特种超细粉体制备技术及应用

特种超细粉体制备技术及应用

王 智

合肥水泥研究设计院有限公司 安徽合肥 邮编 713800

内容摘要：介绍了超细粉体在国民经济各领域的应用,研究了各种超细粉体的制备技术、分级技术及设备的性能特点,分析了国内外相关技术,对超细粉体技术今后的发展和研究方向提出了建议。

关键词：超细粉碎;制备;分级

引言：特种超细粉体是指在军事、航空航天、电子、信息、舰船、生物工程及基因工程等领域急需的一些特殊超细粉体。超细粉体技术被国内外科技界称之为跨世纪的高新技术。此书内容涉及目前在军工、航空航天、电子对抗、医药、生物工程等领域所采用的各种特殊超细粉体的制备技术及其在各领域的实际应用和意义。

1. 特种超细粉体制备方法

1. 气流粉碎机

气流粉碎机又称流能磨或喷射磨,由高压气体通过喷射嘴产生的喷射气流产生的巨大动能,使颗粒相互碰撞、冲击、摩擦、剪切而实现超细粉碎。粉碎出的产品粒度细,且分布较集中;颗粒表面光滑,形状完整;纯度高,活性大,分散性好。目前超细粉碎机有很多的机型,其中流化床式气流粉碎机是其效率最高的。其工作原理为物料进入粉碎室,超音速喷射流在下部形成向心逆喷射流场,在压差作用下,使磨底物料流态化,被加速的物料在多喷嘴的交汇点汇合,产生剧烈的冲击碰撞,摩擦而粉碎,被粉碎的细粉随气流一起运动至上部的涡轮分级机处,在离心力作用下,将符合细度要求的微粉排出。其优点是粉碎效率高,能耗低,磨损极小,可用于高硬度物料的粉碎,产品粒度窄等。

2. 机械冲击式粉碎机

冲击式粉碎机已经有很长的历史了,其利用围绕水平或垂直柱高速旋转的回转体,对物料进行强烈的冲击,使之于固定体或颗粒间冲击碰撞,以较强大的力量使颗粒粉碎。冲击式粉碎机可分为涡轮式、气流涡旋式、内分级式粉碎机等。市场上还有与一般粉碎机不同的高速涡流粉碎机,它不只是利用冲击力和剪断力等单纯粉碎力进行粉碎,还利用叶片背面产生的无数超声波涡流,以及由此产生的高频压力的振动作用将物料粉碎,在一定条件下粘性和弹性物料也能被粉碎。在粉碎作业中原料的温度上升很少,因而对热敏性物质也可进行粉碎。主要的有力马化机生产的JF400高速涡流粉碎机,江阴市奔达药化机械设备厂WLFJ-400型高速涡流粉碎机等。

3. 搅拌磨

搅拌磨又称砂磨机,是20世纪60年代开始用于超细粉碎中的设备,可分为盘式、棒式、环式和螺旋式;按工作方式分间歇式、连续式和循环式。主要由一个静止的内填小直径研磨介质研磨筒和一个旋转搅拌器构成,研磨作用是通过搅拌器把动力直接施加于研磨介质上而实现的。由于此种机型在制备超细粉体材料中很少见,本文在此不多提。

2. 超细粉体材料的应用

随着粉体技术的不断发展，超细粉体材料在相关传统行业中的应用日益广泛，市场前景十分广阔。超细粉体材料由于颗粒尺寸的微细化，使它的许多物理、化学性能产生了特殊变化，人们将这些性能应用在化工、轻工、冶金、电子、高技术陶瓷、复合材料、核技术、生物医学以及国防尖端技术等领域，大大推进了这些领域的发展，可以说超细粉体材料正在渗入整个工业部门和高技术领域，因此，超细粉体被誉为现代高新技术的原点。目前，超细粉体主要市场面向微电子，化工、轻工、医药、农药、磨料、高技术陶瓷、食品等领域。

1. 在微电子行业中的应用

超细微粉应用于微电子工业的典型代表有电子浆料、磁记录材料以及电子陶瓷粉料。电子浆料是微电子领域必不可少的电极材料，它被敷于导电体、介电体和绝缘体的表面。用于导电浆的导电性粉末有Au、Pt、Pd、Ag、Cu、Ni等；用于介电浆的粉末有BaTiO3、TiO2等；用于电阻浆的粉末有RuO2、MoO3、LaB6、C等。我国虽有数家单位进行电子浆料的研究生产，但是远不能满足要求，每年需进口一定数量的电子浆料。电子浆料是未来超细微粉重要的应用之一。磁记录材料是用于录音带、录像带的超细针状Fe3O4磁粉的主要应用。研究表明，超细磁粉制作的录音带、录像带比普通磁带的记录密度高10倍。国内已有这方面的开发工作，有的中试性能指标优于日本TDK公司的水平。用气流粉碎面制备永磁合金超细粉的工作也在进行中。电子陶瓷的超细超纯粉料是我国重点开发的超细粉体项目之一，其中BaTiO3作为PTC热敏电阻以及陶瓷电容器的主要原料，随着研究的深入、工艺设备的优化、PTC应用领域的扩大以及陶瓷电容需求量持续增长，BaTiO3超细粉体的市场前景非常广阔。

2. 在模具制造、军事工业中的应用

在模具制造生产中，颗粒越细、比表面积越大越易于成型和烧结。现在金属注射成形工艺所用的粉末颗粒一般在0.5~20μm，既能加速烧结收缩，有助于提高材料的力学性能，延长材料的疲劳寿命，又能改善耐、抗应力腐蚀及磁性能。并且利用模具通过烧结可快速制造高密度、高精度、三维复杂形状的机械零件，能够快速准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品，并可直接批量生产出零件，是制造技术行业一次新的变革。在军事工业中，超细粉体由于表面积增大，活性增强，各种反应易于进行，而且反应充分，因此采用超细燃料加入火箭推进剂中，可以大大提高推进剂的燃烧速率，改善药体的力学性能，从而提高火箭发动机的命中精度和威力，对实现国防现代化极为重要。

3. 在轻工、化工行业中的应用

超细粉体的熔点比块状金属低得多，熔点和烧结温度随粒径变小而明显降低，在陶瓷行业中利用超细材料优异的表面活性和低温烧结性能可以极大地提高传统陶瓷产品的质量，同时也改善环境和降低物耗。在机械加工行业中不仅可以减少材料的加工成本，而且材料易于加工。随着化学工业的发展，原料来源广、价格相对便宜、加工制造技术较为成熟的超细非金属矿物材料在化工行业的应用越来越占重要地位。比如采用湿化学法制造超细高纯Al2O3粉体，因其具有机械强度高、硬度大、高温绝缘电阻高、耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能，已被广泛应用于化工行业的各个生产环节中。

结语：超细粉体从广义上讲是从微米级到纳米级的一系列超细材料,在狭义上讲是从微米级、亚微米级到100纳米以上的一系列超细材料。材料被破碎成超细粉体后由于粒度细、分布窄、质量均匀,因而具有比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、溶解速度快、烧结体强度大以及独特的电性、磁性、光学性等,因而广泛应用于电子信息、医药、农药、军事、化工、轻工、环保、模具等领域。目前我国超细粉体材料制造业发展较快,但设备品种不多,而且,许多品种都是仿造派生的,自主研发不够,所以要加大新理论的研究、新工艺的开发和新设备的研制工作。此外，用机械方式制取超细粉体所依赖的超细粉碎与分级技术的难度不断增加,开发与超细粉碎设备相配套的精细分级设备及其他配套设备,可以提高生产效率,降低能耗,保证合格产品粒度。

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