碎。其最大的缺點是沖擊板的沖蝕非常嚴重，顆粒對噴管內壁以及噴嘴的磨蝕也很嚴重，從而嚴重影響了這種粉碎機的推廣應用。常用于纖維狀物料、金屬粉末和各種延展性物料等的粉碎。
    呂烘燦等人研制了一種新型板式氣流粉碎機，粉碎機內設置內襯反擊板，機殼內設置循環冷卻水套降溫，粉體不堆積，廣泛用于鎂鋁合金和橡膠等易燃易爆物的粉碎。
2.3.3沖擊環式氣流粉碎機
    美國Flu/d Energy公司、日本細川公司將固定的沖擊部件改成了可旋轉的沖擊環，避免了前面兩種氣流粉碎機中高速氣流或氣固流對某一固定點的長時間連續沖擊引起的局部磨損，使整個環面的各個部位輪流作被沖擊面，整個環面受到均勻同等的磨損，從而延長了沖擊環的使用壽命。麗且，沖擊環的旋轉方向與噴射氣流的方向相反，因此其相對速度提高，增大了粉碎效果。圖5為MJ型沖擊環式氣流粉碎機。在此基礎上，細川公司又生產了一種型號Super Micron Mill，經試用，其粉碎細度可達10um。
2.4對撞式氣流粉碎機
    對撞式氣流粉碎機又稱對噴式氣流粉碎機。它是以兩股高速氣流挾帶顆粒相互對撞而粉碎，能量利用率高，避免了上面三種氣流粉碎機高速氣流對沖擊部件的磨損，解決了被粉碎顆粒的污染問題。美國Majac公司早期研制的對撞式氣流粉碎機如圖6所示，其工作原理是兩股相同壓力和相同速度的壓縮空氣從兩側呈一直線進入粉碎區，同時物料由螺旋加料器送入粉碎區，在混合后碰撞而粉碎，粉碎后的顆粒隨氣流向低壓區運動，細粉通過上部排出，粗粉回落入粉碎區再次粉碎。
    20世紀80年代中期，日本生產出了TJ型對撞式氣流粉碎機。薛彬等人研制出了一種雙圓盤對撞式氣流粉碎機，其特征在于有兩個相交的圓盤狀粉碎室，粉碎室周圍有若干只能產生兩殷旋向相同的超高速旋流的射流噴嘴，顆粒在圓盤相交部位受到強烈的對撞和摩擦而被快速粉碎，撞擊力度大，生產能耗低。專門針對硬度較高的磨料和耐火材料而設計了AB120B型對撞式氣流粉碎機。另外，還有哈爾濱多元超細粉體工程有限責任公司、上虞市和力粉體有限公司等在國外設備的基礎上，對對撞式氣流粉碎機作了一定的改進，提高了粉碎設備的性能。
2.5  流化床氣流粉碎機
生產此種氣流粉碎機的主要廠家是德國的Alpine公司（AFG型噴嘴水平設置，AFG -R型噴嘴三維設置），日本、中國也有生產。美國Majac公司研制的對撞式氣流粉碎機是流化床氣流粉碎機的先導，德國Alpine公司1981年也進行了成功的研制。
    圖7為流化床氣流粉碎機（螺桿加料式）e19]，其工作原理是：物料加入后利用二維（或三維）設置的數個噴嘴噴匯的沖擊能，以及氣流膨脹呈流化床懸浮翻騰而產生的碰撞、摩擦進行粉碎，同時在交匯點周圍向上得氣流，在負壓氣流帶動下通過頂部設置的分級裝置分級，細粉排出，粗粉受重力作用而返回粉碎區繼續粉碎。與對撞式氣流粉碎機相比，具有分散效果好、產品粒度可通過分級機進行調整、磨損小（因為通過噴嘴的介質只有空氣）、能耗小、適合于大規模工業化生產等優點。常用于醫藥、化妝品、高級陶瓷、磁粉等生產。
    中國的超細粉碎機廠商中，流化床氣流粉碎機的生產廠家最多（約20家）．如上海化工機械三廠、上虞市和力粉體有限公司、昆山市超微粉碎機廠(QYF流化床對撞式氣流粉碎機、西安秦嶺超細粉廠等。另外，還有一些研究單位也對此種類型粉碎機的改進做出了很大的貢獻，如中國科學院化工冶金研究所研制的FJM型流化床對噴式氣流粉碎機、北京石油大學研制的流化床對噴式超細氣流粉碎機、河北省邢臺市農藥廠研制的多噴嘴流化床氣流粉碎機、宜興市凱新材料開發研究中心研制的一種流化床氣流粉碎機等。但是型號和規格都不是很全。
    除了前面所提及的粉碎機外，還有高國儒等研制的旋流式氣流磨，其結構包括一圓柱形粉碎腔、旋轉氣流的驅動裝置和一收塵裝置，粉碎腔周圍開有多個對稱的噴嘴口，高壓氣流通過高壓噴嘴口切向噴入粉碎腔，不僅可實現10um左右的微細粉加工，而且設備簡單、效率高、物料受污染程度小，可適用于化工、輕工、礦產、建材、陶瓷、醫藥等領域。
3、展望
    超細氣流粉碎機的種類很多，結構各不相同，每種機型都有其優缺點。自2000年以來，粉碎設備在以前的基礎上有了較大改進，其結構不斷完善，粉碎性能不斷提高。為了滿足信息技術、生物技術和新材料技術發展對粉體產品的粒度、純度和粒度分布提出的更高要求，超細氣流粉碎技術研究中應注重以下幾個方面的發展：在現有的基礎上，完善、優化超細氣流粉碎設備，開發新型設備，并重視粉碎、分級系統的匹配設計；大型設備不多，在上述的超細氣流粉碎機中，相比較而言，流化床對撞式氣流粉碎機具有明顯的優勢，因此應加強理論研究，以指導粉碎設備的設計；由于氣流粉碎機最大的缺點是能量利用率低，所以應當尋求降低能耗、增加能量利用率的途徑等。