金屬粉體表面改性綜述

1、金屬粉體表面改性綜述姓名：王海云 學(xué)號(hào)：1103011030 班級(jí)：11級(jí)粉（1）摘要隨著材料新性能的要求越來(lái)越高，人們對(duì)金屬粉體的表面改 性也提出了新的要求，本文從概述金屬粉體的形狀、微結(jié)構(gòu)和缺陷開(kāi) 始，闡述了金屬粉體表面改性的方法及金屬粉體表面改性的主要影響因素，以探索和研究金屬粉體的表面改性。二Mu 二 鍵關(guān)鍵詞表面改性金屬粉體方法主要影響因素金屬粉體有著獨(dú)特的形態(tài)特征和物理、化學(xué)及機(jī)械性質(zhì)，作為獨(dú) 立材料或作為添加材料已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。目前，金屬粉末已經(jīng) 形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，無(wú)論是從粉體的品種，還是粒度、功用都有系列產(chǎn) 品可供選擇應(yīng)用，作為金屬粉體的主要功用之一，即是將金屬粉材料 與表

2、面技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成表面涂層，對(duì)基體材料進(jìn)行改性和賦予基 體新的功能。隨著人民的社會(huì)生活水平的提高，對(duì)材料的新性能要求 日趨提高，材料的功能化便是發(fā)展的趨勢(shì)。然而，從材料的整體性能 出發(fā)來(lái)追求功能化往往受到限制，所以更多關(guān)注的是材料的表面性 能。金屬粉體的形狀、微結(jié)構(gòu)和缺陷金屬粉體的結(jié)構(gòu)一般與粗品相同，用氣相蒸氣法制取的各種金屬 粉體的形狀是多種多樣的。六方密堆金屬鎂超微粉體呈六角對(duì)稱(chēng)的片 狀或等軸狀，鋅超微粉基本上與鎂的形狀相同。面心立方金屬銀、鉆、鎳、銅、鈀和金的形狀十分相似，它們的 單品為八面體，一般為立方體的平面截了角的八面體，截角的程度從 零（則八面體）至50% （立方八面體）。表面

3、改性超微粉體表面改性指通過(guò)采用表面添加劑的方法，使超微顆粒表 面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和物理作用，從而改變微粒的表面狀態(tài)，改善或改變 粉體的使用性質(zhì)的處理過(guò)程。通過(guò)表面改性，可提高粉體的分散性、 耐久性、耐候性，提高表面活性，從而使超微粒表面產(chǎn)生新的物理、 化學(xué)、光學(xué)特性，適應(yīng)不同的應(yīng)用要求，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，并顯著提 高材料的附加值。粉體表面改性的主要方法是根據(jù)需要在粉體表面引 入一層包覆層。這樣改性后的粉體就可以看成是有“核層”和“殼層” 組成的復(fù)合粉體，通過(guò)在金屬粉體上涂覆一層化學(xué)組成不同的覆蓋 層，能夠使其具有兼容性、提高其熱、機(jī)械及化學(xué)穩(wěn)定性，改變其光、 磁、電、催化、親水、疏水及燒結(jié)特性，提高

4、其抗腐蝕、耐久性和使 用壽命。2.1溶膠-凝膠法溶膠-凝膠過(guò)程是指無(wú)機(jī)前驅(qū)體通過(guò)各種反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 金屬醇鹽經(jīng)過(guò)水解或縮合反應(yīng)形成金屬氧化物分子是最常見(jiàn)的溶膠- 凝膠反應(yīng)。溶膠-凝膠法中，二氧化硅是應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)表面和界面 性質(zhì)的表面修飾劑。選擇二氧化硅作為顆粒表面的包覆層原因有兩 個(gè)：其一是二氧化硅粉體即使在等電點(diǎn)PH值等于2左右也不容易聚 集；其二是它在中性PH值及較高的鹽濃度條件下也有很高的穩(wěn)定性。 因此，用二氧化硅覆蓋顆粒表面可以使顆粒分散在介質(zhì)中達(dá)到較高的 體積分?jǐn)?shù)，并具有良好的穩(wěn)定性，而且這種穩(wěn)定性不受PH值和鹽濃 度的影響。2.2聚合物包覆法其主要就是在粉體表面引

5、入有機(jī)分子，以起到改善、修飾粉體性 質(zhì)的作用。在金屬粉體表面包覆一層有機(jī)物可以達(dá)到如下作用：抗腐 蝕的屏障作用，改善有機(jī)介質(zhì)中的潤(rùn)濕性和穩(wěn)定性，復(fù)合材料的界面 調(diào)控作用，通過(guò)錨定活性分子或生物分子而具有生物性能。高分子包 覆的顆粒在催化劑、合成橡膠、化妝品、粘接材料、墨水、顏料、靶 向藥物等方面有著重要的作用。聚合物的包覆有兩種方法：其一是通 過(guò)吸附或反應(yīng)使有機(jī)分子包裹在粉體表面；其二是通過(guò)單體在金屬粉 體表面聚合形成包覆層。2.3微波等離子體聚合法顆粒在離開(kāi)等離子區(qū)時(shí)，表面帶有高密度的相同符號(hào)的電荷，可 以有效防止顆粒間的團(tuán)聚。用這種方法，既可以在金屬粉體表面包覆 陶瓷粉體，也可以包覆有機(jī)高

