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《粉末材料合成與加工新技術(shù)》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、粉末材料合成與加工新技術(shù)1粉末材料及超細(xì)粉末材料的特性及應(yīng)用2粉末材料制備技術(shù)概述3粉末材料的物理制備方法4粉末材料的化學(xué)制備方法5粉末材料的結(jié)構(gòu)特征1.粉末材料的分類粉末材料:具有一定粒度的顆粒材料統(tǒng)稱為粉末材料。按粒度大小可分為:粗粉、細(xì)粉、微粉、超微粉、納米粉末超微粉(ultrafinepowder;或superfinepowder):粒度小于3?m的粉體亞微米粉末:1?m
2、亞微米及納米粉末材料方面。一、粉末材料的分類、特性及應(yīng)用2.粉末材料的合成與加工技術(shù)主要研究?粉體的制備技術(shù)?分級(jí)技術(shù)?分離技術(shù)?干燥技術(shù)、輸送及混合均化技術(shù)?表面改性、復(fù)合技術(shù)等3.超細(xì)粉末材料的特性當(dāng)粉末材料的粒度處于亞微米及納米狀態(tài)時(shí),其尺度介于原子、分子與粒狀材料之間,有人稱之為“第四狀態(tài)”。由于粉末的細(xì)化,其表面分子排列、電子分布結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)均發(fā)生大的變化,從而顯示出獨(dú)特的理化性能,如:表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、宏觀隧道效應(yīng)等。3.1微米及亞微米粉末的特性與塊體和顆粒材料相比,主要性能變化表現(xiàn)在:?
3、比表面積增大,表面能大,表面活性高?當(dāng)兩種微米或亞微米粉末材料復(fù)合時(shí)可產(chǎn)生熔點(diǎn)下降或功能強(qiáng)化效應(yīng)3.2納米粉末材料的特性納米材料與塊體材料的物理化學(xué)性質(zhì)有明顯的差異?從結(jié)構(gòu)上看:納米顆粒不同于原子又不同于結(jié)晶體,它可以是單晶、也可能是非晶態(tài)?表面結(jié)構(gòu)不同于內(nèi)部結(jié)構(gòu),晶體材料的結(jié)構(gòu)周期性不再存在,表面振動(dòng)模式占主導(dǎo)地位,表面原子運(yùn)動(dòng)更加劇烈。納米粉末材料和由之構(gòu)成的納米固體具有三個(gè)方面的特性效應(yīng):小尺寸效應(yīng);表面與界面效應(yīng);量子尺寸效應(yīng)小尺寸效應(yīng)當(dāng)材料的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或透射深度等物理特
4、征尺寸相當(dāng)或更小時(shí),材料中周期性的邊界條件將會(huì)打破,由此造成聲、光、電磁、熱力學(xué)等性質(zhì)呈現(xiàn)新的特征。例如:納米金(2nm)結(jié)構(gòu):?jiǎn)尉?、多晶、孿晶熔點(diǎn)由1337K→600K納米強(qiáng)磁材料(Fe-Co合金)當(dāng)晶粒尺度與單磁疇臨界尺寸相當(dāng)時(shí),矯頑力甚高表面與界面效應(yīng)顆粒尺寸減小造成表面積增大和表面原子比例增大,同時(shí)缺少近鄰配位的原子比例大大提高,表面電子的自旋構(gòu)像和電子能譜亦會(huì)相應(yīng)變化,這會(huì)大大增加材料的化學(xué)活性。呈現(xiàn)新的理化性質(zhì)。例如:10nm粉體比表面積:90m2/g;5nm粉體比表面積:180m2/g;2nm粉體比表面
5、積:450m2/g;量子尺寸效應(yīng)顆粒尺寸的減小引起材料能帶結(jié)構(gòu)的變化,價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能隙有增大的趨勢(shì),從而引起發(fā)光帶的波長(zhǎng)減?。ㄋ{(lán)移,blueshift)。當(dāng)粒子尺寸下降到最低值時(shí),費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)現(xiàn)象。量子尺寸效應(yīng)會(huì)造成磁、光、聲、熱、電性能的變化。例如:?納米金屬呈現(xiàn)電絕緣性?納米金屬不再具有金屬光澤?惰性金屬呈現(xiàn)極大催化性?納米金屬材料強(qiáng)度成倍增加等4.超細(xì)粉體材料的應(yīng)用超細(xì)粉體材料和納米材料由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),其應(yīng)用范圍十分廣泛,并帶動(dòng)傳統(tǒng)材料的更新?lián)Q代。?航空、航天、國(guó)防工
6、業(yè)中的應(yīng)用——利用超細(xì)粉末獨(dú)特的波吸收特性,可制造隱身材料——超硬復(fù)合材料:防彈材料——利用其高化學(xué)特性制造新一代炸藥,固體推進(jìn)劑,提高火箭功率——高性能功能材料?化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域——納米催化劑,新一代建材涂料?生物醫(yī)藥領(lǐng)域——超細(xì)藥物:吸收快、療效高——粉末藥品針劑化——納米中藥——納米化保健品新型功能材料特殊的磁、光、電、性質(zhì),能夠開(kāi)發(fā)出一大批新型功能材料。-------納米磁性材料表現(xiàn)出巨磁電阻效應(yīng),可生產(chǎn)高密度磁盤,存儲(chǔ)器,傳感器等?高性能新一代結(jié)構(gòu)材料超細(xì)化和納米化為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用展開(kāi)了新的前景。例如:NanO
7、-Al2O3+NanO-SiC→NanO+Al2O3-SiC力學(xué)性質(zhì):1540MPa納米非晶合金Al8Ni10Ce3室溫張力強(qiáng)度:1.6GPa300℃時(shí)張力強(qiáng)度:1.0GPa(高于最好合金的20倍)據(jù)預(yù)測(cè):納米材料結(jié)構(gòu)器件市場(chǎng)容量:6375美元納米薄膜器件市場(chǎng)容量:340億美元納米復(fù)合材料及其它復(fù)合材料:5457億美元二、粉末材料的制備技術(shù)概述1.粉末材料制備技術(shù)發(fā)展概況16世紀(jì)前:傳統(tǒng)落后的碾磨技術(shù)19世紀(jì):機(jī)械破碎和研磨技術(shù)發(fā)展20世紀(jì)初:機(jī)械粉磨技術(shù)改新,提出新的研磨方式:噴射磨、振動(dòng)磨等20世紀(jì)中后期:超細(xì)粉
8、碎技術(shù)及超細(xì)粉末制備技術(shù)發(fā)展?機(jī)械粉碎設(shè)備及相關(guān)技術(shù):氣流粉碎機(jī)、高效攪拌球磨機(jī)、旋轉(zhuǎn)碾碎機(jī)、冷凍粉碎機(jī),一般僅能獲得微米或亞微米粉末(物理的)?通過(guò)化學(xué)的或物理化學(xué)的制備技術(shù):蒸發(fā)凝聚、濕化學(xué)法、噴霧法、氣相法等,可獲得微米、亞微米和納米粉末2.與粉末制備技術(shù)相關(guān)的技術(shù)的發(fā)展?分級(jí)技術(shù)為獲得粒徑分布合理的粉末材料,要求對(duì)粉末材料進(jìn)行分級(jí)處理(