无机粉体材料
无机材料粉体
目录
无机材料粉体 (1)
1新材料 (2)
1.1新材料的界定与分类 (2)
1.2国家新材料十二五产业规划 (2)
2超细粉体材料 (3)
2.1超细粉体材料概念 (3)
2.2超细粉体材料现状 (3)
2.3超细粉体科学与技术 (4)
2.3.1超细粉体的制备方法 (4)
2.3.2超细粉体的分级技术 (6)
2.3.3超细粉体的表面改性与修饰 (7)
2.4 超细粉体的应用 (7)
2.5我国超细粉体产业状况 (10)
3特种陶瓷 (11)
3.1特种陶瓷概念 (11)
3.2我国的特种陶瓷发展特点 (12)
3.2.1研发先行带动产业化 (12)
3.2.2军用为主转变为民用为主 (13)
3.3.3生产普通件逐步发展为生产核心件 (13)
4电子陶瓷 (13)
4.1 电子陶瓷概念 (13)
4.2基础研究和应用基础研究 (14)
4.3电子陶瓷粉料 (15)
4.4电子陶瓷元器件 (16)
5前景展望 (18)
6氧化铝粉体 (20)
6.1国外高纯氧化铝粉体制备技术 (20)
6.2国内制备技术研究进展 (22)
6.3 氧化铝用途 (23)
7总结 (24)
1新材料
新材料产业是当今世界各国重点发展的高新技术产业之一。新材料技术对其他领域的发展起着引导、支撑和相互依存的关键性作用，是最具推动力的共性基础技术。具有优异性能或特定功能、应用前景广阔的新材料已成为发展信息、航天、能源、生物等高技术的重要基础材料。
1.1新材料的界定与分类
1、概念界定
新材料是指那些新出现或已在发展中的、具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料。新材料与传统材料之间并没有截然的分界，新材料在传统材料基础上发展而成，传统材料经过组成、结构、设计和工艺上的改进从而提高材料性能或出现新的性能都可发展成为新材料。
2、分类
新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围极其广泛，它同信息技术、生物技术一起成为二十一世纪最重要和最具发展潜力的领域。同传统材料一样，新材料可以从结构组成、功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类，不同的分类之间相互交叉和嵌套，目前，一般按应用领域和当今的研究热点把新材料分为以下的主要领域：
电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料（含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等）、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。
1.2国家新材料十二五产业规划
为了发展我国新材料产业，国家工信部发布了国家新材料十二五产业规划，其中提及到先进陶瓷领域，这也是我们前期调研新材料领域的重点方向。
先进陶瓷：重点突破粉体及先驱体制备、配方开发、烧制成型和精密加工等关键环节，扩大耐高温、耐磨和高稳定性结构功能一体化陶瓷生产规模。重点发展精细熔融石英陶瓷坩埚、陶瓷过滤膜和新型无毒蜂窝陶瓷脱硝催化剂等产品。积极发展超大尺寸氮化硅陶瓷、烧结碳化硅陶瓷、高频多功能压电陶瓷及超声换能用压电陶瓷。大力发展无铅绿色陶瓷材料。建立高纯陶瓷原料保障体系
2超细粉体材料
通过前期大量的调研发现，从产业投资领域来讲，陶瓷原料和粉体是我们最好的切入点。新材料十二五规划也提及了这方面的内容。在先进陶瓷领域要重点突破粉体的制备、配方开发，建立高纯陶瓷原料的保障体系。这和我们的投资理念不谋而合，所以下面我将就超细粉体材料进行详细的展开介绍。
2.1超细粉体材料概念
