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金属超细粉体制备

金属超细粉体制备
金属超细粉体制备

存档日期:存档编号:

北京化工大学

研究生课程

课程名称:超细粉体制备

课程代号: ChE583

任课教师:毋伟

完成日期:2011 年 12 月 29 日

专业:化学工程与技术

学号: 2011200170

姓名:程治化

成绩:

金属超细粉体的制备方法

程治化

(北京化工大学化学工程学院,北京市朝阳区,100029)

摘要:本文介绍了一些制备金属超细粉体的方法,主要是制备用于水反应金属

燃料的金属粒子所采用的电爆炸法和电弧等离子法,制备高纯度、粒度均匀的超细金属粉末所用的电解法以及以传统电解法为基础的超声波法,超声波法克服了传统电解法的一些缺点,制得的粉末颗粒较细且不易团聚。

关键词:金属超细粉体;制备;电爆炸法;电弧等离子法;电解法;超声波

Abstract:This article introduces some methods of preparation of ultrafine metal powders. It mainly includes electrical explosion method, Arc plasma method, electrolysis method and ultrasonic method based on the traditional electrolysis method. The electrical explosion method and Arc plasma method are used to prepare superfine powder of metal used as metal fuel for water reaction. The superfine powder of metal prepared by electrolysis method has some good properties. It is epigranular and has high purity. The ultrasonic method has overcome some shortcomings of traditional electrolysis method. The obtained powder has thin particle size and is not easy to get gather.

Key Words: ultrafine metal powders; preparation; electrical explosion method; Arc plasma method; electrolysis method; ultrasonic

前言

超细粉体的定义尚不统一,一般分为微米级粉体(1μm < x < 100μm)、亚微米级粉体(0.1μm < x < 1μm)、纳米粉体(0.001μm < x < 0.1μm)。它属于微观粒子和宏观物体之间的过渡区域,由于超细颗粒具有比表面积大、表面活性高等特点,使其具有一系列特殊的物理、化学性能,因而被广泛应用于宇航、国防、化工、冶金、电子、生物工程和核工业等方面[1]。当今超细粉体材料产业化项目中就其应用的成熟性和规模仍以亚微米粉体居多,纳米粉体次之。但纳米粉体有很大的潜在市场需求。产业化超细粉体主要为超细金属粉体,如:Al,Ni,Zn,Fe,Cu,Ag及其些合金超细粉体,其中Ni、Zn为亚微细粉体,Al,Fe,Cu,Ag 为纳米粉体;超细陶瓷粉体,如:ZrO2、Al2O3、Bi2O3、Fe2O3、SiO2、ZnO等超细粉体;超细铁氧体粉体。

对于超细粒子的制备已有许多方法,根据反应体系的不同可分为气相法、液相法和固相法[2]。气相法一般是指用气体原料或将原料蒸发成气体,然后通过化学反应或物理作用再生成超细颗粒的方法。这类方法中包括气相化学反应、激光

合成法、电爆炸法、惰性气体冷凝法和电弧等离子体法[3]。液相法是当前实验室和工业上广泛采用的合成高纯超细粉体的方法,可分为沉淀法、水解法、溶胶一凝胶法、微乳液法和溶剂蒸发法等。固相法目前主要采用的是机械法(也称粉碎法)。它采用研磨或气流、超声方法将块状物质粉碎、细化,从而得到不同粒径范围的超细颗粒。金属超细粉体的制备,主要有电爆炸法、电弧等离子法、电解法和超声波法等。对于用作水反应金属燃料的金属粒子,通常采用电爆炸法和电弧等离子法;而制备高纯度、粒度均匀、且表面包覆的超细金属粉末,采用电解法较好;有些需在高电流密度下电解相应的电解质水溶液制备的金属粉末[4],可利用超声波对电解沉积过程起促进和物理强化作用[5],采用超声波法制备。

1 电爆炸法和电弧等离子法

电爆炸法和电弧等离子法都属于气相法,电爆炸法是金属丝在反应器内快速爆炸、蒸发形成金属蒸气,然后与周围惰性气体发生碰撞损失能量,冷凝产生超细金属粒子。而电弧等离子法是两极问气体自持放电,将金属物料融化、蒸发、汽化、结晶成为超细金属粒子,与电爆炸法相比其过程较平稳缓慢。

1.1 电爆炸法

电爆炸法制备超细金属及其合金粒子的方法最早是由俄罗斯发明并首先采用,此后美国、日本、韩国等相继进行相关产业的开发与应用[6]。它是一种物理制备金属超细粒子的新方法,利用导体的电爆炸方法控制生产高弥散超细金属、合金、类金属和化学化合物粒子,适合规模化生产。其特点是能量转化率高、工艺参数可调、适用性广,是一种高产量的制备方法[7]。用电爆炸技术可获得较高质量的金属纳米粉,如Al、Mg、Ti等超细金属粉体。

电爆炸法的原理是将细金属丝置于一定的气体介质环境下,通过对金属或合金原料丝沿轴线方向施加直流高电压,在高压和脉冲大电流的共同作用下,原料丝内瞬间产生强电流(电流密度 l0 A/cm2),迅速发生爆炸、汽化,并以强冲击波的形式向外辐射,在辐射过程中不断与低温的惰性气体碰撞损失能量而逐渐沉积,形成具有一定粒径分布的金属细颗粒,收集得到高纯度的超细金属粒子粉体,然后在惰性氛围下经过钝化处理即可[7]。

电爆炸法制备超细金属粒子装置的基本结构原理已趋于成熟,俄罗斯已有成套设备出售[7]。该装置主要由高频电源、电爆炸电路、电爆炸腔体以及收集仓和分选仓等组成[8],其原理示意图如图1所示。整个设备中对产品粒径的影响参数较多,如电源频率、电压、整流电路、器件、电容、金属丝直径和长度、充电量和放电量、环境气体压强等都会对产品产生影响。因此在进行制备实验时,需对每一个细节充分考虑。

图l电爆炸法制备超细金属粒子装置示意图

电爆炸法生产超细金属粒子技术已日趋完善,现在的改进工作主要是设法提高单位时间的产量。

1.2 电弧等离子法

电弧等离子法制备金属超细粉体是属于低压气体中蒸发金属法的一种。它是在密闭的、一定的气体介质中加热金属,使其蒸发、冷凝、结晶后形成超细颗粒粉末。其加热源为电弧,一般加热源可采用电阻加热、高频感应加热、电子束加热、激光加热和辉光加热等。电阻加热蒸发法是比较传统的方法,适用于熔点不太高的金属;激光加热法是将连续的高能量密度的CO 激光通过窗口照射到金属样品上使其蒸发制备超细粉体,一般用来制备氧化物超细粉体[9]。

电弧等离子法制备金属超细粉体的原理是在低压的气体介质中加热金属,使其汽化,然后冷却、结晶形成超细颗粒,在惰性氛围下包覆钝化处理后得产品。加热源为电弧,电弧温度较高(最高达到50000K),且易于控制(工业用电直接降压,整流)[10]。

电弧法制备金属超细粉体整个设备主要由反应室、水冷装置、分选装置、收集装置、鼓风机部分和抽真空设备组成。各装置不同之处是根据各自的不同目的加以改进,但各组成部分大体一致[11]。电弧等离子法制备金属超细粉体的装置示意图,如图2所示。一般电弧等离子法制备超细金属粉体的简要工艺是先将整个设备抽真空,充Ar气,用电弧弧柱部分作为加热源,将金属物料溶化、蒸发、汽化、结晶成为超细结构颗粒,然后再经冷却器冷凝、收集[12]。电弧等离子法制备超细金属粉体的主要影响因素与电爆炸法有许多相同之处,如电源电压、电流、不同环境气体及其压强等。实际上对这些参数的控制只是相对的,在电弧等离子法制备金属超细粉体中的反应温度、反应范围等关键因素,很难定量地控制,生产来的金属超细粉体颗粒直径分布为10~l 50nm,不同粒径的金属颗粒的物理化学特性会有很大的差别,为了应用方便,一般将金属超细粉体按粒径进行分级