6、分子。納米粉體表面包覆高分子的過(guò)程示意圖。第一步是在微波等離子 區(qū)合成納米顆粒，前驅(qū)體在等離子區(qū)受到快速加熱而蒸發(fā)、熱解、沉 積下來(lái)成為納米顆粒，反應(yīng)溫度要盡可能低。在等離子反應(yīng)區(qū)后引入 單體。2.4機(jī)械力化學(xué)改性在粉體進(jìn)行超細(xì)粉碎同時(shí)實(shí)施表面化不改性，利用粉碎機(jī)械力效 應(yīng)可以促進(jìn)和強(qiáng)化改性效果。粉碎過(guò)程中施加的大量機(jī)械能，除消耗 于顆粒細(xì)化外，還有一部分用于改變顆粒的晶格與表面性質(zhì)，從而呈 現(xiàn)激活現(xiàn)象。激活的顆粒極易于與改性劑發(fā)生反應(yīng)。此外，在粉碎過(guò) 程中不斷出現(xiàn)新鮮的顆粒表面，也易與改性劑發(fā)生反應(yīng)，這就是機(jī)械 力化學(xué)效應(yīng)。2.5其它改性方法其它改性方法也比較多，例如通過(guò)機(jī)械力、超聲波、高能

7、處理等 也可以對(duì)粉體進(jìn)行表面改性。通常這些方法同其它方法相結(jié)合，對(duì)粉 體的表面改性效果更佳。機(jī)械化學(xué)改性是通過(guò)超微粉碎及其它強(qiáng)烈機(jī) 械力作用的過(guò)程有目的地對(duì)粉體表面進(jìn)行激活，在一定程度上改變顆 粒表面的晶體結(jié)構(gòu)（表面無(wú)定形化）、溶解性能、化學(xué)吸附和反應(yīng)活性 （增加表面的活性點(diǎn)或活性基點(diǎn)）等。影響超微粉體表面化學(xué)改性效果的主要因素3.1粉體原料的性質(zhì)粉體原料的比表面積、粒度大小和粒度分布、 比表面能、表面物理化學(xué)性質(zhì)、團(tuán)聚性等均對(duì)改性效果有影響。3.2表面改性劑配方粉體的表面改性在很大程度上是通過(guò)表面改性劑在粉體表面的作 用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此表面改性劑的配方對(duì)改性效果有直接的影響。表面 性劑品種的選

8、擇主要由粉體原料的性質(zhì)、產(chǎn)品的用途或應(yīng)用領(lǐng)域以及 工藝、價(jià)格、環(huán)保等因素決定；用量需通過(guò)改性實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用性能實(shí)驗(yàn) 來(lái)確定，理論上在顆粒表面達(dá)到單分子層吸附所需的用量為最佳用 量；添加方法最好是表面改性劑和粉體均勻充分地接觸，以達(dá)到改性 劑的高度分散和均勻包覆。3.3表面改性工藝要求滿足表面改性劑的應(yīng)用要求，對(duì)表面改性劑的分散性能好， 能夠?qū)崿F(xiàn)牢固均勻地包覆；同時(shí)要求工藝簡(jiǎn)單、參數(shù)可控性好、產(chǎn)品 質(zhì)量穩(wěn)定、能耗低、污染小。目前主要采用的工藝有干法、濕法、粉 碎和表面改性合二為一、干燥和表面改性合二為一等。3.4表面改性設(shè)備高性能的表面改性劑應(yīng)能夠使粉體及表面改性劑的分散性好、粉 體與表面改性劑的接

9、觸或作用機(jī)會(huì)均等，以達(dá)到均勻的單分層吸附、 減少改性劑用量；同時(shí)，能方便調(diào)節(jié)改性溫度、反應(yīng)停留時(shí)間，以達(dá) 到牢固包覆和使溶劑或稀釋劑完全蒸發(fā)；此外，單位產(chǎn)品能耗和磨耗 應(yīng)較低，無(wú)粉塵污染，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)。金屬粉體表面改性的意義與小結(jié)總體而言，金屬粉體的表面改性具有以下幾點(diǎn)意義：（1）改善粉體在水或有機(jī)介質(zhì)中的潤(rùn)濕性或分散性。（2）根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求，強(qiáng)化或減弱粉體在某些方面的性質(zhì)。（3）金屬粉體經(jīng)過(guò)改性后，與基體間有較強(qiáng)的親和力和相容性， 生成的復(fù)合材料性能更佳。粉體表面改性的原理及相關(guān)理論是表面改性技術(shù)的基礎(chǔ)。它涉及 到粉體的表面性質(zhì)，粉體的表面與表面改性劑的作用機(jī)理，如吸附或 化學(xué)反應(yīng)的類(lèi)型，作用力或鍵合力的強(qiáng)弱，熱力學(xué)性質(zhì)的變化等等。 對(duì)粉體進(jìn)行表面改性，可以賦予粒子諸多優(yōu)異性能，是提高粉體性能 的有效途徑。因此，對(duì)該技術(shù)的探索和研究引起諸如塑料、復(fù)合材料、 橡膠、潤(rùn)滑劑等諸多行業(yè)的關(guān)注。雖然目前在改性機(jī)理、改性方法及 設(shè)備改性效果的表征等方面仍完善，值得指出的是中國(guó)科學(xué)家提出的 界面理論已經(jīng)成為指導(dǎo)中國(guó)粉體表面改性技術(shù)的理論，并使之位列國(guó) 際先進(jìn)水平。參考文獻(xiàn)盧寺慈.粉體加工技術(shù)M.中國(guó)輕工業(yè)出版，1999.張立德.超微粉體制備與應(yīng)用技術(shù)M.北京：中國(guó)石化出 版社，2