無機(jī)粉體材料的表面處理方法

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（佛山市三水金戈新型材料有限公司 廣東 528131）

無機(jī)粉體材料的表面處理方法

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（佛山市三水金戈新型材料有限公司 廣東 528131）

近年來，我國(guó)雖然對(duì)超細(xì)粉體的工藝革新逐步推進(jìn)，但經(jīng)過簡(jiǎn)單的粉碎處理的粉體并不能保持良好的穩(wěn)定性和合理的物理化學(xué)效率。本文認(rèn)為，無機(jī)粉體材料的表面處理工藝目前還不足以滿足當(dāng)前市場(chǎng)的需求，通過合理的工藝升級(jí)，通過加大產(chǎn)量并研究更多更新的超細(xì)粉體表面處理配方，可以充分發(fā)揮改性超細(xì)粉體的促進(jìn)作用。

無機(jī)粉體；超細(xì)粉體；表面處理；

一般來講，粒徑為1-100μm之間的粉體為微米粉體，0．1-1μm之間的為亞微米粉體，1-100nm之間的為納米粉體，而將粒徑小于10μm的粉體稱為超細(xì)粉體。超細(xì)粉體又稱納米粉體，是指粉體的粒度處于納米級(jí)（1～100nm）的一類粉體。超細(xì)粉體通?？梢圆捎们蚰シ?、機(jī)械粉碎法、噴霧法、爆炸法，化學(xué)沉積法等方法制備。近年來，我國(guó)雖然對(duì)超細(xì)粉體的工藝革新逐步推進(jìn)，但經(jīng)過簡(jiǎn)單的粉碎處理的粉體并不能保持良好的穩(wěn)定性和合理的物理化學(xué)效率。所以，對(duì)粉體表面進(jìn)行處理，防止其發(fā)生板結(jié)，并賦予其更加豐富的電、磁、硬度、結(jié)合度等相關(guān)的物理系數(shù)，是本文研究的重點(diǎn)。

1.無機(jī)粉體材料表面處理的目的及難度

超細(xì)無機(jī)粉體一般由礦物質(zhì)經(jīng)過粉碎形成。隨著無機(jī)粉體的顆粒充分減小，其粒子性表現(xiàn)更加明顯，粒子之間的孤立性減弱。超細(xì)無機(jī)粉體顆粒在存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，往往需要強(qiáng)氣流對(duì)其維護(hù)。強(qiáng)氣流沖擊粉體表面，使其產(chǎn)生電荷，電荷之間相互排斥，防止超細(xì)粉體板結(jié)。而如果對(duì)無機(jī)粉體表面進(jìn)行薄膜包覆，可以有效改變無機(jī)粉體的物理特性，讓無機(jī)粉體可以實(shí)現(xiàn)更低成本的轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)還可以讓無機(jī)粉體表現(xiàn)出更豐富的物理性質(zhì)。中國(guó)雖然是“陶瓷之國(guó)”，但部分發(fā)達(dá)國(guó)家的陶瓷水平遠(yuǎn)超過中國(guó)，原因就在于其無機(jī)粉體表面處理技術(shù)的先進(jìn)程度使其陶瓷性能得到改善。

無機(jī)粉體的表面處理難度在于操作粉體使其穩(wěn)定的與表面包覆物結(jié)合，且在反應(yīng)期防止其因?yàn)榘卜磻?yīng)過程發(fā)生聚集和板結(jié)。從工藝上講，無機(jī)粉體的表面處理分為干法和濕法兩種。干法無機(jī)粉體表面處理主要使用高壓氣流操作粉體，此時(shí)粉體動(dòng)能較大，但省略了脫水流程。濕法無機(jī)粉體表面處理主要使用液體懸浮無機(jī)粉體對(duì)其表面進(jìn)行沉淀包覆，此時(shí)粉體與包覆反應(yīng)物接觸充分，但其脫水過程中容易出現(xiàn)板結(jié)的缺陷。

