各國對于金屬超細(xì)粉體的研制一直非?;钴S,一些大學(xué)和企業(yè)對金屬超細(xì)粉體的制備、應(yīng)用及物理性能測試開展了系統(tǒng)全面的研究,并且將其列為材料科學(xué)四大研究任務(wù)之一。
水熱法
在高溫高壓條件下,于水溶液或蒸汽等流體中進行化學(xué)反應(yīng),可分為水解氧化、水解沉淀、水解合成、水解還原等,用以制備金屬超細(xì)粉體。
霧化法
霧化制粉是先將金屬熔融成液體,再在霧化室中將金屬液霧化分散為微小液滴,最后迅速冷凝成固態(tài)粉體。該方法可制造金屬或合金的超細(xì)粉,但耗能巨大,對設(shè)備要求很高。
濺射法
用蒸發(fā)材料和金屬板作陰極和陽極,在兩極間充入氬氣并施加電壓,通過輝光放電形成氬離子。氬離子在電場的作用下沖擊陰極,使靶材原子蒸發(fā)出來形成超細(xì)粉體,并沉積下來。
激光法
激光法以激光為加熱熱源,選用吸收帶與激光的激發(fā)波長相吻合的反應(yīng)氣體,通過對激光能量的共軛和碰撞傳熱,使氣體分子在瞬間達到自發(fā)反應(yīng)溫度并完成氣相反應(yīng)。激光法主要用于合成一些用常規(guī)方法難以獲得的化合物超細(xì)粉,其制粉成本非常高。
沉淀法
沉淀法通過溶液的化學(xué)反應(yīng)得到金屬化合物沉淀,進一步煅燒還原得到金屬粉體。
爆破法
將金屬或化合物與火藥一起放入容器內(nèi)并使之爆炸,在瞬間高溫高壓的環(huán)境下形成超細(xì)粉體。
電解法
將鋅、鐵、鎳、鈷等金屬鹽溶液電解后析出金屬粉體。
電弧法
以貴金屬為電極,在液體中引弧,通過電弧產(chǎn)生金屬蒸汽,蒸汽在液體環(huán)境中冷卻形成貴金屬顆粒。
電爆法
電爆法利用高壓脈沖放電,使金屬絲熔融汽化發(fā)生爆炸,金屬蒸汽在介質(zhì)氣體的碰撞下急速冷卻形成超細(xì)粒子。
等離子法
在等離子射流中金屬發(fā)生物理化學(xué)變化,得到金屬蒸汽,進而驟冷得到粉體。
機械粉碎法
機械粉碎法是利用高能球磨將大塊金屬或合金材料進行粉碎,適當(dāng)控制球磨機條件可制備出納米級的純元素、合金或復(fù)合材料。
冷凍干燥法
將金屬鹽溶液霧化為微小液滴后快速冷凍成固體,加熱固體使其中的水升華汽化形成溶質(zhì)的無水鹽,最后經(jīng)煅燒合成超細(xì)粉體。
化學(xué)燃燒法
化學(xué)燃燒法以火焰燃燒器為加熱熱源,將金屬鹽溶于含水溶液,再通過噴嘴霧化到氫-氧、氫-空氣、氫-空氣-氮火焰上,金屬鹽受熱發(fā)生氧化-還原反應(yīng),析出金屬超細(xì)顆粒。
微乳化液法
微乳化液法首先制備得到金屬鹽的均相微乳溶液,化學(xué)反應(yīng)在微乳化液滴內(nèi)進行,顆粒也在小液滴內(nèi)形成。金屬顆粒形成后均相溶液可分為兩相,一相含有大量金屬超微粒子,另一相含有大量表面活性劑,金屬顆粒從一相中分離、干燥,從而得到粉體。
溶膠-凝膠法
將金屬醇鹽或無機鹽分解,使溶質(zhì)聚合凝膠化,再將凝膠干燥、焙燒,最后得到金屬超細(xì)粉體。
超聲波粉碎法
超聲波粉碎法是將細(xì)粉裝入盛有酒精的不銹鋼容器內(nèi)并通入惰性氣體,以一定的頻率和功率的超聲波進行粉碎。
真空蒸發(fā)鍍膜法
將待成膜的基片放在蒸發(fā)容器中部,原材料涂敷于容器內(nèi)壁,使蒸發(fā)容器呈真空狀態(tài),在容器外加熱使原料飛濺到基片上,從而冷卻形成超細(xì)粉體膜。
固液置換反應(yīng)法
置換反應(yīng)是利用活潑金屬置換不活潑金屬,用容易制得的金屬微粒置換出相對較難制得的金屬微粒。
金屬蒸氣合成法
以電子束激發(fā)金屬,在低溫中使金屬蒸氣與有機溶劑蒸氣共同凝聚,再加熱升溫形成溶劑穩(wěn)定的金屬超細(xì)粉體粒子,此法可制備呈高度分散狀態(tài)的貴金屬超細(xì)粉體粒子。
氣相沉積合成法
將真空室抽成高真空后通入惰性氣體,從蒸發(fā)源蒸發(fā)金屬,蒸發(fā)源附近的超微粒子被惰性氣流帶到液氮冷凝器上。蒸發(fā)結(jié)束后將真空室抽至高真空,把納米粉體刮下,在與真空室相連的成型裝置中壓縮成型,得到金屬超細(xì)材料。
氣相化學(xué)還原法
氣相化學(xué)還原法以鹵化物為原料,首先制備鹵化物晶體,再加熱成氣體,在氫氣還原氣氛中發(fā)生氧化-還原反應(yīng),從而生成金屬顆粒。該方法對設(shè)備和能量的要求很高,實用性不強。
固相還原反應(yīng)法
該方法先將金屬的純凈氧化物用高能球磨機磨成超細(xì)粉,再用還原劑還原得到純金屬粉。但工藝流程太多,成本較高。
液相化學(xué)還原法
液相化學(xué)還原法是在常壓常溫狀態(tài)下,金屬鹽溶液被還原劑直接還原,還原生成的金屬超微粒子均勻分散于保護介質(zhì)中形成金屬膠體,經(jīng)后處理得到金屬超細(xì)粉。
輻射分解還原法
輻射法是采用Y射線或高能電子束輻射金屬鹽溶液,激發(fā)或電離金屬鹽溶液中的溶劑分子,使其產(chǎn)生榮計劃電子、離子或自由基。水化電子和氫將前驅(qū)體化合物還原,還原性的水化電子與金屬離子發(fā)生反應(yīng),將金屬離子還原為金屬原子,制備得到金屬超細(xì)粉體粒子。
活性氫-熔融金屬反應(yīng)法
該法利用含有氫氣的等離子體與金屬產(chǎn)生電弧使金屬熔融,電離的氮氣、氬氣等和氫氣溶入熔融金屬,含有金屬超微粒子的氣體被釋放出來,超微粒子的生成量隨等離子氣體中氫氣濃度的增加而增加。
金屬有機化合物熱分解法
該方法利用金屬和有機化合物的熱不穩(wěn)定性將金屬有機物溶于有機溶劑,加熱使之發(fā)生分解反應(yīng),成長為金屬超細(xì)顆粒,加入第二種金屬有機化合物時可形成合金。金屬有機物的制備成本很高,有機反應(yīng)本身也有反應(yīng)不完全、不易控制等缺點。
由于金屬超細(xì)粉體的特異性質(zhì),其被廣泛用于催化劑、電極材料、導(dǎo)電涂料、感光材料、光學(xué)材料、硅酸鹽材料、磁記錄材料、化妝品填料等領(lǐng)域,其應(yīng)用前景十分廣闊。
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