处理。

图3电弧等离子法制备超细金属粒子的装置示意图

由于电弧法理论比较成熟,通过改变电流、电极直径、惰性气体气氛,该方法几乎可以制备所有的金属纳米粉,且所得粉末颗粒直径分布窄、无污染、便于收集。

2 电解法

电解法可制备出纯度高、粒度均匀、且表面包覆的超细金属粉末,并以超细铜粉的制备为例说明了其工艺过程。应用该方法,粉末的制备和表面包覆同步完成,因此所得粉末是高弥散和抗氧化的。同时,该方法设备简单,容易控制,可扩大至工业生产规模[13]。

电解法就是对PH值为3~6的酸性金属盐溶液进行电解,然后加入一定量的表面活性剂。所加的表面活性剂的浓度一般比电解液的密度小,因而活性剂通常浮于电解液上,在电解槽内就形成两层液面。电解槽中的阴极圆筒是不断旋转的,同时其内部通有冷却水。阴极圆筒置于两液相交界处,跨于两液相之中。这样,阴极圆筒上析出的金属粉末被由增压泵来的有机液流冲刷掉,回流到电解槽中,所得有机液和析出金属粉末的混合物经离心处理后,有机液可循环使用,而剩余的粉末颗粒经真空干燥后即可得到所需的超细粉末。电解法制取金属粉末的关键是如何控制粉末粒度,以得到超细粉末。而在制备过程中,形成的晶核数目越多,最后得到的粉末也就越细。末也就越细。另外,采用水内冷阴极以及对形成的金属粉末立即用有机液进行表面包覆并冲刷,也有效地防止了颗粒的长大,有利于得到超细粉末[13]。

所制得的粉末的形态和尺寸用透射电镜(H-800)、X射线小角度散射等进行观测和分析。由所得金属粉末的TEM照片和X-射线小角度散射测得的粒度分布

图可知,可见,用此电解法可得到粒径均匀、颗粒平均大小为80nm的超细金属粉末。同时粉末颗粒表面有一个厚度约为10nm的包覆层,因而这种粉末是高弥散的,不易发生团聚,且在空气中有抗氧化的能力,对以后的存储和使用都很有利。另外,由于电解法所得产物的纯度较高,工艺过程简单,粒径容易控制。用这种方法可制得Ni、Fe、Ag、Sn、Pb、Cr、Mn及Cu-Zn、Cu-Ni、Fe-Ni、Ni-Mo、Fe—Cr等多种金属和合金的粉末[13]。

3 超声波法

3.1 超声波及其引起的物理和化学效应

利用超声波法制备金属超细粉体,主要是由于超声空化作用引起的特殊物理和化学环境,改善了电解法在制备超细粉末时的固有缺点,为电解法合成制备超细粉体材料提供了更有效的手段[14]。

超声波是指频率范围在1O~10 kHz的机械波,波速一般约为1500ms,波长为1O~O.O1cm[15]。超声波既是一种波动形式,又是一种能量形式,可以加速化学反应或触发新的反应通道。超声波在传播过程中与媒质相互作用,产生超声效应。通过超声波方法制备纳米材料,达到了一些目前采用激光、紫外线照射和热电作用无法实现的目标,具有很好的前景[16,17]。超声波的波长远大于分子尺寸,说明超声波本身不能直接对分子起作用,而是通过周围媒质的物理作用转而影响分子,所以超声波的作用与其作用的媒质密切相关。超声波在传播过程中与媒质相互作用,相位和振幅发生变化,可使媒质的状态、组成、结构和性质等发生变化,这类变化称为超声效应。超声效应的主要机制之一是声空化(cavitation)。描述空化现象的“热点(hot spots)”理论认为[17]:液体中的微小泡核在声波作用下被激活,表现为泡核的震荡、生长、收缩乃至崩溃等一系列动力学过程,其现象包括两个方面,即强超声在液体中产生成群的气泡和气泡在强超声作用下的特殊运动。当超声强度足够大时,会使液体产生成群的气泡,称为“声空化泡”,空化泡直径不到300nm,寿命小于2#s,这些气泡受到超声的作用,经历气泡生长、收缩、再生长、再收缩,在多次周期性振荡后,最终以高速崩裂。在其周期性振荡或崩裂过程中,会在局部产生短暂的高温和高压,即所说的热点,热点温度高达约5000℃,压力为100MPa,寿命不足1μs,加热和冷却速率为1010℃/s 以上。高强度超声空化会产生一系列的化学效应,称之为声化反应。声化反应可能发生在溃灭气泡的3个位置点:气泡内部、气泡界面和液体体相内,此外,也可以发生在固体或固一气体系所处的超声辐射中[14,18]。空化气泡内部产生自由基和激发态分子,并在体相液体中消失,自由基和活化分子的种类与溶剂的性质相关。如溶剂水在高强度超声场作用下首先产生分子氧和过氧化氢,有时也产生超氧化物(H02)、原子氢和水合电子,这些中间产物能进一步引起氧化一还原反应。同时,超声波对液体的作用也可用于增加液体中化合物的化学活性及促进两种不相溶液体的乳化。空化的同时也产生独特的物理效应,即空化气泡的界面有非常高的温度梯度、压力梯度或可能的场强梯度;其附近的液体运动也产生很大的剪切和应力梯度;空化时还会引起气泡周围的溶剂分子的快速蒸发,并在气泡溃灭时产生强烈的冲击波。一般在固体表面受到不对称的气泡溃灭时,会引起微射流冲击,其冲击波速率估计为100m/s。微射流和冲击波能导致固体腐蚀、破损和

颗粒间的碰撞[14,18,19]。因此,超声波引起的空化效应作为一种集中分散的声学能量作用于化学反应,可成为引起强烈物理和化学变化的强有力手段,能从相应的前驱物中反应产生性能良好的材料[19,20]。

3.2 超声波对电解沉积过程的影响

当超声与电化学电极反应结合时,其优点是除去电极表面的气体、清洁电极表面、加快体系传质和提高反应的速率等[21~24]。超声波对电化学反应的影响主要有以下几个方面[22,25]: (1)通过超声空化微射流形成对溶液的强烈搅拌作用,从而提高电极表面的传质速率;(2)由于空化产生的瞬间高温高压而使反应物分解成活性较高的自由基;(3)改变反应物在电极表面的吸附过程;(4)空化泡崩溃产生的微射流对电极表面形成连续的现场活化。

3.2.1 对电解过程中晶粒形核及长大的影响

为了在电解过程中获得高成核率和小成核直径可以采用两种方法[26]:(1)对电解质溶液强烈搅拌;(2)采用脉冲电流来得到较高的电流密度。如果电解速率或成核速率很高,而晶体长大速率相对较小,则有利于产生超细粉末;反之,若电解速率小于晶体长大速率则可能在电极上生成致密的电镀层。因此,根据过程条件控制不同,一个电化学过程可以是典型的电镀过程,也可以是超细粉体的制备过程。

在电沉积过程中,由于反应消耗了金属阳离子,如果阳离子的扩散速度较慢,就会造成阳离子的供应不足,在阴极附近造成阳离子贫化,在电极表面上也要发生电子的积累,引起浓差极化使电位向负方向移动,从而抑制金属的沉积。因此,根据对流扩散理论,在电沉积过程中,利用超声搅拌来提高溶液的流动速度,可促进非均相界间的扰动和相界面更新,使扩散层的厚度减薄,由此导致电流密度和极限电流密度的相对提高,使沉积在较高的电流密度下进行,从而提高了电解速率及沉积速率[15],提高了阴极表面的成核速率,为获得细小的金属粉末提供了必要条件。

