粉末材料的合成与加工

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1、粉末材料的合成与加工武汉理工大学材料学院黄端平duanpinghuang@sina.com15871372591主要内容概述粉末材料的物理制备方法粉末材料的化学制备方法粉末材料的结构特征陶瓷材料：ZrO2、Al2O3、TiC、Si3N4、SiC、BN金属基复合材料:Al—SiC、Cu-Al2O3、Fe-TiC、WC-Co功能复合材料：磁性复合材料、导电复合材料、摩擦材料高分子复合材料:各类工程塑料粉末材料：绝大多数材料都以粉末状材料为原料。粉末材料的特性很大地影响最终材料的性能。纯度、粒度、形状粉末特性：决定

2、材料性能的关键因素之一一、概述粉末材料的合成与加工技术粉体的制备技术分级技术分离技术干燥技术、输送及混合均化技术表面改性复合技术叶轮分级机、涡流分级机、喋式分级机等易团聚的问题AlN纳米粉末原位复合的粉末粉末材料的制备方法：（1）物理法又分为粉碎法和构筑法粉碎法是借用各种外力，如机械力、流能力、化学能、声能、热能等使现有的块状物料粉碎成超细粉体。由大至小（微米级）。构筑法通过物质的物理状态变化来生成粉体。由小至大（纳米级）（2）化学法：包括沉淀法、溶胶－凝胶法、水解法、气相反应法及喷雾法等，其中，

3、沉淀法、气相反应法及喷雾法目前在工业上已大规模用来制备微米、亚微米及纳米材料。复合技术WC/Co纳米复合WO3+Co(NO3)2CoWO4/WO3precursorCoWO4/WO3前驱体粉料原位炭还原WC-Co纳米结构液相反应喷雾干燥CoWO4/WO3前驱体粉料WC-Co纳米结构的HRTEM(A——WC/Cophaseinterface；B——WCcrystalgrain；C——Cofilmlayer表面改性C纳米管表面的Pt改性Pt纳米粒子在碳纳米管(CNT)表面分布均匀Pt纳米粒子和CNT之间结合强度高

4、引入偶联剂聚苯胺：CNT=5:11．粉末材料的分类粉末材料：具有一定粒度的颗粒材料统称为粉末材料。按粒度大小可分为：粗粉、细粉、微粉、超微粉、纳米粉末超微粉（ultrafinepowder;或superfinepowder）：粒度小于3m的粉体亚微米粉末：1m

5、术分级技术分离技术干燥技术、输送及混合均化技术表面改性、复合技术等3．超细粉末材料的特性当粉末材料的粒度处于亚微米及纳米状态时，其尺度介于原子、分子与粒状材料之间，有人称之为“第四状态”。由于粉末的细化，其表面分子排列、电子分布结构、晶体结构均发生大的变化，从而显示出独特的理化性能，如：表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观隧道效应等。3.1微米及亚微米粉末的特性与块体和颗粒材料相比，主要性能变化表现在：比表面积增大，表面能大，表面活性高当两种微米或亚微米粉末材料复合时可产生熔点下降或功能强化效应

6、3.2纳米粉末材料的特性纳米材料与块体材料的物理化学性质有明显的差异从结构上看：纳米颗粒不同于原子又不同于结晶体，它可以是单晶、也可能是非晶态表面结构不同于内部结构，晶体材料的结构周期性不再存在，表面振动模式占主导地位，表面原子运动更加剧烈。纳米粉末材料和由之构成的纳米固体具有三个方面的特性效应：小尺寸效应；表面与界面效应；量子尺寸效应小尺寸效应当材料的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，材料中周期性的边界条件将会打破，由此造成声、光、电磁、热力学等

7、性质呈现新的特征。例如：纳米金（2nm）结构：单晶、多晶、孪晶熔点由1337K→600K纳米强磁材料（Fe-Co合金）当晶粒尺度与单磁畴临界尺寸相当时,矫顽力甚高表面与界面效应颗粒尺寸减小造成表面积增大和表面原子比例增大，同时缺少近邻配位的原子比例大大提高，表面电子的自旋构像和电子能谱亦会相应变化，这会大大增加材料的化学活性。呈现新的理化性质。例如：10nm粉体比表面积：90m2/g；5nm粉体比表面积：180m2/g；2nm粉体比表面积：450m2/g；量子尺寸效应颗粒尺寸的减小引起材料能带结构的变

8、化，价带和导带之间的能隙有增大的趋势，从而引起发光带的波长减小（蓝移，blueshift）。当粒子尺寸下降到最低值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级现象。量子尺寸效应会造成磁、光、声、热、电性能的变化。例如：纳米金属呈现电绝缘性纳米金属不再具有金属光泽惰性金属呈现极大催化性纳米金属材料强度成倍增加等4．超细粉体材料的应用超细粉体材料和纳米材料由于其独特的物理化学性质，其应用范围