金属粉体表面改性综述

金属粉体表面改性综述

姓名：王海云学号：1103011030 班级：11级粉（1）［摘要］随着材料新性能的要求越来越高，人们对金属粉体的表面改性也提出了新的要求，本文从概述金属粉体的形状、微结构和缺陷开始，阐述了金属粉体表面改性的方法及金属粉体表面改性的主要影响因素，以探索和研究金属粉体的表面改性。

［关键词］表面改性金属粉体方法主要影响因素

金属粉体有着独特的形态特征和物理、化学及机械性质，作为独立材料或作为添加材料已广泛应用于各个领域。目前，金属粉末已经形成产业化生产，无论是从粉体的品种，还是粒度、功用都有系列产品可供选择应用，作为金属粉体的主要功用之一，即是将金属粉材料与表面技术结合起来，形成表面涂层，对基体材料进行改性和赋予基体新的功能。随着人民的社会生活水平的提高，对材料的新性能要求日趋提高，材料的功能化便是发展的趋势。然而，从材料的整体性能出发来追求功能化往往受到限制，所以更多关注的是材料的表面性能。

1.金属粉体的形状、微结构和缺陷

金属粉体的结构一般与粗晶相同，用气相蒸气法制取的各种金属粉体的形状是多种多样的。六方密堆金属镁超微粉体呈六角对称的片状或等轴状，锌超微粉基本上与镁的形状相同。

面心立方金属银、钴、镍、铜、钯和金的形状十分相似，它们的单晶为八面体，一般为立方体的平面截了角的八面体，截角的程度从

零（则八面体）至50%（立方八面体）。

2.表面改性

超微粉体表面改性指通过采用表面添加剂的方法，使超微颗粒表面发生化学反应和物理作用，从而改变微粒的表面状态，改善或改变粉体的使用性质的处理过程。通过表面改性，可提高粉体的分散性、耐久性、耐候性，提高表面活性，从而使超微粒表面产生新的物理、化学、光学特性，适应不同的应用要求，拓宽其应用领域，并显著提高材料的附加值。粉体表面改性的主要方法是根据需要在粉体表面引入一层包覆层。这样改性后的粉体就可以看成是有“核层”和“壳层”组成的复合粉体，通过在金属粉体上涂覆一层化学组成不同的覆盖层，能够使其具有兼容性、提高其热、机械及化学稳定性，改变其光、磁、电、催化、亲水、疏水及烧结特性，提高其抗腐蚀、耐久性和使用寿命。

2.1 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶过程是指无机前驱体通过各种反应形成三维网状结构。金属醇盐经过水解或缩合反应形成金属氧化物分子是最常见的溶胶-凝胶反应。

溶胶-凝胶法中，二氧化硅是应用最为广泛的一种调节表面和界面性质的表面修饰剂。选择二氧化硅作为颗粒表面的包覆层原因有两个：其一是二氧化硅粉体即使在等电点PH 值等于2 左右也不容易聚集；其二是它在中性PH 值及较高的盐浓度条件下也有很高的稳定性。因此，用二氧化硅覆盖颗粒表面可以使颗粒分散在介质中达到较高的

体积分数，并具有良好的稳定性，而且这种稳定性不受PH 值和盐浓度的影响。

2.2 聚合物包覆法

其主要就是在粉体表面引入有机分子，以起到改善、修饰粉体性质的作用。在金属粉体表面包覆一层有机物可以达到如下作用：抗腐蚀的屏障作用，改善有机介质中的润湿性和稳定性，复合材料的界面调控作用，通过锚定活性分子或生物分子而具有生物性能。高分子包覆的颗粒在催化剂、合成橡胶、化妆品、粘接材料、墨水、颜料、靶向药物等方面有着重要的作用。聚合物的包覆有两种方法：其一是通过吸附或反应使有机分子包裹在粉体表面；其二是通过单体在金属粉体表面聚合形成包覆层。

2.3 微波等离子体聚合法

颗粒在离开等离子区时，表面带有高密度的相同符号的电荷，可以有效防止颗粒间的团聚。用这种方法，既可以在金属粉体表面包覆陶瓷粉体，也可以包覆有机高分子。

纳米粉体表面包覆高分子的过程示意图。第一步是在微波等离子区合成纳米颗粒，前驱体在等离子区受到快速加热而蒸发、热解、沉积下来成为纳米颗粒，反应温度要尽可能低。在等离子反应区后引入单体。

2.4 机械力化学改性

在粉体进行超细粉碎同时实施表面化不改性，利用粉碎机械力效应可以促进和强化改性效果。粉碎过程中施加的大量机械能，除消耗

于颗粒细化外，还有一部分用于改变颗粒的晶格与表面性质，从而呈现激活现象。激活的颗粒极易于与改性剂发生反应。此外，在粉碎过程中不断出现新鲜的颗粒表面，也易与改性剂发生反应，这就是机械力化学效应。

2.5 其它改性方法

其它改性方法也比较多，例如通过机械力、超声波、高能处理等也可以对粉体进行表面改性。通常这些方法同其它方法相结合，对粉体的表面改性效果更佳。机械化学改性是通过超微粉碎及其它强烈机械力作用的过程有目的地对粉体表面进行激活，在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构(表面无定形化)、溶解性能、化学吸附和反应活性(增加表面的活性点或活性基点)等。

3.影响超微粉体表面化学改性效果的主要因素

3.1 粉体原料的性质粉体原料的比表面积、粒度大小和粒度分布、比表面能、表面物理化学性质、团聚性等均对改性效果有影响。

3.2 表面改性剂配方

粉体的表面改性在很大程度上是通过表面改性剂在粉体表面的作用来实现的，因此表面改性剂的配方对改性效果有直接的影响。表面性剂品种的选择主要由粉体原料的性质、产品的用途或应用领域以及工艺、价格、环保等因素决定；用量需通过改性实验和应用性能实验来确定，理论上在颗粒表面达到单分子层吸附所需的用量为最佳用量；添加方法最好是表面改性剂和粉体均匀充分地接触，以达到改性剂的高度分散和均匀包覆。

3.3 表面改性工艺

要求满足表面改性剂的应用要求，对表面改性剂的分散性能好，能够实现牢固均匀地包覆；同时要求工艺简单、参数可控性好、产品质量稳定、能耗低、污染小。目前主要采用的工艺有干法、湿法、粉碎和表面改性合二为一、干燥和表面改性合二为一等。

3.4 表面改性设备

高性能的表面改性剂应能够使粉体及表面改性剂的分散性好、粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等，以达到均匀的单分层吸附、减少改性剂用量；同时，能方便调节改性温度、反应停留时间，以达到牢固包覆和使溶剂或稀释剂完全蒸发；此外，单位产品能耗和磨耗应较低，无粉尘污染，设备操作简单，运行平稳。

4.金属粉体表面改性的意义与小结

总体而言，金属粉体的表面改性具有以下几点意义：

（1）改善粉体在水或有机介质中的润湿性或分散性。

（2）根据实际的应用需求，强化或减弱粉体在某些方面的性质。

（3）金属粉体经过改性后，与基体间有较强的亲和力和相容性，生成的复合材料性能更佳。

粉体表面改性的原理及相关理论是表面改性技术的基础。它涉及到粉体的表面性质，粉体的表面与表面改性剂的作用机理，如吸附或化学反应的类型，作用力或键合力的强弱，热力学性质的变化等等。对粉体进行表面改性，可以赋予粒子诸多优异性能，是提高粉体性能的有效途径。因此，对该技术的探索和研究引起诸如塑料、复合材料、