超细粉体是指尺寸大约为1nm -1um的微小固体颗粒，具有一系列特异的光学、热学、电学及磁学等方面特性。由于超细粉体材料具有特殊的性能，因此进入21世纪以后超细粉体材料的应用领域不断扩大，机械领域约占40.3%，热能领域占34.6%，电磁领域占12.9%，生物医学领域占8.9%，光学领域占2.4%，其它方面占2.4%。目前对于超细粉体尚无一个严格的定义从几纳米至几十微米的粉体统称为超细粉体，各行业由于超细粉体的用途和制备方法不同对超细粉体有不同的划分标准。但无论怎么划分理想的超细粉体应具有以下特点：1、粒子尽量小2、粒径分布范围窄3、无团聚4、粒子尽量为球形5、化学成分均一等。（百度文库）
2.2超细粉体材料现状
当今各国都投入大量人力、物力对超细粉体进行广泛深入的研究，特别是在应用领域；在日、美等国，一些常用的超细原料，如钛酸钡、氧化铝等已商品化。国际市场超微细粉体有些已进入工业应用阶段。一些国际著名的化学公司纷纷发展超微细粉体工业。在德国、美国和日本已出现了超微细粉体材料专业开发公司。
日本是高新技术陶瓷应用研究、开发的比较早的国家。90年代，日本和西欧在新型陶瓷用超微细粉体材料的年总产值分别为7.15亿美元和15亿美元，年平均增长率分别为15.8%和18.9%。我国20世纪80年代才陆续有超细粉体研究的报道，超细粉体材料在许多新领域的应用将有较大的发展，我国已建立了一些超细粉体材料专业生产厂，有的产品如铝粉已形成了生产规模，氧化锆、碳酸钙、氧化钛、氧化硅等已有一定的生产规模。近年来我国引进了一批高新技术，但与之相配套的超细粉体材料有些还要依赖进口。（百度文库）
超微细粉体材料市场前景十分广阔。据专家预测，21世纪头十年全球超细粉体产品的市场需求量将以平均每年 5.5%以上的速度增长,略高于同期的全球年平均经济增长率；随着高技术和新材料产业的发展壮大，传统产业进步和产品升级的步伐加快，相关应用领域对各类粉体、微粉和超微粉材料需求量逐渐增大，同时对粉体的物理性能各方面的要求提高，并且在节约能源、资源和保护环境方面更为严格。（出自中国粉体网 - 网盛生意宝(002095)旗下粉体专业网站）
2.3超细粉体科学与技术
超细粉体科学与技术是随着近代科技的发展而发展起来的一门新兴科学技术，是材料科学的重要组成部分，在理论研究和工程应用上都就有十分重要的意义。超细粉体科学与技术是指制备与使用超细粉体及相关的技术。其研究内容包括超细粉体的制备技术，分级技术、分离技术、干燥技术、输送，混合与均化技术、表面改性与修饰技术、粒子复合技术、检测技术、制造及储运过程中的安全技术、包装，运输及应用技术等等。
2.3.1超细粉体的制备方法
超细粉体的制备方法多种多样，按制备时的物相可分为固相法、液相法和气相法。按性质归类可分为物理方法、化学方法及物理化学法；按制备方法的特点可分为粉碎法、机械合金化、微乳液法等。
固相法制备超细粉体的主要特点是产量大，可以实现工业化，能制备其他方法无法制备的一些粉体，不足之处是粉体的细度、纯度及形态受设备和工艺本身
的限制，往往得不到很细及高纯的粉体。主要的合成方法有机械粉碎法、机械合金化等。
液相法制备的主要特征是可将各种反应的物质溶于液体中，可以精确控制各组分的含量，并实现了原子、分子水平的精确混合；容易添加微量有效成分，可制成多种成分的均一粉体；合成的超细粉体表面活性好；容易控制颗粒的形状和粒径；工业化生产成本较低等。气相法制备超细粉体是指在气象中形成超细粉体颗粒的一类工艺方法。
气相法合成超细粉体的特点是产品纯度高。分散性良好，颗粒粒径分布窄，粒径小。按照粉体形成过程中有无气相反应可将其分为蒸发冷凝和气相反应(CVD 法)两大类，按照其加热方式可分为电阻加热法、化学火焰法、等离子体法、激光法等。
超细粉体制备方法固
相
法
粉碎法
机械合金化
液
相
法
沉淀法，包括共沉淀法和均匀沉淀法
溶剂蒸发法，包括喷雾干燥法等
溶胶凝胶法
醇盐水解法
水热合成法
非水溶剂法
微乳液法
气
相
法
物理气相合成，包括激光法、等离子法、电阻加热法
化学气相合成。包括激光法、等离子法、电阻加热法