3.2.2 对粉末分散性的影响

粉末颗粒的大小还取决于颗粒的团聚程度,在一般情况下,细小的颗粒极易发生团聚现象,从而使颗粒尺寸增大。功率超声引起的空化效应以及超声振动产生的声流效应对防止生成物团聚、促进粉末分散起到了重要作用[27]。空化效应产生的高温高压作用使溶液整体温度升高、反应加速[5,14,28]。超声功率越大,液体吸收的声能就越多,温度就越高,反应速度也随声功率的增大而增加。同时,空化作用产生的具有巨大能量的微射流使生成的金属粉末在空化气泡内发生化学键断裂、粉碎团聚[19,29]。此外,超声振动产生的声流效应在液体中导致强烈的环流,从而起到了搅拌、均质作用,提高了反应速度,促进粉末的分散[30]。

功率超声空化产生的高温、高压作用加之超声产生的环流作用极大地促进了产物分解,使晶粒迅速大量产生而来不及长大,从而保证粉末的细小粒度。另外,超声产生的空化作用和声流效应增大了液一固系统的有效扩散系数,增加了传质

率,使生成的纳米颗粒迅速分散,阻止了团聚的发生,从而维持生成物的细小粒度,部分颗粒即使发生了团聚,在强超声场的作用下也会很快分散[31]。

结语

电爆炸法和电弧等离子法的产品产量相对较高,且具有纯度高、颗粒直径分布窄、无污染、便于收集、成本相对较低等特点,但影响其应用的仍然是其产量,因此设法提高其产量仍是今后主要的工作;电解法可得到粒径均匀、纯度高、高弥散、抗氧化的表面包覆超细金属粉末,其中所用的有机表面活性剂起关键作用。同时该方法设备简单,成本低,可方便地扩大并实现工业化生产;为克服传统电解法存在的缺点,在电解法的基础上引入超声波制备超细金属粉末,改善了传统电解法制备粉末时颗粒较粗、且易团聚的缺点。超声波的引入能够抑制晶粒的长大,同时对生成的粉末进行有效的分散,对实现超细粉末的工业化生产有重要的促进作用。

随着对于金属超细粉体制备方法的不断探索,常用的金属超细粉体的制备方法也在不断改善,而且新的方法仍在不断研究中,有两种或几种方法联合使用的趋势,以充分发挥各种方法的优点,从而获得更加优质的金属超细粉体。

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液相法制备超细粉体的原理及特点

液相法制备超细粉体的原理及特点 一、超细粉体材料 任何固态物质都有一定的形状,占有相应空间,即具有一定的大小尺寸。我们通常所说的粉末或细颗粒,一般是指大小为1毫米以下的固态物质。 当固态颗粒的粒径在0.1μm一10μm之间时称为微细颗粒,或称为亚超细颗粒,空气中漂浮的尘埃,多数属于这个范围。 超细粉通常是指粒径为1 ~100nm的微粒子,其处于微观粒子和宏观物体之间的过渡状态。由于极细的晶粒大量处于晶界和晶粒内,缺陷的中心原子以及其本身具有的量子体积效应、量子尺寸效应、表面效应,介电限域效应和宏观量子隧道效应,使超细粉体材料在光、电、磁等方面表现出其他材料所不具备的特性,是重要的高科技的结构和功能材料,因而受到极大的关注,目前在冶金、化工、轻工、电子、航天、医学和生物工程等领域有着广泛的应用。 目前,超细粉的研究主要有制备、微观结构、宏观性能和应用等四个方面,其中超细粉的制备技术是关键,因为制备工艺和过程控制对纳米微粒的微观结构和宏观性能具有重要的影响。 二、液相法制备的主要特征 (1)可将各种反应的物质溶于液体中,可以精确控制各组分的含量,并实现了原子、分子水平的精确混合。 (2)容易添加微量有效成分,可制成多种成分的均一粉体。 (3)合成的粉体表面活性好。 (4)容易控制颗粒的形状和粒径。 (5)工业化生产成本较低。 (6)液相法可分为物理法和化学法 三、超细粉体的液相制备方法 制备纳米粉体的液相方法主要有液相沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。 (一)沉淀法 沉淀法是在原料溶液中添加适当的沉淀剂,使得原料液中的阳离子形成各种形式的沉淀物,

然后再经过虑、洗涤、干燥,有时还需加热分解等工艺过程制得纳米粉体的方法。沉淀法具有设备简单、工艺过程易控制、易于商业化等优点,能制取数十纳米的超细粉。沉淀法可分为共沉淀法、直接沉淀法、均匀沉淀法和水解法等。 1、共沉淀法 在混合的金属盐溶液中加入合适的沉淀剂,由于解离的离子是以均一相存在于溶液中,经反应后可以得到各种成分具有均一相的沉淀,再进行热分解得到高纯超细粉体。 如果原料溶液中有2种或2种以上的阳离子,它们以均相存在于溶液中,加入沉淀剂进行沉淀反应后,就可得到成分均一的沉淀,这就是共沉淀法。它是制备含有2种以上金属元素的复合氧化物超微粉的重要方法。 采用共沉淀法制备纳米粉体,反应物需充分混合,使反应两相间扩散距离缩短,以有利于晶核形成,同时要注意控制生成产物的化学计量比。不足之处是过剩的沉淀剂会使溶液中的全部正离子作为紧密混合物同时沉淀。利用共沉淀法制备超细粉体时,洗涤工序非常重要。此外,离子共沉淀的反应速度也不易控制。 2、直接沉淀法 这种方法是使溶液中的金属阳离子直接与沉淀剂发生化学反应而形成沉淀物。 3、均匀沉淀法 均匀沉淀法是在溶液中加入某种物质,这种物质不会立刻与阳离子发生反应生成沉淀,而是在溶液中发生化学反应缓慢地生成沉淀剂。是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢而均匀地产生出来的方法。 该方法的优点是颗粒均匀致密,可以避免杂质的共沉淀。缺点是反应时间过长。 4、水解沉淀法 水解沉淀法是指通过原料溶液的PH值或者通过改变原料液温度而使金属离子水解产生沉淀。 水解沉淀法以无机盐为原料,具有原料便宜、成本低的优势,是最经济的制备方法。除此之外,它还具有诸多优点,最显著的一点就是可以在常温常压条件下,采用简单的设备,于原子、分子水平上通过反应、成核、成长、收集或处理而获得高纯度的、组分均一的、尺寸达几十纳米的超细体。此外它还可以精确控制化学组成,容易添加微量的有效成分,制备粉体的表面活性好。易控制颗粒的形状和粒径。但是,因为必须通过液固分离才能得到沉淀物,要完全洗净无机杂质离子较困难;另一个需要特别重视的问题是容易形成团聚体,如控制不当,团聚将会严重影响分体的后续使用。 (二)溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶工艺是60年代发展起来的一种超细粉体的制备工艺,它是指金属有机或无机化合