2.濕法無機(jī)粉體處理常見問題

(1)沉淀法

常用于濕法沉淀法包覆的主要是金屬離子，在一定的表面活性劑的作用下，使用水溶無機(jī)粉體材料，使其形成均質(zhì)濁液，與溶液中的過飽和包覆層材料發(fā)生沉淀反應(yīng)。最終對(duì)溶液進(jìn)行脫水，形成包覆過的無機(jī)粉體。

沉淀法反應(yīng)速度較慢，難以連續(xù)反應(yīng)，操作難度較大，產(chǎn)品質(zhì)量控制手續(xù)較復(fù)雜。所以，目前沉淀法多用于處理質(zhì)量要求不高的粉體。同時(shí)，沉淀法作用的粉體直徑一般大于100nm，屬于較大直徑的超細(xì)粉體。

(2)醇鹽水解法

金屬醇鹽在水中發(fā)生水解反應(yīng)，可以有效促進(jìn)高純度超細(xì)粉體表面的包覆。金屬醇鹽的分解產(chǎn)物主要是金屬氫的氧化物沉淀。在一定的PH值和溫度控制下，金屬醇鹽的水解速度可以有效控制，控制包覆層溫和反應(yīng)，最終形成高純度均一性的包覆膜。

金屬醇鹽水解法雖然反應(yīng)溫和，反應(yīng)速度快，可以連續(xù)生產(chǎn)，包覆層純度高，但其也存在一定的缺陷。首先，金屬醇鹽的價(jià)格昂貴，大規(guī)模民用產(chǎn)品難以實(shí)現(xiàn)該工藝的生產(chǎn)。其次，其控制過程較為復(fù)雜，工藝要求高，一般需要采用高端的自動(dòng)化反應(yīng)系統(tǒng)，所以廠家開展該工藝的生產(chǎn)的前期投資較高，超出一般企業(yè)的承受能力。所以目前通過廣泛技改推廣該模式還有一定的距離。最后，適用于金屬醇鹽水解法進(jìn)行包覆作業(yè)的粉體顆粒材料和包覆層材料相對(duì)較為單一，這也制約了該工藝的推廣。

(3)溶膠-凝膠法

利用非金屬醇鹽的無機(jī)鹽制成溶膠，然后將粉體顆粒置入，形成凝膠，進(jìn)而使得粉體顆粒周圍實(shí)現(xiàn)包覆。這是金屬醇鹽水解法的替代方法。該方法廣泛的被用于對(duì)SiO2和Al2O3包覆層的控制。但該方法反應(yīng)時(shí)間一般超過3天，每升水中僅支持不超過1克粉體的包覆作業(yè)。同時(shí)，該工藝還需要嚴(yán)格控制PH值的變化，中間操作較為復(fù)雜。除此之外，該方法最嚴(yán)重的問題是脫水干燥工藝要求較高，如果工藝不當(dāng)，可能造成粉體包覆層的開裂甚至脫落。

3.干法無機(jī)粉體處理常見問題

(1)物理氣相沉淀法

物理氣相沉淀法主要利用高溫高壓氣體形成的等離子環(huán)境，在紫外線、激光等條件的支持下，讓金屬蒸汽在粉體表面形成氧化還原反應(yīng)。從而在粉體表面形成包覆層。該方法操作較為簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，但也存在一定的弊端。首先，反應(yīng)過程耗能較大。形成并維持物理氣相沉淀環(huán)境需要消耗大量的能量，在能源價(jià)格普遍高漲的今天，該工藝受到的局限性較大。其次，可用于物理氣相沉淀的粉體材質(zhì)和包覆物材質(zhì)較為單一。并不是每一種粉體和每一種包覆物都可以使用物理氣相沉淀法進(jìn)行表面處理，這也是該工藝的局限性所在。

