超细粉体存在的技术问题

超细粉体加工中的几个技术问题

摘要:介绍了超细粉体的应用、制备设备、发展趋势，以及超细粉体在加工发面的几个技术问题。

关键词:超细粉体;制备; 应用；分散

1.超细粉体概述

1.1定义

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,例如日本将超细粉体的粒度定为0.1μｍ以下。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”。

1.2超细粉体的特性

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。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,具有良好的化学反应性。

(3)熔点低。许多研究表明,物质的粒径越小,其熔点就越低。

(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，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。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。

1.3超细粉体的制备方法

超细粉体的制备方法有很多,但从其制备的原理上分主要有两种:一种是化学合成法,一种是物理粉碎法。化学合成法是通过化学反应或物相转换,由离子、原子、分子经过晶核形成和晶体长大而制备得到粉体,由于生产工艺复杂、成本高、而产量却不高,所以化学合成法在制备超细粉体方面应用不广。物理粉碎法是通过机械力的作用,使物料粉碎。物理粉碎法相对于化学合成法,成本较低,工艺相对简单,产量大。因此,目前制备超细粉体材料的主要方法为物理粉碎法。常用的超细粉碎设备有气流粉碎机、机械冲击粉碎机、振动磨、搅拌磨、胶体磨以及球磨机等。

2超细粉体的应用

超细粉体不仅本身是一种功能材料,而且为新的功能材料的复合与开发展现了广阔的应用前景。超细粉体由于粒度细、分布窄、质量均匀,因而具有比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、溶解速度快、烧结体强度大以及独特的电性、磁性、光学性等,因而广泛应用于许多技术领域。

2.1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。

2.1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(ＴｉＯ2、ＢaTiO3、Ｃｕ)、磁记录材料(γ--Ｆｅ2Ｏ3)及电子陶瓷粉料(BaTiO3)。另外还有传感器(ＳｎＯ2)和光、电波吸收材料及

红外辐射材料。

2.3医药、农药行业

将农药加工成超细粉体后,用量可降低20%以上,而农作物却增产20%左右,有的产品可取代进口;由于血液中的血球大于0.01μｍ,可制备<0.01μｍ的超微粒子,注入血管中进行有效的治疗或健康检查;将药物制成超细粉体(或微胶囊),不仅服用方便,而且可提高有效成分的利用率,降低药物消耗。

2.4材料工业

超细粉体在现代材料工业中的应用亦受到高度重视。为了加工需要和满足应用要求,现代工业材料对所用原料都有非常明确的要求。目前国外精细化工和新材料中以超细粉体作为基本原料的已占80%以上,瑞士达95%,粉末原料成本占产品成本的30%～60%。在某种程度上,超细粉体为这些国家在相关领域的研究处于世界领先水平奠定了良好的基础。

3.2超细粉体的团聚和分散问题

在超细粉体技术中超细粉体的分散无疑是最关键的技术。分级、粒度测量、混匀及储运等作业的进行，都在很大程度上取决于颗粒的分散程度。

3.2.1团聚产生的的原因

1．分子间作用力引起颗粒聚团

众所周知，分子之间总是存在着范德华氏引力，是短程力。但是，对于由极大量分子集合体构成的体系，多个分子间存在着相互作用，颗粒间分子作用力的有效间距可达50nm以上，属于长程力。超细粉体颗粒间的分子作用力是颗粒聚团的根本原因。

2．颗粒间静电作用力引起聚团

在干空气中大多数颗粒是自然荷电的。颗粒获得的最大电荷量受限于其周围介质的击穿强度，在干空气中约为1．7×10坩电子／crn2。荷电颗粒与其它物体接触时，颗粒表面电荷等量吸引对方的异号电荷，使物体表面出现剩余电荷，从而产生接触电位差。

3．颗粒在湿空气中的粘结

当空气相对湿度超过65％时，水蒸气开始在颗粒表面及颗粒间凝聚，颗粒间因形成液桥而大大增强了粘结力。液桥粘结力主要由因液桥曲面而产生的毛细压力及表面张力引起的附着力构成。

3.2颗粒分散途径

3.2.1 表面改性法

近年来，国内外不少研究者采用表面改性法进行超细粉体颗粒的分散研究，表面该性虽然可以改善超细粉体颗粒的抗团聚性能，但由于改性颗粒表面推动了本来性质，给它的应用带来很大影响，有时甚至会产生极大的负面作用。已经研究出了用有机溶剂收集保存纳米粒子的方法，这种方法能使纳米粒子在溶剂中的团聚大幅度降低，但不能解决在空气中的团聚问题。

3.2.2机械分散法

机械分散是指用机械力把颗粒聚团打碎，这是目前应用最广泛的分散方法。机械分散的必要条件是机械力(指流体的剪切力及压应力)应大于颗粒间的粘着力。通常机械力是由高速旋转的叶轮或高速气流的喷嘴及冲击作用引起的气流强湍流运动而形成的。这一方法主要是通过改进分散设备来提高分散效率。机械分散较易实现，但由于它是一种强制性分散方法，相互粘结的颗粒尽管可以在分散中被打散，可是颗粒间的作用力没有改变，排出分散器后会迅速重新聚团。机械分散的另一个问题是脆性物料有可能被粉碎，机械设备磨损后分散效果下降等。

3.2.3干燥分散法

在潮湿的空气中，颗粒间形成的液桥作用是颗粒聚团的主要原因，因此杜绝液桥产生或消除已形成的液桥作用是保证颗粒分散的主要手段。在几乎所有的有关生产过程都采用加温干燥