镁铝尖晶石粉体的制备方法

【摘 要】:综述了目前常用的制备镁铝尖晶石粉体的各种方法的工艺过程、特点及其产物的性能特征。经分析指出纯度和粒度是粉体最重要的两个性能指标;降低合成温度、简化工艺过程是今后制备技术发展的趋势。金属醇盐可能成为获得高纯度产物最有应用前景的前驱物;水热处理、溶剂蒸发、超临界干燥等物理手段是解决粒度最有效的途径。 【关键词】:耐火材料,镁铝尖晶石,粉体,制备方法 引 言 镁铝尖晶石(Magnesium Aluminium Spinel,以下简称MAS)材料是一种熔点高、热膨胀系数小、热导率低、抗热震性好、抗碱侵蚀能力强的材料[1],主要应用于钢包内衬、平炉炉顶、水泥回转窑烧成带衬砖。MAS单晶体是一种高熔点、高硬度的晶体材料。在10GHz以上的微波段上,MAS单晶的声衰减比蓝宝石或石英低得多,可作为介质制作微波声体波器件[2]。MAS还具有优良的电绝缘性,且与Si的匹配性能好,其线膨胀系数与Si相近,因而其外延Si形成膜的形变小,是一种重要的集成电路衬底材料[3]。 近年来,制备MAS粉体的方法受到人们的广泛关注,并在原有制备工艺基础上,涌现出许多新的制备技术。本文拟总结近年来国内外对获取高性能MAS体制备方法,以期找到解决粉体的纯度、粒度、化学均匀性等问题的途径,从而在获取高性能粉体,发挥其优越性能。 1 固相法 1.1传统固相法 固相法是固体与固体之间发生化学反应生成新的固体物质的反应过程,其中反应温度高于600℃称为高温 固相反应。Lepkova D[4]等研究了MgO和Al 2O 3 的固 相反应中,添加剂对尖晶石形成温度和转化率的影响。 将α-Al 2O 3 和Mg(HCO 3 ) 2 分解后的MgO及添加剂均 匀混合后,在一定的温度下反应制备尖晶石粉,添加剂 为B 2O 3 和TiO 2 ,或B 2 O 3 和氟化物(LiF,CaF 2 ,ZnF 2 , BaF 2 )的混合物。尖晶石合成转化率在85%~95%之间, 加入B 2 O 3 和TiO 2 复合添加剂时,尖晶石粉的生成量最大。 传统固相法无疑是最简单、最方便的合成尖晶石的工艺, 存在的显著缺点是合成温度高。而添加剂又会影响产物 的纯度,无法满足高技术领域的要求。 1.2凝胶固相法 凝胶固相法是将初始原料同有机单体、交联剂、引 发剂等混合形成凝胶,干燥后经焙烧制备粉体。粉体具 有颗粒细小均匀、纯度高、分散性好等优点。仝建峰[5] 等以Mg(OH) 2 ·4MgCO 3 ·6H 2 O和Al 2 O 3 按n(Mg)∶ n(Al)=1∶2进行混合,有机单体丙烯酰胺(C 3 H 5 NO)为 凝胶,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过硫酸铵 (NH 2 ) 2 SO 6 水溶液为引发剂,4-甲基乙二胺(C 6 H 16 N 2 ) 为催化剂,选用JA-281试剂为分散剂,用NH 3 ·H 2 O 调节pH值。将干凝胶在1250℃左右保温3h,便可得到 平均粒径为0.5μm的球形MgAl 2 O 4 微粉。王修慧[6]等 先以异丙醇水溶液将高纯MgO粉体分散成浆体,再将异 丙醇铝水解得到凝胶,然后按n(Mg)∶n(Al)=1∶2配 料球磨混合24h,干燥后进行焙烧,800℃即开始出现尖 晶石相,1200℃时形成了完善的MAS相结构,最终得 到纯度高达99.99%MAS粉体。之所以能够降低合成温 度,是原因反应物之一的AlOOH凝胶替代Al 2 O 3 ,活性 高,粒度细,混合过程中可达到高度的均匀性;在加热 至500℃~600℃范围内会生成高活性Al 2 O 3 。此法解决 了产物的纯度问题,可以应用于提拉法生长尖晶石单晶 材料;但其缺点是粒度偏粗大,不适于透明多晶体的制备。 2 沉淀法 2.1 均匀沉淀法 均匀沉淀法是利用某一化学反应,将溶液中的构 晶离子从溶液中缓慢、均匀地释放出来,与溶液中的 Mg2+和Al3+生成沉淀,然后再经干燥、焙烧制得粉 体。Hokazono S[7]等采用2种溶液体系来制备MAS粉 体:一是Al(NO 3 ) 3 、Mg(NO 3 ) 2 、尿素水溶液体系;二 是Al 2 (SO 4 ) 3 、MgSO 4 、尿素水溶液体系。按n(Mg)∶ n(Al)=1∶2进行配料;其中,C 尿素 =1.8mol·L-1, C Al 3+=0.1mol·L-1,C Mg 2+= 0.08mol·L-1,分别用 HNO 3 、H 2 SO 4 调至pH值为2,在90℃水浴分别加热 22.5h和38h,生成的沉淀经离心分离后于100℃干燥 24h,在800℃~1000℃焙烧,得到比表面积为25~ 66m2·g-1的MAS粉体。硝酸盐体系制备的前驱物含 镁铝尖晶石粉体的制备方法 王修慧1,2,王程民2,司 伟2,李 刚2,曹冬鸽2,翟玉春1 (1东北大学材料与冶金学院, 沈阳 110006; 2大连交通大学材料科学与工程学院, 大连 116028) 收稿日期:2008-1-24 基金项目:国家自然科学基金资助项目,编号:50104003 作者简介:王修慧(1964-),男,博士研究生,副教授; 从事金属醇盐、高纯氧化物粉体制备研究。 E-mail:dl_wangxh@https://www.docsj.com/doc/a318288229.html, 文章编号:1001-9642(2008)07-0003-04

制备纳米钛酸钡粉体

化学共沉淀法 ——制备纳米钛酸钡粉体 目录 (1) 成绩考评表 (2) 中文摘要 (3) 英文摘要 (4) 1前言 (5) 1 .1制备方法介绍 (6) 1.2所制备的材料介绍 (9) 1.3本实验主要研究内容 (12) 2.实验实施阶段 2.1方案介绍 (13) 2.2方案具体实施 (15) 3实验结果分析与讨论 (17) 参考文献 (22)

综合实验感想 (23) 3Ba TiO 纳米粉体的制备 摘要 以4TiCl 为钛源,2BaCl 为钡源,采用草酸共沉淀法制备batio3粉体, 研究了前驱体的煅烧温度对产物的影响,实验结果表明当煅烧温度控制在800度以上时,可制的纯度高结晶好的batio3超细粉体。 关键词:钛酸钡,草酸共沉淀,前驱体,温度

English abstract Thought of 4TiCl for titanium source 2BaCl for barium source, using oxalate coprecipitation preparation of batio3 powders, studied the precursor of the influence of calcining temperature on the product, the experimental results show that when the calcination temperature control over 800 degrees, can be made of high purity crystal good batio3 ultrafine powders. Key words: barium titanate, oxalate coprecipitation, precursor , temperature

粉体材料的制备方法有几种

粉体材料的制备方法有几种?各有什么优缺点?(20分) 答:粉末的制备方法: 气相合成、湿化学合成、机械粉碎. 1. 物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。 (3)机械球磨法 采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。 (2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后,将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大,适合制备氧化物。 (3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高,分散性好、粒度易控制。 (4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化,再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多,产物颗粒均一,过程易控制,适于氧化物和Ⅱ~Ⅵ族化合物的制备。 (5)微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液,在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好,Ⅱ~Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备 2. 为什么要对粉体材料的表面进行改性?什么是物理吸附?什么是化学吸附?试举例说明。(20分) 答: 材料表面改性的目的 力学性能:表面硬化、防氧化、耐磨等 电学性能:表面导电、透明电极 光学性能:表面波导、镀膜玻璃 生物性能:生物活性、抗菌性 化学性能:催化性 装饰性能:塑料表面金属化 材料表面改性的意义 通过较为简单的方法使一个部件部件或产品产品具有更为综合的性能第一节材料表面结构的变化 粉体表面改性是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面进行处理,根据应用的需要有目的改变粉体材料表面的物理化学性质,如表面组成、结构和官能团、

