粉末材料合成与加工新技术

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1、粉末材料合成与加工新技术1粉末材料及超细粉末材料的特性及应用2粉末材料制备技术概述3粉末材料的物理制备方法4粉末材料的化学制备方法5粉末材料的结构特征1．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

2、亚微米及纳米粉末材料方面。一、粉末材料的分类、特性及应用2．粉末材料的合成与加工技术主要研究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：

3、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

4、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

5、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，其应用范围十分广泛，并带动传统材料的更新换代。航空、航天、国防工

6、业中的应用——利用超细粉末独特的波吸收特性，可制造隐身材料——超硬复合材料：防弹材料——利用其高化学特性制造新一代炸药，固体推进剂，提高火箭功率——高性能功能材料化学工业领域——纳米催化剂，新一代建材涂料生物医药领域——超细药物：吸收快、疗效高——粉末药品针剂化——纳米中药——纳米化保健品新型功能材料特殊的磁、光、电、性质，能够开发出一大批新型功能材料。-------纳米磁性材料表现出巨磁电阻效应，可生产高密度磁盘，存储器，传感器等高性能新一代结构材料超细化和纳米化为结构材料的应用展开了新的前景。例如：NanO

7、-Al2O3+NanO-SiC→NanO+Al2O3-SiC力学性质：1540MPa纳米非晶合金Al8Ni10Ce3室温张力强度：1.6GPa300℃时张力强度：1.0GPa（高于最好合金的20倍）据预测：纳米材料结构器件市场容量：6375美元纳米薄膜器件市场容量：340亿美元纳米复合材料及其它复合材料：5457亿美元二、粉末材料的制备技术概述1．粉末材料制备技术发展概况16世纪前：传统落后的碾磨技术19世纪：机械破碎和研磨技术发展20世纪初：机械粉磨技术改新，提出新的研磨方式：喷射磨、振动磨等20世纪中后期：超细粉

8、碎技术及超细粉末制备技术发展机械粉碎设备及相关技术：气流粉碎机、高效搅拌球磨机、旋转碾碎机、冷冻粉碎机，一般仅能获得微米或亚微米粉末（物理的）通过化学的或物理化学的制备技术：蒸发凝聚、湿化学法、喷雾法、气相法等，可获得微米、亚微米和纳米粉末2．与粉末制备技术相关的技术的发展分级技术为获得粒径分布合理的粉末材料，要求对粉末材料进行分级处理（