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超细粉末

发布时间:2019-10-20 15:12      浏览次数:

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  超细粉末是国家工程研究中心的研究项目之一,现研究和应用最多的是金属、铁氧体及陶瓷超细粉末。

  超细粉末ultrafine powder颗粒尺寸小于10μm的粉末。最早给出超细粉末定义的是日本的上田良二。

  现研究和应用最多的是金属、铁氧体及陶瓷超细粉末。 自19世纪60年代胶体化学建立以来,科学家们一 直把处于1一1000nln范围的颗粒作为研究的对象。20 世纪60年代,在研究小于10nln的金属超细粉末时,日本科学家久宝发现了金属超微粒子的电子特殊性,即超微粒子保持电中性,对比热、磁性和超导性都有影响。这个现象又得到了很多科学工作者的验证。因此, 科学界把这一发现命名为久宝效应。久宝效应的发现使科学家们开始了对超细粉末的开发和应用研究,并在电 子、化工、冶金、航空、农业、医学等方面取得了一些研究成果。 特性和应用超细粉末所具有的奇特功能,主要是超细粉末的表面效应和体积效应共同作用的结果。当超表1超细粉末的表面能和比表面积细粉末的粒径为INM时,颗粒中大约包含30个原子, 它们大部分都在颗粒表面,所以每个颗粒都具有极高的表面能。从表1和表2中可以看出超细粉末所具有的表面效应。 在超细粉末的体积效应方面,现已发现,当颗粒小到一定程度后,物质的本性,如金属的比热容、磁性、超导性等便发生变化。粒度为几纳米的金

  纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。如下图所示:

  从图中可以看出,粒径在10nm以下,将迅速增加表面原子的比例。当粒径降到1nm时,表面原子数比例达到约90%以上,原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于纳米粒子表面原子数增多,表面原子配位数不足和高的表面能,使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来,故具有很高的化学活性。

  由于纳米粒子体积极小,所包含的原子数很少,相应的质量极小。因此,许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明,这种特殊的现象通常称之为体积效应。其中有名的久保理论就是体积效应的典型例子。久保理论是针对金属纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出的。久保把金属纳米粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电子态,并进一步假设它们的能级为准粒子态的不连续能级,并认为相邻电子能级间距δ和金属纳米粒子的直径d的关系为:

  其中 N为一个金属纳米粒子的总导电电子数,V为纳米粒子的体积;EF为费米能级

  随着纳米粒子的直径减小,能级间隔增大,电子移动困难,电阻率增大,从而使能隙变宽,金属导体将变为绝缘体。

  当纳米粒子的尺寸下降到某一值时,金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级;并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级,使得能隙变宽的现象,被称为纳米材料的量子尺寸效应。在纳米粒子中处于分立的量子化能级中的电子的波动性带来了纳米粒子的一系列特殊性质,如高的光学非线性,特异的催化和光催化性质等。当纳米粒子的尺寸与光波波长,德布罗意波长,超导态的相干长度或与磁场穿透深度相当或更小时,晶体周期性边界条件将被破坏,非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小,导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常。如光吸收显著增加,超导相向正常相转变,金属熔点降低,增强微波吸收等。利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质,可以改变颗粒尺寸,控制吸收边的位移,制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料,用于电磁波屏蔽、隐型飞机等。

  由于纳米粒子细化,晶界数量大幅度的增加,可使材料的强度、韧性和超塑性大为提高。其结构颗粒对光,机械应力和电的反应完全不同于微米或毫米级的结构颗粒,使得纳米材料在宏观上显示出许多奇妙的特性,例如:纳米相铜强度比普通铜高5倍;纳米相陶瓷是摔不碎的,这与大颗粒组成的普通陶瓷完全不一样。纳米材料从根本上改变了材料的结构,可望得到诸如高强度金属和合金、塑性陶瓷、金属间化合物以及性能特异的原子规模复合材料等新一代材料,为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题开拓了新的途径。

  (一)对于硬度不高的物料要粉碎成超细粉可用JZC分级式冲击磨或JZH超微环磨机,此类设备均属于机械式超微粉碎设备。

  (二)对于硬度很高的,如金刚石、碳化钨、碳化硅、碳化硼、氧化铝、刚玉、石榴石等超硬物料要进行超细粉生产一般使用巨子JZL气流粉碎机。该类超微粉生产设备主要是利用气流粉碎原理来进行粉碎分级的,优点是粉碎产品细度能达10μm以细,即使是粉碎超硬物料设备的磨损也很小。

  (一)干法分级,从环保和经济原则出发一般都选用JZF气流分级机,利用气流干法分级原理不仅分级超细粉的精度高,而且能不停机的随意调整超细粉的成品细度。

  (二)湿法分级,此类分级由于严重影响环境,造成环境污染,不被国家环保部门推荐,最重要的是此类超细粉分级法分级成本高、并对操作人员的身体健康有较大影响。

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