金属超细粉体制备技术研究现状

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1、金属超细粉体制备技术研究现状、存在问题及其发展趋势1.1金属超细粉体简介金属超细粉体材料是超细粉体材料的一个重要分支。由于颗粒尺寸的减小，粉体的比表面积增大，表面活性增高，表面与界面的性质发生了很大的变化。例如，食品、药品经超细化处理后更易被人体直接吸收，大大增强了其功效。当颗粒尺寸位于纳米量级时，其原子和电子结构不同于化学成分相同的微米级金属粒子，并具有量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应，库仑阻塞效应，介电限域效应等[99]，也具有不同于宏观物体和单个原子的磁、光、电、声、热、力及化学等方面奇异特性。如，纳米镍、金、银、铜、锡等金属微粒

2、的尺寸小于光波波长，均会由于光的吸收失去原有的光泽而呈黑色。纳米金属的熔点较普通金属熔点低，如平均粒径为40m的纳米铜粒子的熔点由1053℃降到750℃[100]。纳米金属熔点的降低，可使粉末冶金法制备合金的烧结温度大大降低，还可使不互溶的金属冶炼成合金。如将0.1~0.5wt%的纳米镍粉加入到钨粉中，烧结温度可从3000℃降为1200～1300℃[101]。因而微纳米材料被广泛的用作催化剂、润滑剂、建筑材料、陶瓷材料、气敏材料、绝缘材料、纺织材料、发光材料、木材、灭火剂、生物医学材料等[102]。金属微纳米粒子及其复合材料已在冶金、机械、化工

3、、电子、国防、核技术、航空航天等研究领域呈现出极其重要的应用价值。1.2金属超细粉体制备技术研究现状金属超细粉体制备技术是超细润滑油添加剂研究、开发和应用的关键。目前所开发出的金属超细粉体的制备方法的报道很多,分类也各不相同。按制备体系和材料形态主要分为固相法、液相法和气相法三大类。1.2.1固相法固相法是通过固相到固相的变化来制备超细粉体[102]，所得的固相粉体和最初固相原料可以是同一物质，也可以不是同一物质[103]。固相法制备超细粉体不使用溶剂,具有高选择性、高产率、低能耗、工艺过程简单等特点。可用于金属、合金、复合材料的制备。主要有热

4、分解法、固相反应法、火花放电法、溶出法、超音速气流粉碎法、高能球磨法等[104,105]。其中，高能球磨法是靠压碎、击碎等作用，将金属机械地粉碎成粉末，并在冷态下反复挤压和破碎，使之成为弥散分布的超细粒子。在控制适当的球磨条件下可制得纳米级金属、合金或复合材料。高能球磨法显著特点是产量高，工艺简单，成本低廉，能制备常规方法难以制备的高熔点金属，因此已成为制备超细金属材料的一种重要方法。但该法存在所制备的粉体颗粒分布不均匀，形状一致性差，球磨过程中易引入杂质，从而降低产物的纯度等缺点[106]。1.2.2液相法液相法制备超细微粒是将均相溶液通过各

5、种途径使溶质和溶剂分离，溶质形成一定形状和大小的颗粒，得到所需粉末的前驱体，热解后得到超细微粒[103]。液相法具有设备简单，原料容易获得、纯度高、均匀性好、化学组成控制准确等优点，是目前实验室和工业上广泛应用的制备超细微粒材料的方法[107]。但存在纯度不高，而且由于超细金属粉末极高的化学活性导致其后续干燥及脱液处理困难，真空干燥后粉末颗粒团聚严重等问题[108]。近年来，随着超声、微波辐射、共沸蒸馏等物理技术的引入，使液相法制备超细微粒技术得到了新的发展[109]。液相法包括沉淀法[110]，水解法[111]，乳液法，喷雾法，溶胶-凝胶法[

6、112]，辐射化学合成法，电化学法[113]和超临界法[114]等。其中，电化学法包括水溶液电解和熔盐电解两种。用此法可制备金属超微粉，尤其是负电性很大的金属粉末，还可制备氧化物超微粉。目前已有的方法包括直流法、脉冲法、化学还原法等几种。直流电沉积法可使结晶细致，从而获得纳米晶体。为了得到金属微粉粒度细小，产率高，在水溶液电解的同时，外加超声波、激光等手段。如超声电解沉积法[115]是将通过超声的震动与空化作用产生的高压射流使形成的微小颗粒悬浮于电解液中，经过离心分离、真空干燥等获得所需粉末。喻建胜等人[116]采用超声乳化电沉积法制备了平均粒

7、度分布于纳米至亚微米级别的超细铁粉、锌粉、锡粉和铜粉，将所得超细铜粉添加到内燃机用润滑油中后，显著提高了润滑油的抗磨性能和极压性能。何峰等[117,118]用新型电解法制备了平均粒径为35nm的超细金属铜粉末，还用这种方法得到如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。化学还原法是采用氧化还原反应制备纳米金属粉体的一种方法[119~123]。其中的化学镀镍(ElectrolessNickelplatingtalyticplating)技术是一种在没有加外电源的情况

8、下，利用化学还原剂使金属镍离子在具有催化活性的镀件表面形成金属镍镀层的一种化学处理方法[124]。它不同于电镀，具有工艺简单、成本低廉，镀层均匀、与基