超细粉体材料的制备技术现状及应用形势

文章编号:1008-7524(2005)03-0034-03 超细粉体材料的制备技术现状及应用形势* 房永广1,梁志诚2,彭会清3 (1.江西理工大学环建学院,江西赣州341000;2.化工部连云港设计研究院, 江苏连云港222004;3.武汉理工大学资环学院,湖北武汉430070) 摘要:综述了国内超细粉体材料的制备工艺、设备现状及进展,并介绍了超细粉体材料在电子信息、医药、农药、模具、军事、化工等方面的应用。 关键词:超细粉体;制备;综述 中图分类号:TD921+.4文献标识码:A 0引言 从上世纪50年代日本首先进行超细材料的研究以后,到上世纪80~90年代世界各国都投入了大量的人力、物力进行研究。我国早在上世纪60年代就对非金属矿物超细粉体技术、装备进行了研究,对于超细粉体材料的系统的研究则开始于上世纪80年代后期。 超细粉体从广义上讲是从微米级到纳米级的一系列超细材料,在狭义上讲是从微米级、亚微米级到100纳米以上的一系列超细材料。材料被破碎成超细粉体后由于粒度细、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,因而广泛应用于电子信息、医药、农药、军事、化工、轻工、环保、模具等领域。可以预见超细粉体材料将是21世纪重要的基础材料。1超细粉体的制备设备 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。 1.1气流粉碎机 自从1892年美国人戈麦斯第一次提出挡板式气流粉碎机的模型并申请专利以来,经过百余年的发展,目前气流磨已经发展成熟,成为国内外用于超细粉体加工的主要设备。我国研制气流粉碎机开始于上世纪80年代初。目前气流粉碎机可分为圆盘式、对喷式、靶式、循环式、流化床式等。 气流粉碎机又称流能磨或喷射磨,由高压气体通过喷射嘴产生的喷射气流产生的巨大动能,使颗粒相互碰撞、冲击、摩擦、剪切而实现超细粉碎。粉碎出的产品粒度细,且分布较集中;颗粒表面光滑,形状完整;纯度高,活性大,分散性好。目前超细粉碎机有很多的机型,其中流化床式气流粉碎机是其效率最高的。其工作原理为物料进入粉碎室,超音速喷射流在下部形成向心逆喷射流场,在压差作用下,使磨底物料流态化,被加速的物料在多喷嘴的交汇点汇合,产生剧烈的冲击碰撞,摩擦而粉碎,被粉碎的细粉随气流一起运动至上部的涡轮分级机处,在离心力作用下,将符合细度要求的微粉排出。其优点是粉碎效率高,能耗 # 34 # *收稿日期:2004-09-24

第20章瓷粉体原料制备工艺

第20章陶瓷粉体原料制备工艺 §20.1 粉体制备工艺 传统的粉体制备工艺就是机械破碎法,生产量大,成本低,但杂质混入不可避免。 随着先进陶瓷的发展,各种反应合成法得以应用,优点是纯度高、粒度小、成分均匀,但成本高。 20.1.1 传统粉体制备工艺 以机械力使原材料变细的方法在陶瓷工业中应用极为广泛。陶瓷原料进行破碎有利于提高成型坯体质量,提高致密程度并有利于烧结过程中各种物理化学反应的顺利进行,降低烧成温度。 一、颚式破碎机 颚式破碎机是陶瓷工业化生产所经常采用的一种粗碎设备,主要用于块状料的前级处理。设备结构简单,操作方便,产量高。但颚式破碎机的粉碎比不大(约4),进料块度一般很大,因此出料粒度一般都较粗,而且粒度的调节范围也不大。 二、轧辊破碎机 轧辊破碎机的优点在于粉碎效率高,粉碎比大(>60),粒度较细(通常可达到44 m)。但当细磨硬质原料时,由于轧辊转速高,磨损大,使得粉料中混入较多的铁,影响原料纯度,要求后续去铁。同时由于设备的特点,其粉料粒度分布比较窄,只宜用于处理有粒度分布要求的原料。 三、轮碾机 轮碾机是陶瓷工业化生产所常采用的一种破碎设备,也可用于混合物料。在轮碾机中,原料在碾盘与碾轮之间的相对滑动及碾轮的重力作用下被研磨、压碎。碾轮越重、尺寸越大,粉碎力越强。为了防止铁污染,经常采用石质碾轮和碾盘。轮碾机的粉碎比大(约10),轮碾机处理的原料有一定的颗粒组成,要求的粒度越细,生产能力越低。轮碾机也可采用湿轮碾的方法。 四、球磨机 球磨机是工业生产普遍使用的细碎设备,也可用于混料。为了保证原材料的纯度,经常采用陶瓷作为衬里,也可采用高分子聚合物材料作为衬里,并以各种陶瓷球作为研磨球。 湿球磨所采用的介质对原料表面的裂缝有劈裂作用,间歇式湿球磨的粉碎效率比干球磨高,湿球磨所得到的粉料粒度可达几个微米。 球磨机转速对球磨机效率的影响。球磨机转速直接影响磨球在磨筒内的运动状态,转速过快,磨球附看在磨筒内壁,失去粉碎作用;转速太慢,低于临界转速太多,磨球在磨筒内上升不高就落下来,粉碎作用很小;当转速适当时,磨球紧贴在筒壁上,经过—段距离,磨球离开筒壁下落,给粉料以最大的冲击与研磨作用,具有最高的粉碎效率。球磨机的临界转速与球磨筒直径有关,直径越大,临界转速越小。它们之间的关系可用下列关系表示:D>1.25m,N=35/D1/2,D<1.25m,N=40/D1/2,其中N为接近临界转速的工作转速(r/min),D 为球磨筒有效内径(m)。 磨球对球磨机效率的影响。球磨时加入磨球越多、破碎效率越高,但过多的磨球将占据有效空间,导致整体效率降低。磨球的大小以及级配与球磨筒直径有关,可用公式:D(磨筒直径)/24>d(磨球最大直径)>90d0(原料粒度)来计算。磨球的比表面积越大,研磨效能越高,但也不能太小,必须兼顾磨球对原料的冲击作用。此外磨球的密度越大球磨效果越好。 水与电解质的加入量对球磨机效率的影响。湿磨时水的加入对球磨效率也有影响,根据经验,当料/水=1/(1.16~1.2)时球磨效率最高;为了提高效率,还可加入电解质使原料颗粒表

粉末冶金粉体常见的制备方法及综述1

粉末冶金粉体常见的制备方法及综述Powder metallurgy powder and preparation method of common 摘要:粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。粉末冶金制品的应用范围十分广泛,从普通机械制造到精密仪器;从五金工具到大型机械;从电子工业到电机制造;从民用工业到军事工业;从一般技术到尖端高技术,均能见到粉末冶金工艺的身影。目前,我国粉末冶金行业整体技术水平低下、工艺装备落后,与国外先进技术水平相比存在较大差距。本文介绍了粉末冶金粉体的制备方法,包括物理方法和化学方法,物理法包括机械粉碎法,化学法包括气相沉积法、雾化法和电解法,气相沉积法、雾化法和电解法目前在工业上已经得到了广泛的应用。 关键词:粉末冶金;粉体;气相沉积法,雾化法,电解法Abstract: the method of powder metallurgy originated in three thousand years . Manufacture of iron for the first method is essentially by powder metallurgy method. Powder metallurgy products, a wide range of applications, from the ordinary machinery manufacturing of precision instrument; from the hardware to the large machinery; from electronics to motor manufacturing; from the civilian industry to the military industry; from the general technology to sophisticated high technology, can see the figure of powder metallurgy

