粉体制备工艺研究进展

随超越200839110124 无机0801班
粉体制备工艺研究进展
1．粉体概念
粉体是小于一定粒径的颗粒集合，不能忽视分子间的作用力。

粉体是一种干燥、分散的固体颗粒组成的的细微粒子，和颗粒不完全相同，通俗来说粉体比颗粒具有更细微的粒径尺寸。

粉体是一种特殊的颗粒材料，少量主要体现粒子的微观特性，大量时共同体现出宏观特性。

粉体的物理性能
通常情况下，松散状态填充体积很大的粉体能被压缩密实至一定的小空间范围内，当松散存放时，粉末可能很蓬松。

当振动或压缩后会变得非常密集，甚至会失去流动性。

原因是分子间的范德华力。

如果颗粒的粒径过大就不会明显地表现粉体群的宏观行为，只有粒径足够小时才会表现出明显的粉体特征。

而粉体的制备是研究粉体的前提。

当前主要的粉体制备工艺分为金属粉末的制备和超细粉末的制备两大方向。

2.金属粉末的制备：
金属粉末在粉末冶金及其他粉末材料的生产中占有十分重要的地位，它是生产各种粉末冶金材料的基本原料。

制取金属粉末的方法有很多，它的主要取决于该材料的特殊性能及制备方法的成本，粉末的形成是依靠能量传递到材料而制造新表面的过程。

2.1制备方法
2．1．1机械法
机械法就是借助于机械力将大块金属破碎成所需粒径粉末的一种加工方法。

按照机械力的不同可将其分为机械冲击式粉碎法、气流磨粉碎法、球磨法和超声波粉碎法等。

目前普遍使用的方法还是球磨法和气流磨粉碎法，其优点是工艺简单、产量大，可以制备一些常规方法难以得到的高熔点金属和合金的超细纳米粉末。

球磨法
球磨法主要分为滚动球法和振动球磨法。

该方法利用了金属颗粒在不同的应变速率下因产生变形而破碎细化的机理。

其优点是对物料的选择性不强，可连续操作，生产效率高，适用于干磨、湿磨，可进行多种金属及合金的粉末制备。

缺点是在粉末制备过程中分级比较困难。

气流磨粉碎法
气流磨粉碎法是目前制备磁性材料粉末应用最广的方法。

具体的工艺过程为：压缩气体经过特殊设计的喷嘴后，被加速为超音速气流，喷射到研磨机的中心研磨区，从而带动研磨区的物料互相碰撞，是粉末粉碎变细；气流膨胀后随物料上升进入分级区，由涡轮式分级器分选出达到粒度的物料，其余粗粉反悔研磨区继续研磨，直至达到要求的粒度被分出为止。

整个生产过程可连续自动运行，并通过分级轮转速的调节来控制粉末粒径的大小。

气
流磨粉碎法适于大批量工业化生产，工艺成熟。

缺点是在金属粉末的生产过程中，必须使用连续不断地惰性气体或氮气作为压缩气源，耗气量较大；只适合脆性金属及合金的破碎制粉。

2．1．2物理法
物理法一般是通过高温、高压将块状金属材料熔化，并破碎成细小的液滴，并在收集器内冷凝而得到超细金属粉末，该过程不发生化学变化。

目前研究和使用最多的物理法主要有等离子旋转电极法和气体雾化法。

气体雾化法
气体雾化法是生产金属及合金粉末的主要方法之一。

气体雾化的基本原理是用高速气流将液态金属流破碎成小液滴并凝固成粉末的过程。

雾化粉末具有球形高度、粉末粒度可控、氧含量低、生产成本低以及适应多种金属粉末的生产等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。

喷嘴是气体雾化的关键技术，其结构和性能决定了雾化粉末的性能和生产效率，因此，喷嘴结构设计与性能的不断提高决定着气体雾化技术的进步。

从雾化喷嘴结构设计的改进历程可以将雾化技术分为传统雾化技术和新型雾化技术
2．1．3物理-化学法
物理化学法则是借助化学或物理的作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末的。