(2)化學(xué)氣相沉淀法

化學(xué)氣相沉積工藝簡(jiǎn)稱CVD，是當(dāng)前最常用的氣相沉淀方法。

利用無機(jī)鹵化物或者有機(jī)金屬鹽在低溫條件下利用氧化還原反應(yīng)或者氣相分解反應(yīng)在粉體表面沉積。其反應(yīng)能量來源較為豐富，可以來自微波加熱、激光加熱、等離子加熱、紫外線加熱等不同方法。因?yàn)榛瘜W(xué)氣相沉淀法消耗能量比物理氣相沉淀法更小，控制難度也不比物理氣相沉淀法大，所以，化學(xué)氣相沉淀法被廣泛的應(yīng)用于各類超細(xì)粉體的處理中。

4.常見問題的處理方式

(1)合理選用應(yīng)對(duì)性強(qiáng)的工藝

綜上所述，因?yàn)槊糠N工藝都有其優(yōu)缺點(diǎn)，那么在選用合理的表面處理配方后，應(yīng)該選擇更適合該配方生產(chǎn)的工藝進(jìn)行生產(chǎn)組織。對(duì)應(yīng)性強(qiáng)的工藝可以有效降低生產(chǎn)成本，特別是降低生產(chǎn)部署成本。同時(shí)充分進(jìn)行目標(biāo)分析，尋找合理的生產(chǎn)途徑，研發(fā)更新的生產(chǎn)工藝。

(2)研究更合理的表面處理配方

民用超細(xì)粉體目前多用于油漆、乳膠漆、膩?zhàn)臃鄣雀叨搜b潢建材中，還有車載空氣凈化器、廚房?jī)羲鞯雀叨思译姴牧现?，因?yàn)楦男猿?xì)粉體的獨(dú)特屬性，讓這些材料的性能明顯高于其他未采用該技術(shù)的產(chǎn)品中。但因?yàn)榇祟惒牧蟽r(jià)格昂貴，使用了該技術(shù)的產(chǎn)品價(jià)格也遠(yuǎn)高于其他同類產(chǎn)品的價(jià)格，導(dǎo)致產(chǎn)品的適應(yīng)人群范圍較小，產(chǎn)品銷量難以提高。

5.總結(jié)

超細(xì)粉體的表面改性處理是未來材料科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)，只有使用了改性超細(xì)粉體技術(shù)，才可以制造出高性能的超細(xì)粉體材料，才有高性能的鋼材、燒結(jié)建材、陶瓷、金屬、塑料等材料。但目前改性超細(xì)粉體的價(jià)格偏高，目前只用于高端的航空宇航工業(yè)中，或者其他高端粉體材料的加工過程中。雖然目前已經(jīng)有一些民用材料采用了該技術(shù)，但該技術(shù)的推廣壓力仍然較大。本文認(rèn)為，無機(jī)粉體材料的表面處理工藝目前還不足以滿足當(dāng)前市場(chǎng)的需求，通過合理的工藝升級(jí)，通過加大產(chǎn)量并研究更多更新的超細(xì)粉體表面處理配方，可以充分發(fā)揮改性超細(xì)粉體的促進(jìn)作用。

劉振（1984～）男，佛山市三水金戈新型材料有限公司，研究方向：聚合物改性及功能性粉體開發(fā)。

((責(zé)任編：李鵬波)

Surface Processing Method of Inorganic Powder Materials

Liu Zhen

(Sanshui Jinge New Materials co., ltd of Foshan, Guangdong, 528131)

Recently, although China has taken gradual technological innovation of ultra-fine powder, the powder after simple smashing processing cannot keep good stability and reasonable physical and chemical efficiency. In this paper the opinion has been put forward that the surface processing technology of inorganic powder materials cannot satisfy the demand of current market yet and by taking reasonable technology upgrading besides, by increasing the output and studying more and newer surface processing method for ultra-fine powder, can the promotion function of modified ultra-fine powder get a full playing.

inorganic powder；ultra-fine powder；surface processing

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