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超细粉体的制备方法
超
超细粉体是现代高技术的起点,是新材料的基础。超细粉体以其独特的性质,在现代工业中占有举足轻重的地位。对于超细粉体的粒度界限,目前尚无完全一致的说法。各国、各行业由于超细粉体的用途、制备方法和技术水平的差别,对超细粉体的粒度有不同的划分,。最近国外有些学者将100μm~1μm的粒级划分为超细粉体,并根据所用设备不同,分为一级至三级超细粉体。对于矿物加工来说,我国学者通常将粒径小于10μm的粉体物料称为“超细粉体”。超细粉体的研究始于上世纪60年代,但较全面的研究则是从上世纪80年代开始。早在上世纪80年代初期,日本已将超细粉体的研究列为材料科学与工程领域的四大研究任务之一,并组织一批科学家对其性质、制备方法及应用等方面进行协作开发研究,美国、前苏联、法国、德国在超细粉体的应用方面也取得了较丰硕的成果。我国对超细粉体的研究虽然起步较晚, 上世纪80年代后期才开始比较系统的研制开发。但近几年形成了研究热潮,近年来也取得一定的成效,特别是一些大学和研究所在理论研究和实验室规模及中试水平上有了较大进展。但总的来说,我相比仍有一定差距。超细粉体将随着研究的深入和应用领域的扩大而愈来愈显示其巨大的威力。
§ 1 超细粉体的特性与应用
超细粉体的特性
根据聚集状态的不同,物质可分为稳态、非稳态和亚稳态。通常块状物质是稳定的;粒度在2nm左右的颗粒是不稳定的,在高倍电镜下观察其结构是处于不停的变化;而粒度在微米级左右的粉末都处于亚稳态。超细粉体表面能的增加,使其性质发生一系列变化,产生超细粉体的“表面效应”;超细粉体单个粒子体积小,原子数少,其性质与含“无限”多个原子的块状物质不同,产生超细粉体的“体积效应”,这些效应引起了超细粉体的独特性质。目前,对超细粉体的特性还没有完全了解,已经比较清楚的特性可归纳为以下几点。
(1) 比表面积大。由于超细粉体的粒度较小,所以其比表面积相应增大,表面能也增加。如平
~,其比表面积一般可达10~70m2/g。比表面积大,使其具有较好的分散性和吸附性能。
(2) 活性好。随着粒度的变小,粒子的表面原子数成倍增加,使其具有较强的表面活性和催化
性,可起补强作用,参与反应可明显加快反应速度,具有良好的化学反应性,超细粉体的性质主要表现在表面性质上。
(3) 熔点低。许多研究表明,物质的粒径越小,其熔点就越低。如Au的熔点为1063℃,则粒径
为2、5、14nm的Au粉,其熔点分别降至330、830、956℃;普通钨粉的烧结温度高达3000℃,掺入0 .1%~%的超细钨粉后可降至1200~1300℃。
(4) 磁性强。超细粉体的体积比强磁性物质的磁畴还小,这种粒子即使
不磁化也是一个永久磁
体,具有较大的矫顽力。--Fe2O3和CrO2超细粉的矫顽力达(~)×104A/m;~、(~)×104A/m,具有这样高矫顽力的超细粉体是制造高密度记录磁带的优良原料。
(5) 光吸收性和热导性好。大多数超细粉体在低温或超低温下几乎没有热阻,银粉在超低温
下具有最佳的热传导性,这在超低温工程研究上具有重要的意义。超细粉体特别是超细金属粉体,当粒度小于100nm以后,大部分呈黑色,且粒度越细色越黑,这是光完全被金属粉体吸收的缘故。
超细粉体的应用
超细粉体的特性决定了它应用的广泛性。据统计,美国Dupont公司1985~1992年3000于20002年4月 1
多种产品中有近62%是以超细粉体为基础,其化学工业40%的增值来源于超细粉体技术的进步,而我国在相关行业中以超细粉体为原料的还不到15%。工业矿物加工成超细粉体后,可产生高额的附加值,对矿物资源的深加工起到积极的推动作用。根据应用领域的需要可以将矿物加工成不同级别的超细粉体,拓宽应用渠道:
(1) 化工、轻工行业。超细粉体可用作填料填充PP和PVC等塑料,降低原料成本,改善制
品性能。将石墨加工成GRT节能减磨添加剂,可改善机械润滑性,节约汽车燃油,减少大修次数;超细高岭土作纸张填料,能提高纸的白度,提高产品档次
;另外还可将许多超细粉体制成高效催化剂,应用于石油工业的催化裂化。目前还结合低温、冷冻及脆化技术,将橡胶、塑料和合成树脂等有机高分子材料加工成有机物超细粉体。相信随着油漆、化妆品、造纸、塑料、橡胶和陶瓷工业的发展,超细粉体在化工、轻工行业的应用会更加广泛、更有价值。
(2) 微电子工业。超细粉体在微电子行业中应用的典型代表有电子浆料(T