气相法：
2.3.2超细粉体的分级技术
超细粉体的分级技术在粉体制备过程中起着重要的作用。超细粉体分级按物料状态分为：
1．干法分级；
2．湿法分级；
3．超临界分级(介于干法和湿法之间)
干式分级设备主要有两类：有网筛分级与无网筛分级。干式分级的超细分级机大多数是随着机械冲击式超细粉碎(磨)机和气流磨的研制而开发的。
湿法分级，主要有水力旋流器特别是小直径水力旋流器、卧式螺旋分级机和蝶式分级机。用于工业的离心分级设备，可分为四种，即空气旋流器、空气环流分离器、水力旋流器、沉降式离心机。
重力水力分级设备利用沉降分级理论，如细粒悬浮液分级设备包括：机械分级机、圆锥分级机、箱式和槽式水力分级机、用于微细粒的重力分级机，以及错流式分级机。离心式分级设备包括：
1．水力旋流器；
2．卧式螺旋离心分级机；
3．叶轮式水力分级机；
4．Tuclaus．thal式离心分级机：
5．固定碗式离心分级机；
6．碟式离心分级机等；
注：随着科技的进步，粒子的尺度逐渐趋于超细化，超细粒子的固液分离，特别是固液非均相高效分离极为困难。由于微粒的布朗运动，传统的重力沉降几乎无法使用。无机陶瓷膜在液体分离领域应用日益广泛，它独特的错流过滤方式优异的物理、化学性能和机械强度，为超细粉体的生产提供了新型的分离与洗涤技术。
2.3.3超细粉体的表面改性与修饰
超细粉体表面改性与修饰主要是为了提高超细颗粒的分散性及颗粒的表面特性与使用功能，进而提高超细粉体的实际使用效果。目前，已成为超细颗粒材料研究和开发中一个极其重要的课题。超细粉体表面改性与修饰就是对超细颗粒进行新的加工，使其表面特性发生较大的改变，从而赋予粒子新的功能并使其物性得到改善。
2.4 超细粉体的应用
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。
行业用途
农业粮食加工、化肥、粉剂农药、饲料、人工降雨催
凝剂
矿业金属矿石的粉碎研磨、非金属矿深加工、低品位
矿物利用
冶金粉末冶金、冶金原料处理、冶金废渣利用、硬质
合金生产
橡胶固体填料、补强材料、废旧橡胶制品的再生利用
塑料塑料原料制备、增强填料、粉末塑料制品、塑料
喷涂
造纸造纸填料、涂布造纸用超细浆料、纤维状增强填
料
印刷油墨生产、铜金粉、喷墨打印墨汁、激光打印和
复印碳粉
药物粉剂、注射剂、中药精细化、定向药物载体、喷
雾施药
化工涂料、油漆、催化剂、原料处理
食品粮食加工、调味料、保健食品、食品添加剂
颜料偶氮颜料、氧化铁系列颜料、氧化铬系列
能源煤粉燃烧、固体火箭推进剂、水煤浆
电子电子浆料、集成电路基片、电子涂料、荧光粉建材水泥、建筑陶瓷生产、复合材料、木粉
精细陶
瓷
梯度材料、金属与陶瓷复合材料、颗粒表面改性
环保脱硫用超细碳酸钙、固体废弃物的再生利用、粉
状污水处理剂
机械粒度砂、微粉磨料、超硬材料、固体润滑剂、铸
造型砂
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。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Fe2O3磁粉的主要应用,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的水平。
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，其中钛酸钡作为PTC热敏电阻以及陶瓷电容器的主要原料而备受注目，利用化学共沉淀生产钛酸钡超细粉已经在数家单位形成中试规模，然而，由于生产工艺仍然是人工、间歇式的，使浆体性能波动较大，产品性能不能令人满意。随着研究的深入、工艺设备的优化，应用领域的扩大以及陶瓷电容需求量持续增长，钛酸钡超细粉体的市场前景是非常广阔。
2、超细材料在模具制造、军事行业中的应用