超细粉体的应用及制备

应用与开发 超细粉体的应用及制备 刘宏英,李春俊,白华萍,李凤生 (南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所,江苏南京210094) 摘要:介绍了超细粉体在国民经济各领域的应用,研究了各种超细粉体的制备技术、分级技术及设备的性能特点,分析了国内外相关技术,对超细粉体技术今后的发展和研究方向提出了建议。 关键词:超细粉碎;制备;分级 中图分类号:T B44 文献标识码:A 文章编号:1002-1116(2001)01-0030-03 超细粉体技术是指制备与使用超细粉体及其相关的技术。其研究内容包括超细粉体的制备技术,分级技术,分离技术,干燥技术,输送、混合与均化技术,表面改性技术,粒子复合技术,检测及应用技术等。南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所在国内率先开展了易燃易爆材料、纤维材料、塑性材料和刚柔混合材料等特殊材料的超细粉碎、混合、乳化、分级与表面改性技术研究。经过多年的研究和实际应用,取得了一些成功的经验。目前该技术与设备已广泛用于军民各个领域,为国防现代化和国民经济的发展作出了一定的贡献。由于超细粉体技术是一门综合性很强的技术,涉及知识面很广,本文就超细粉体的应用、超细粉碎技术、分级技术作简要综述。 1 超细粉体应用的研究进展 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展展现了广阔的应用前景[1]。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高新技术领域。 1.1 在材料领域的应用 超细粉体在材料领域应用广泛。如磁性材料、隐身隐形材料、高耐磨及超塑材料、新型冶金材料及建筑材料。利用超细陶瓷粉可制成超硬塑性抗冲击材料,可用其制造坦克和装甲车复合板,这种复合板较普通坦克钢板重量轻30%~50%,而抗冲击强度较之提高1~3倍,是一种极好的新型复合材料[2]。将固体氧化剂、炸药及催化剂超细化后,制成的推进剂的燃烧速度较普通推进剂的燃烧速度可提高1~10倍[3],这对制造高性能火箭及导弹十分有利。1.2 在化工领域的应用 将催化剂超细化后可使石油的裂解速度提高1~5倍,赤磷超细化后不仅可制成高性能燃烧剂,而且与其它有机物反映可生成新的阻燃材料。油漆、涂料、染料中固体成分超细化后可制成高性能高附着力的新型产品。在造纸、塑料及橡胶产品中,其固体填料如:重质碳酸钙、氧化钛、氧化硅等超细化后可生产出高性能的铜板纸、塑料及橡胶产品。 1.3 在生物医药领域的应用 医药经超细化后,外用或内服时可提高吸收率、疗效及利用率,适当条件下可改变剂型,如微米、亚微米及纳米药粉可制成针剂使用[4]。在医疗诊断方面可将超细粉经适当处理后注入或服入人体内进行各种病理诊断。 南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所已成功地为上海XX医药公司、常州XX公司及浙江XX公司等单位生产了大量超细硫糖铝及超细阿基诺维奇等药,产品性能提高,达到国际标准,因而大 第29卷第1期2001年2月 江苏化工 Jiangsu Chem ical Industry V ol.29N o.1  Feb.2001 收稿日期:2000-10-18 作者简介:刘宏英(1954年出生),女,江苏南京人,高级工程师,1980年毕业于华东工学院机械制造专业,长期从事超细粉体物料的制备、粉碎、分级等技术研究,已发表论文数篇。

钛酸钡制法汇总

电子陶瓷材料纳米钛酸钡制备工艺的研究进展 1 前言 钛酸钡是电子陶瓷材料的基础原料,被称为电子陶瓷业的支柱。它具有高介电常数、低介电损耗、优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能,被广泛的应用于制造陶瓷敏感元件,尤其是正温度系数热敏电阻(PTC)、多层陶瓷电容器(MLCCS)、热电元件、压电陶瓷、声纳、红外辐射探测元件、晶体陶瓷电容器、电光显示板、记忆材料、聚合物基复合材料以及涂层等。钛酸钡具有钙钛矿晶体结构,用于制 粉体粒度、形造电子陶瓷材料的粉体粒径一般要求在100nm以内。因此BaTiO 3 貌的研究一直是国内外关注的焦点。 钛酸钡粉体制备方法有很多,如固相法、化学沉淀法、溶胶—凝胶法、水热法、超声波合成法等。最近几年制备技术得到了快速发展,本文综述了国内外具有代表性的钛酸钡粉体的合成方法,并在此基础上提出了研究展望。 2 钛酸钡粉体的制备工艺 2.1 固相合成法 固相法是钛酸钡粉体的传统制备方法,典型的工艺是将等量碳酸钡和二氧化钛混合,在1 500℃温度下反应24h,反应式为:BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑。该法工艺简单,设备可靠。但由于是在高温下完成固相间的扩散传质,故所得BaTiO3粉体粒径比较大(微米),必须再次进行球磨。高温煅烧能耗较大,化学成分不均匀,影响烧结陶瓷的性能,团聚现象严重,较难得到纯BaTiO3晶相,粉体纯度低,原料成本较高。一般只用于制作技术性能要求较低的产品。 2.2化学沉淀法 2.2.1 直接沉淀法 在金属盐溶液中加入适当的沉淀剂,控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应生成陶瓷粉体沉淀物团。如将Ba(OC3H7)2和Ti(OC5H11)4溶于异丙醇中,加水分解产物可得沉淀的BaTiO3粉体。该法工艺简单,在常压下进行,不需高温,反应条件温和,易控制,原料成本低,但容易引入BaCO3、TiO2等杂质,且粒度分布宽,需进行后处理。 2.2.2 草酸盐共沉淀法 将精制的TiCl4和BaCl2的水溶液混合,在一定条件下以一定速度滴加到草酸溶液中,同时加入表面活性剂,不断搅拌即得到BaTiO3的前驱体草酸氧钛钡沉淀BaTiO(C2O4)4·4H2O(BTO)。该沉淀物经陈化、过滤、洗涤、干燥和煅烧,可得到化学计量的烧结良好的BaTiO3微粒: TiCl4+BaCl2+2H2C2O4+4H2O→BaTiO(C2O4)2·4H2O↓+6HCl, BaTiO(C2O4)2·4H2O→BaTiO3+4H2O+2CO2↑+2CO↑。 该法工艺简单,但容易带人杂质,产品纯度偏低,粒度目前只能达到100nm 左右,前驱体BTO煅烧温度较低,产物易掺杂,难控制前驱体BTO中Ba/Ti的物质的量比;微粒团聚较严重,反应过程中需要不断调节体系pH值。尽管有不同的改进方法,但仍难于实现工业化生产。 2.2.3 柠檬酸盐法 柠檬酸盐法是制备优质BaTiO3微粉的方法之—。由于柠檬酸的络合作用,可以形成稳定的柠檬酸钡钛溶液,从而使得Ba/Ti的物质的量比等于1,化学均匀性高。同时由于取消了球磨工艺,BaTiO3粉体的纯度得到提高。实验中采用喷雾干燥法对柠檬酸钡钛溶液进行脱水处理,制得BaTiO3的前驱体,再在一定温度下处理即可获得BaTiO3粉体。但煅烧得到的BaTiO3粉体易团聚,成本高,难于实现工业化。

纳米粉体制备方法

纳米粉体制备方法 纳米技术是当今世界各国争先发展的热点技术,纳米技术和材料的生产及其应用在中国已起步,可以产业化的只有为数不多的几个品种,纳米二氧化钛(TiO2)、纳米氧化锌(ZnO)、纳米碳酸钙(CaCO3)便是其中较具代表性的几个品种。纳米粉体的制备方法很多,可分为物理方法和化学方法。以下是对各种方法的分别阐述并举例。 1. 物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。1。金属烟粒子结晶法是早期研究的一种实验室方法。将金属原料置于真空室电极处,真空室抽空(真空度1P a)导入102到103 P a压力的氩气或不活泼性气体,然后像通常的真空蒸发那样,用钨丝蓝蒸发金属。在气体中,通过蒸发、凝聚产生的金属蒸气形成金属烟粒子,像煤烟粒子一样沉积于真空室内壁上。在钨丝篮上方或下方位置可以预先放置格网收集金属烟粒子样品,以备各类测试所用。2。流动油面上的真空蒸发沉积法(VEROS),VEROS法是将物质在真空中连续的蒸发到流动着的油面上,然后把含有纳米粒子的油回收到贮存器内,再经过真空蒸馏、浓缩,从而实现在短时间制备大量纳米粉体。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。例,有一种制备纳米粉体材料新方法,最适用于碳化物、氮化物及部分金属粉体的制备。其方法是先对反应器抽真空,然后充入保护气体或反应气体,在反应器中设置石墨电极,在石墨电极与反应器坩埚中的金属之间通电,使之产生高温碳电弧,由高温电弧产生金属蒸汽。采用保护气体可以生产出由石墨原子包覆的纳米镍粉、铜粉、铝粉等不易团聚的金属纳米粉末;采用反应气体可以生产碳化物、氮化物纳米粉末。与现有技术相比,生产的纳米粉末不易团聚,具有成本低,电弧功率大,可以实现规模化生产,具有广泛的实用性。用冲击波处理共沉淀法制备的氧化铁与氧化锌混合物合成了铁酸锌,用XRD、TEM 和电子衍射法对这种产品进行了鉴定.与传统的高温焙烧法相比,这种产品的特点是其颗粒尺寸为纳米级.主要原因可能在于冲击波的作用时间极短,因此生成的铁酸锌不会生长成为完整的晶粒.由此可以认为,冲击波处理可能是一种制备复合金属氧化物的纳米粉体的新方法. (3)机械球磨法 采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。例,一种钛合金纳米粉体制备方法,原料包括钛合金粗粉、助磨键合剂、分散剂、表面活性剂;制备方法是,将所述原料按配比投入反应釜,反应釜转速200-300mpr、温度50℃-60℃,反应釜旋转时间15-30分钟;反应釜转速升高至达1000mpr以上,维持该转速1.5-2.5小时,温度为180℃以上;反应釜转速降到300mrp以下,在0.5-1.0小时内降低温度至40℃-50℃,停机,即完成纳米粉体的制备。它稳定地对钛合金实现了纳米化加工;由此为利用纳米粉体的小尺寸效应、表面积效应而使它的耐蚀优点得到提升得以实现,使之可作为一种活性添加剂与各种优良树脂结合成一种新型复合材料。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。例,TiCl4气相氧化法,其基本化学反应式为:TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(s)+Cl2(g) 施利毅、李春忠等利用