物理化学法中主要方法有还原氧化物与盐类（Fe、Ni、Co、W、Mo、Cu、Cr、Fe-Ni、Fe-Ni-Mo
等各种合金与难容化合物等）、电解水溶液（Fe、Ni、Cu、Pb、Zn、Ag等）、电解熔盐（Ta、Nb、Th、Be、Zr、Ti）、热离解羰基化合物、晶间腐蚀法（不锈钢）等。

2.2总结
在粉末冶金生产实践中，机械法和物理化学法之间并没有明显的界限，而是互相补充。

例如，可使用机械法去研磨还原法所制备得的成块海绵状金属；应用还原退火法可以将涡旋研磨或雾化所得粉末消除应力、脱碳以及减少氧化物。

3超细粉体及制备工艺
3．1超细粉体
超细粉体，通常又叫超微粉体、超微粉。

是指尺度介于分子、原子与块体材料之间，通常包括微米至亚微米级和1-100nm范围的纳米级的微小固体颗粒。

3.2超微粉体的制备
超微粉体的制备及应用研究主要包括制备、微观结构、宏观结构、宏观物性和应用四个方面。

其中制备也是很关键一步，因为制备工艺和过程的研究与控制对超微粉的微观结构和宏观性能具有重要的影响。

随着科技的进步超微粉提的制备方法也日新月异。

其中分固相制备法、液相制备法、气相制备法，固相制备法：机械粉碎法、超声波粉碎法、热分解法、爆炸法等。

液相法：沉
淀法、酸盐法、羰基法、喷雾热干燥法、冷冻干燥法、电解法、汞合法、化学凝聚法。

气相法：真空蒸发法、气相反应法、油向蒸发法、等离子体法、高温等离子体法、蒸发法、反应等离子体蒸发法、等离子体CVD法。

上述方法有些尚不成熟，有些难于实用化和工业化，目前工业上应用较多的是机械粉碎法和液相化学沉淀法和气相反应法（气相法是直接利用气体，或者通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成超微粒的方法）等方法。

3.2.1化学气相反应法
下面我主要研究其中的化学气相反应法：化学气相反映法是利用挥发性的金属化合物的蒸汽，通过化学反应生成所需要的化合物，在保护性气体环境下快速冷凝，从而制备各种超微粉的方法，又叫化学气相沉积法。

化学气相反应法采用的原料通常是容易制备、蒸汽压高、反应性较好的金属卤化物、金属醇盐烃化物与羰基化合物等。

用金属盐的蒸汽与还原性气体反应，金属就会被还原出来，形成金属超细粉，如W、Mo、Fe、Co等，让金属蒸汽与氧或水蒸气反应，可以得到金属氧化物超细粉；与碳化合物气体反应可以生成碳化物超细粉；与氮气、氨气反应可以生成氮化物超细粉。

该方法具有许多优点，如制备出来的颗粒均匀、粒径小、分散性好、化学反应活性高、工艺科控以及过程连续等。

3.3化学法与机械粉碎法的比较
化学法的优点是所制备的超细粉体粒径小，粒度分布窄、粒形好和纯度高等，缺点是产量低、成本高和工艺复杂等。

该方法仅限于制备某些特殊的功能材料，如超细金红石型二氧化钛粉体、超细磁性氧化粉等。

机械粉碎法的优点是产量大、成本低和工艺简单等，且在粉碎过程中产生机械化学效应使粉体活性提高、缺点是产品纯度、细度和形貌均不及化学制备的超细粉体。

该法适应于大批量工业生产，如矿产品深加工等。

3.4超细粉体设备及工艺
经过多年的实践改进，大多数设备已日益完善，湿磨设备主要是球磨机、振动磨、搅拌磨、离心磨和胶体磨等；干磨设备主要是球磨机、气流磨、辊磨机、高速冲击磨和搅拌磨等。

3.5超细分级设备
超细分级设备是制备超细粉体非常关键的设备：通过分级，可以生产特定粒度分布的超细粉体；通过分级，能耗降低。

可以经济地生产超细粉体，超细分级设备分干式和湿式超细分级机。

4．总结
随着技术的进步，超细金属粉末的应用领域不断扩展，市场需求急剧增加，且呈现出向高纯、超细方向发展的趋势。

在进行粉末制备生产的时候，可以对不同的方法加以综合利用，取长补短，以达到理想的制粉效果。