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MIM 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、三位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。与传统工艺相比,具有精度高、组织均匀、性能优异、生产成本低等特点,被形象地称为“21世纪的成型技术”。
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、超细材料在轻工、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。
4、在高技术陶瓷原料高级磨料和耐火材料中的应用
氧化物、氮化物、碳化物等高技术陶瓷原料是超细微粉最重要的应用领域，可以说超纯超细粉料是高技术陶瓷的生命之源，但是迄今为止，国内还没有一个规模性的高技术陶瓷超细粉料供应基地。这主要是由于它的制备技术繁杂、难度大、投资大、工艺设备不易通用。目前，国内已能批量供应的微料、亚微米粉料有氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、二氧化硅等。正在开发的有氮化铝等。作为高级磨料的碳化硅和刚玉超细粉要求颗粒度分布窄，不能有任何粗颗粒，因此，颗粒分级是磨料工业的一个难题，特别是对于小于2微米的磨料。高级耐火料使用大量的莫来石细粉作为浇铸料，它能赋与耐火材料较高的高温性能和抗热震性能。因此，很多单位正在从事这方面的工作。高技术陶瓷、高级磨料和耐火材料将是未来超细微最大的应用市场。
2.5我国超细粉体产业状况
随着超细粉体材料的研究向纵深发展，其应用范围将会越来越广泛。但当前从应用范围总体看，除非金属矿及个别领域外，迄令很多尚未完全达到工业生产规模，而且由于超细金属粉价格昂贵，所以不能得到普及应用。今后，应在以下几个方面开展研究：1）探求超细加工的新工艺及方法，以获得高纯度低成本的超细粉材料，这是急待解决的研究课题。2）研究新一代超细粉碎设备，超细粉碎设备是深加工的关键技术环节，要组织力量研制新一代超细粉碎设备，特别是适用于各种物料粉碎的气流粉碎机，在设备型号技术参数选定上要研制适合贵重物料粉碎的小型设备，以满足贵重物料超细加工的需求。3）集力量开展对分级设备的研究，许多部门对超细粉材料要求粒度分布范围窄，分级精度高。而微米
级干法分级技术难度较大，因此要集力量开展对分级设备的研制。4）开发多功能超细粉碎和表面改性设备，在进行超细粉碎的同时进行表面改性。
国家特种超细粉体工程技术研究中心于2002年初由国家科技部批准依托南京理工大学，它是由南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所、兵器工业--北化超细粉体技术开发中心及江苏省超细粉体工程技术研究中心演变组建而成。近几年取得了很多的成果。
研究领域：
1、开展军民领域各种特种超细粉体的制备技术及装备研究，如，军民领域的各种易燃易爆、韧性、塑性、超硬、生物活性及刚柔混合等特殊材料的制备技术与装备的研究开发；
2、超细粉体的表面改性技术研究；
3 、纳米/微米粒子的复合技术与装备及应用研究；
4、超细粉体制备过程的安全技术研究；
5、特种超细粉体技术的工程化与应用研究。
3特种陶瓷
超细粉体材料包括金属粉末、无机粉体材料、有机粉体材料等，上文我们重点讨论了超细粉料的制备以及应用。我们更关心无机粉体材料领域的应用。前期我们重点关注了特种陶瓷领域，下面我们将从特种陶瓷领域展开。
3.1特种陶瓷概念
特种陶瓷（Special Ceramics）也被称为先进陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷和精细陶瓷。它主要是指以高纯度人工合成的无机化合物为原料、采用现代材料工艺制备的、具有独特和优异性能的陶瓷材料。