金属超细粉体制备的研究进展

金属超细粉体制备的研究进展 摘要:简要介绍了超细粉体的制备方法,并介绍了电爆炸法和电弧等离子法制备AI、Mg 粉体的工艺技术及其研究进展。这2种方法具有产品颗粒直径分布窄、粒度大小易于控制和调节、产品纯度高、便于收集、无污染等优点,且易于工业化。它们是目前生产金属细颗粒较环保和成本较低的方法。 关键词:水反应金属燃料;Al;M g;粉体;电爆炸法;电弧等离子法 1. 引言 俄罗斯“暴风雪”超高速鱼雷利用“超空泡”(supercavitation)原理突破了水下航行体的速度限制.达到了200节航速【1】。。其所用动力推进系统为水冲压发动机,该发动机使用的燃料是“水反应金属燃料”,该鱼雷具体使用的是“Mg基水反应金属燃料”【2】。“暴风雪”鱼雷的出现引起了美、德、日等国对水冲压发动机和水反应金属燃料的极大关注,并展开大规模的研究。水反应金属燃料的优点是不仅能量特性高,而且具有充分利用雷外海水作为能源的特点,能够显著提高燃料单位体积的能量密度,使鱼雷超高速、远航程航行成为可能【3】。 目前研究所采用的水反应金属燃料的主要原料有:活性金属如Al、Mg、B、Ti、Li、Na、K、zr、w等,金属氢化物如AlH 3、M gH 2、B 2H。、ZrH:及LiAIH。及一些活性较高的金属氧化物和金属碳化物等。考虑到成本、毒性、能量密度等各方面的问题,Mg和Al 是最佳选择14】。与Mg基金属水反应燃料相比,A1的成本更低,来源更广,稳定性更好,最主要的是Al基燃料的比冲要大于Mg基燃料的比冲【5】。 对于金属燃料能否用于水冲压发动机的要求,除了看其能量密度能否满足要求外,还要看其粒度、纯度能否满足点火要求等;而决定其点火温度的主要因素是金属粒子粒度的大小。若想降低或选择合适的金属粒子的点火温度,就必须制备出超细颗粒(包括微米级、亚微米级和纳米级粒子)的金属粒子。 超细粒子的制备方法 对于超细粒子的制备已经报道了许多方法,从这些报道来看,超细粉体的制备方法可根据反应体系的不同而分为气相法、液相法和固相法【6】。 气相法一般是指用气体原料或将原料蒸发成气体,然后通过化学反应或物理作用再生成超细颗粒的方法。这类方法中包括气相化学反应、激光合成法、电爆炸法、惰性气体冷凝法和电弧等离子体法。 气相法制备金属超细粒子的特点是产品纯度高、分散性良好、粒子粒径分布窄、粒径小。此外,通过控制气氛可以制备液相法难以制备的金属、碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超细粉体【7】o 液相法(也称溶液反应法)是当前实验室和工业上广泛采用的合成高纯超细粉体的方法。其主要优点是能精确控制化学组成,易于添加微量有效成分,超细粒子形状和尺寸也较容易

钛酸钡的制备工艺以及制备方法

1 前言 钛酸钡是电子陶瓷材料的基础原料,被称为电子陶瓷业的支柱。它具有高介电常数、低介电损耗、优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能,被广泛的应用于制造陶瓷敏感元件,尤其是正温度系数热敏电阻(PTC)、多层陶瓷电容器(MLCCS)、热电元件、压电陶瓷、声纳、红外辐射探测元件、晶体陶瓷电容器、电光显示板、记忆材料、聚合物基复合材料以及涂层等。钛酸钡具有钙钛矿晶体结构,用于制造电子陶瓷材料的粉体粒径一般要求在100nm以内。因此BaTiO3粉体粒度、形貌的研究一直是国内外关注的焦点。钛酸钡粉体制备方法有很多,如固相法、化学沉淀法、溶胶—凝胶法、水热法、超声波合成法等。最近几年制备技术得到了快速发展,本文综述了国内外具有代表性的钛酸钡粉体的合成方法,并在此基础上提出了研究展望。 2 钛酸钡粉体的制备工艺 2.1 固相合成法 固相法是钛酸钡粉体的传统制备方法,典型的工艺是将等量碳酸钡和二氧化钛混合,在1 500℃温度下反应24h,反应式为:BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑。该法工艺简单,设备可靠。但由于是在高温下完成固相间的扩散传质,故所得BaTiO3粉体粒径比较大(微米),必须再次进行球磨。高温煅烧能耗较大,化学成分不均匀,影响烧结陶瓷的性能,团聚现象严重,较难得到纯BaTiO3晶相,粉体纯度低,原料成本较高。一般只用于制作技术性能要求较低的产品。 2.2化学沉淀法 2.2.1 直接沉淀法在金属盐溶液中加入适当的沉淀剂,控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应生成陶瓷粉体沉淀物团。如将Ba(OC3H7)2和Ti(OC5H11)4溶于异丙醇中,加水分解产物可得沉淀的BaTiO3粉体。该法工艺简单,在常压下进行,不需高温,反应条件温和,易控制,原料成本低,但容易引入BaCO3、TiO2等杂质,且粒度分布宽,需进行后处理。 2.2.2 草酸盐共沉淀法将精制的TiCl4和BaCl2的水溶液混合,在一定条件下以一定速度滴加到草酸溶液中,同时加入表面活性剂,不断搅拌即得到BaTiO3的前驱体草酸氧钛钡沉淀 BaTiO(C2O4)4·4H2O(BTO)。该沉淀物经陈化、过滤、洗涤、干燥和煅烧,可得到化学计量的烧结良好的BaTiO3微粒: TiCl4+BaCl2+2H2C2O4+4H2O→BaTiO(C2O4)2·4H2O↓+6HCl, BaTiO(C2O4)2·4H2O→BaTiO3+4H2O+2CO2↑+2CO↑。 该法工艺简单,但容易带人杂质,产品纯度偏低,粒度目前只能达到100nm左右,前驱体BTO煅烧温度较低,产物易掺杂,难控制前驱体BTO中Ba/Ti的物质的量比;微粒团聚较严重,反应过程中需要不断调节体系pH值。尽管有不同的改进方法,但仍难于实现工业化生产。 2.2.3 柠檬酸盐法柠檬酸盐法是制备优质BaTiO3微粉的方法之—。由于柠檬酸的络合作用,可以形成稳定的柠檬酸钡钛溶液,从而使得Ba/Ti的物质的量比等于1,化学均匀性高。同时由于取消了球磨工艺,BaTiO3粉体的纯度得到提高。实验中采用喷雾干燥法对柠檬酸钡钛溶液进行脱水处理,制得BaTiO3的前驱体,再在一定温度下处理即可获得BaTiO3粉体。但煅烧得到的BaTiO3粉体易团聚,成本高,难于实现工业化。