分类：按性能不同，特种陶瓷可分为结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷又叫做工程陶瓷，是主要利用陶瓷的强度、刚度、韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度等力学性能的陶瓷材料，主要种类有高强度陶瓷、（超）高温陶瓷、（超）低温陶瓷、高韧性陶瓷、超硬度陶瓷和纳米陶瓷等。功能陶瓷是主要利用陶瓷的电、磁、光、
声、热等性能及其耦合效应的陶瓷材料，主要种类有电子陶瓷、敏感陶瓷、光学陶瓷、生物陶瓷、磁性陶瓷和超导陶瓷等。功能陶瓷中大约60%是电子陶瓷，它包括铁电陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、电介质陶瓷（电绝缘陶瓷和电容器陶瓷）等。
与传统陶瓷相比，特种陶瓷具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、电特性强等多种优异特性，它原料来源广、生产吨位小、利润高，广泛应用在电子、通信、航空航天、冶金、机械、汽车、石油化工、能源、生物和环保等国民经济支柱和基础产业以及国防建设，是现代制造业特别是高新技术应用中不可缺少的关键材料，代表着现代材料发展的主要方向，被誉为继金属材料和有机高分子材料后材料科学与工程技术领域的“第三次材料革命”。
3.2我国的特种陶瓷发展特点
3.2.1研发先行带动产业化
我国十分重视特种陶瓷的开发应用，起步早，投入大，涉及部门多。在特陶种类上，我国几乎对所有特种陶瓷材料都进行着研究、开发和生产，目前已形成比较完整的研发体系，在高温超导陶瓷等尖端高技术陶瓷的理论研究和实验水平处于世界领先地位。近年来，我国已将特种陶瓷作为发展高技术产业的一个重点，在基础和应用基础及产业化方面加大投入，仅“七五”、“八五”期间我国就投入1 亿元人民币用于开发特种陶瓷，其中用于汽车陶瓷发动机的研究经费就达人民
币3000万元。
3.2.2军用为主转变为民用为主
我国的特种陶瓷是20世纪50-70年代为支撑“两弹一星”而起步的，主要是为核试验和航空航天配套开发耐高温、耐烧蚀的特种陶瓷材料。现应用重点已转到以民用为主。
3.3.3生产普通件逐步发展为生产核心件
目前我国能生产大多数特种陶瓷，普通电子陶瓷和结构陶瓷如集成电路基板、瓷介电容、电阻、电感、磁性材料、蜂鸣器、滤波器等压电陶瓷无线电频率元件，中铝瓷、高铝瓷、电真空瓷、ZrO2 、SiC，纺织瓷件，莫来石- 堇青石窑具，电熔石英、电熔刚玉等已能大批量生产，产品质量稳定，已占领一定的国际市场, 但许多核心电子陶瓷元器件还依赖进口。
4电子陶瓷
特种陶瓷可分为结构陶瓷和功能陶瓷，功能陶瓷60%是电子陶瓷，当今世界电子通讯发展日新月异，对于材料的要求也越来越高。因此掌握先进的电子陶瓷材料技术是今后新材料领域的核心。
4.1 电子陶瓷概念
电子陶瓷材料是特种陶瓷材料领域中最具活力，最有发展前途的重要组成部分。它是以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征，在电子、通讯、自动控制、信息计算机、激光、医疗、机械、汽车、航空、航天、核技术和生物技术等众多高技术领域中为关键材料，其产值约占整个特种陶瓷总产值的70％，有着显著的社会效益和可观的经济效益。各经济发达国家、地区都把它列为优先发展的领域，研究、开发十分活跃。当前电子信息正向着集成化、微型化和智能化方向发展，相应地要求电子元器件逐步向微型化、薄膜化、多功能、高效能、高可靠性和高稳定性方向发展。
4.2基础研究和应用基础研究
电子陶瓷材料的开发应用首先依赖于新材料的发现和人工合成。由于现代科学技术的发展，化学与材料科学的发展与有机结合，产生了材料化学，物理与材料科学紧密结合形成了材料物理。近百年来，新化合物、固溶体、多晶型等不断涌现。电子陶瓷领域中，合成化合物及材料特性方面取得了某些重大进展。