金属粉末制备方法分类及其基本原理

金属粉末制备方法分类及其基本原理 摘要简要介绍了金属粉末的制备方法。由机械法和物理化学法两大类方向具体介绍。同时简述了各种金属粉末制备方法的基本原理。 关键词金属粉末;制备;分类;原理 1 引言: 金属及其化合物的粉末制备目前已发展了很多方法,对于这些方法的分类也有若干种。根据原料的状态可分为固体法、液体法和气体法;根据反应物的状态可分为湿法和干法;根据生产原理可分为物理化学法和机械法。一般来说在物理化学方法中最重要的方法为还原法、还原-化合法和电解法;在机械法中最主要的方法则是雾化法和机械粉碎法。金属粉末的生产方法的选择取决于原材料、粉末类型、粉末材料的性能要求和粉末的生产效率等。随着粉末冶金产品的应用越来越广泛,对粉末颗粒的尺寸形状和性能的要求越来越高,因此粉末制备技术也在不断地发展和创新,以适应颗粒尺寸和性能的要求。 2 金属粉末的制备方法: 2.1 物理化学法: 2.1.1 还原法: 金属氧化物及盐类的还原法是一种应用最广泛的粉末制备方法。可以采用固体碳还原铁粉和钨粉,用氢或分解氨制取钨、钼、铁、铜、钴、镍等粉末;用转化天然气和煤气可以制取铁粉等,用纳、钙、镁等金属作还原剂可以制取钽、铌、钛、锆、钍、铀等稀有金属粉末。金属氧化物及盐类的还原法基本原理为,所使用的还原剂对氧的亲和力比氧化物和所用盐类中相应金属对氧的亲和力大,因而能够夺取金属氧化物或盐类中的氧而使金属被还原出来。由于不同的金属元素对氧的作用情况不同,因此生成氧化物的稳定性也不大一样。可以用氧化反应过程中的△G的大小来表征氧化物的稳定程度。如反应过程中的△G值越小,则表示其氧化物的稳定性就越高,即其对氧的亲和力越大。 其优点是操作简单,工艺参数易于控制,生产效率高,成本较低,适合工业化生产;缺点是只适用于易与氢气反应、吸氢后变脆易破碎的金属材料。 2.1.2 金属热还原和还原化合法: 金属热还原是,被还原的原料可以是固态的、气态的,也可以是熔盐。后二者相应的又具有气相还原和液相沉淀的特点。金属热还原剂法在工业上比较常用的有:用钙还原TiO2、ThO2、UO2等;用镁还原TiCl4、ZrCl4、TaCl5等;用钠还原TiCl4、ZrCl4、K2ZrF6、K2TaF7等;用氢化钙(CaH2)共还原氧化铬和氧化镍制取镍铬不锈钢粉。 还原化合法是指用碳、碳化硼、硅、氮与难熔金属氧化物的作用而得到碳化物、硼化物。

粉体工程

《粉体工程》课程教学大纲 课程代码:050431009 课程英文名称:Powder Engineering 课程总学时:48 讲课:40 实验:8 上机:0 适用专业:无机非金属材料工程类 大纲编写(修订)时间:2012.8 一、大纲使用说明 (一)课程的地位及教学目标 (1)课程地位 1.课程地位:本课程是高等工业院校无机非金属材料工程类各专业开设的一门必修的专业基础课,是专业课程的先修课。 2.教学目标:本课程重点使学生掌握粉体工程的基本知识、基本理论和基本方法;通过综合型的实验训练,着重培养学生运用粉体工程知识分析和解决实际问题的能力,具备初步制备各种粒度粉体实验的技能,为专业课学习奠定粉体工程方面的基础知识。 (二)知识、能力及技能方面的基本要求 1. 知识方面的基本要求: 掌握粉体工程的基本原理、基础知识和基本方法。粉末的性能与表征方法、粉体的表面与界面化学等基本概念和特点;粉体制备的基本知识;矿物材料破碎的设备及其工作原理和特点;细粉制备的粉磨设备、工作原理及其性能;超细粉制备的设备、工作原理及性能;粉体分级方法、分级设备的原理和性能;颗粒气固分离和液固分离方法及分离设备的工作原理和性能;粉体输送方法及输送设备工作原理及性能;粉体混合造粒方法、设备及工作原理;粉体应用等。 2. 能力方面的要求: 掌握粉体工程基础知识,具备运用粉体工程的基础知识对有关粉末材料的性能、粉体制备实验现象和实验结果进行分析的能力;具备利用粉体工程知识进行粉体制备和应用的初步能力。 3. 技能方面的要求 掌握不同粒度粉体制备和性能表征方法、具有初步粉体制备实验技能、编制技术文件技能等。 (三)实施说明 1.教学方法 课堂讲授中重点对基本概念、基本方法、基本原理和分析问题的思路进行讲解;采用启发启发式教学,培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力;引导和鼓励学生通过实验、作业和自学,调动学生学习的主观能动性,培养学生的

钛酸钡粉体制备

钛酸钡纳米粉体的制备方法 摘要:钛酸钡粉体是陶瓷工业的重要原料,本文将简要介绍钛酸钡纳米粉体的一些制备工业,如固相法、水热法、溶胶-凝胶法、沉淀法等。 关键词:钛酸钡;粉体;制备方法; 1.引言 钛酸钡是制备陶瓷电容器和热敏电阻器等许多介电材料和压电材料的主要原料, 近几年来, 随着陶瓷工业和电子工业的快速发展,BaTiO3 的需求量将不断增加,对其质量要求也越来越高。制备高纯、超细粉体材料是提高电子陶瓷材料性能的主要途径。所以高纯、均匀、超细乃至纳米化钛酸钡的制备研究一直 是各国科学家的研究重点。钛酸钡的应用越来越广泛。目前制备钛酸钡的方法主要有:共沉淀法、溶胶- 凝胶法、固相法、反相微乳液法、水热法。 2.钛酸钡粉体的制备工艺 2.1固相研磨-低温煅烧法 传统钛酸钡的制备主要采用高温煅烧碳酸钡和二氧化钛的混合物或高温煅 烧草酸氧钛钡的方法, 它是我国目前工业制备钛酸钡的主要方法, 但由于煅烧 温度高达1000~ 1200℃, 因而制得的粉体硬团聚严重、颗粒大而粒度分布不均匀, 纯度低, 烧结性能差。 朱启安[1]等采用室温下将氢氧化钡与钛酸丁酯混合研磨, 再在较低温度( < 300 ℃) 下煅烧的方法制得了钡钛物质的量比约为1. 0、颗粒大小分布均匀、粒径在15~ 20nm 的钛酸钡纳米粉体, 既克服了高温固相煅烧法反应温度高、产品质量低的缺点, 又克服了液相法在水溶液中制备易引入杂质、粒子易团聚等缺点其煅烧温度比传统的固相反应法降低了约700 ~900℃ 2.2水热法合成 水热合成是指在密封体系如高压釜中, 以水为溶剂, 在一定的温度和水的 自生压力下, 原始混合物进行反应的一种合成方法。由于在高温、高压水热条件下, 能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境, 使前驱物在反 应系统中得到充分的溶解, 并达到一定的过饱和度, 从而形成原子或分子生长 基元, 进行成核结晶生成粉体或纳米晶[2]。 水热法制备的粉体, 晶粒发育完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚, 可以得到理想化学计量组成的材料, 其颗粒度可控, 原料较便宜, 生成成本低。而且粉体无须煅烧, 可以直接用于加工成型, 这就可以避免在煅烧过程中晶粒的 团聚、长大和容易混入杂质等缺点[2]。 2.3 溶胶凝胶法 钛酸钡( BaTiO3 ) 在当今科技领域里占有重要地位, 它是电子陶瓷领域应用最广泛的材料之一。钛酸钡是钛酸盐系电子陶瓷的主要原料, 是一种具有高介电常数和低介电损耗的铁电材料,被广泛应用于制作热敏电阻器( PTCR) 、多层陶瓷电容器(MLCC) 、电光器件和DRAM 器件。现代技术要求BaTiO3 粉料具有高纯、

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