伴随着电子陶瓷元器件向轻、薄、短、小、多功能、高性能、高可靠性、高密度表面组装的发展需要，以及日益激烈的市场竞争要求高合格率和低成本化，必须加强基础研究和应用基础研究。当前国内虽然有一批知名企业、单位，正从事这方面相关的研究工作，并已取得了长足的进步。但另一方面大都为跟踪研究，很少或缺乏独立自主的基础研究和应用基础研究。例如，有人对纳米材料基本特性尚缺乏应有的认识，就提出许多纳米产品进行误导；又如陶瓷相图研究国外十分重视，它是一项长期艰苦的复杂工作，国内已很少见到这方面的报道；界面物理化学及陶瓷材料设计等方面的工作，由于对仪器设备，计算技术要求高，费用大，国内至今这方面的工作少见报道；机械装备设计，加工制造与工艺人员的脱节，表现在现代化、高性能、高可靠方面和国外相比还有不小差距，以至进口装备的价格仍较国产同类或相近产品要高5～10倍。
4.3电子陶瓷粉料
高纯度、粒径分布窄、无团聚、确定晶型的粉体是获得高性能陶瓷材料的物质基础。因此，高性能、亚微米、纳米粉料有着宽广的市场和良好的经济效益。当前粉料制备技术中比较突出的问题是如何实现高性能、大批量、系列化、低成本化，如何解决废水、废气、粉尘对环境的污染，实现可持续发展，替代进口，参与国际竞争。（具体粉料制备技术参照本文第2章）
电子陶瓷按其特性来分, 可分为绝缘陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷和传感器陶瓷等. 在制备电子陶瓷元器件时, 为使其达到某种电特性或物理性质还要在主体粉体中搀入的少量杂质粉体(即掺杂粉体), 或在其表面涂末其它一些材料. 下面将简单介绍这些陶瓷及制备这些陶瓷所需的粉体材料。
1、绝缘陶瓷
绝缘陶瓷主要用于集成电路基片, 要求材料具有高电阻率、绝缘性好、不具有化学活性、导热性好、热膨胀系数小、可耐热处理等. 为保证绝缘陶瓷的绝缘性能, 要求采用不含碱离子或尽可能含碱离子少的材料.主要粉体是Al2O3, 目前占国际售销市场的90%～95%, 其它还有SiC,AlN,BeO,GaAs,硼硅酸盐等。
2、介电陶瓷
介电陶瓷主要用于制作电容器, 要求电阻率高、介电常数大、介电损耗小. 根据所用的介电陶瓷的特性, 陶瓷电容器可分为三种类型: é型为补偿型, 所用材料为顺电体; ê型为高介电常数型, 用非线性或铁电体材料; ?型为半导体型, 常用顺电体或铁电体材料.主要粉体有:BaTiO3,MgTiO3,CaTiO3,SrTiO3, PbTiO3,La2Ti2O7,CaZrO3等。
3、压电陶瓷
这种材料通过纯粹的机械作用而发生极化, 并导致介质两端表面出现符号相反的束缚电荷, 这种效应称压电效应, 具有压电效应的陶瓷称为压电陶瓷. 主要用于陶瓷滤波器、陶瓷变压器、机电陀螺、气体点火装臵等.主要粉体有:BaTiO3, PbTiO3, Pb(Ti，Zr)O3,ZnO,CdS,AlN等。
4、磁性陶瓷- 非晶态铁氧体
磁性陶瓷-非晶态铁氧体是具有亚铁磁性的非金属磁性材料, 它与金属磁性材料之间的主要差别在于导电性, 前者是半导体或绝缘体, 后者是导体. 分为
永瓷、软瓷、矩瓷、旋瓷和压瓷等. 主要用于雷达、通讯、记录、计算机、仪器仪表等.主要粉体有:MnO,Fe2O3,NiO,CoO,ZnO,BaO,TiO2,B2O3,PbO,GeO2,Y2O3, P2O3等组成的二元系或多元系。
5、传感器陶瓷
根据用途分为温度传感器、位臵速度传感器、光传感器、气体转感器、温度传感器、多功能传感器等. 大多数传感器所处的工作环境恶劣, 如高温、含腐蚀性气体等, 因此要求所用材料的热、化学及物理性质稳定.主要粉体有: BaTiO3, SrTiO3, Fe2O3, NiO, TiO2, LiNbO3, SnO2, ZrO2, Al2O3, Ag2S等。
4.4电子陶瓷元器件
1、基板材料
目前国内外主要采用 Al2O3陶瓷作为集成电路基板材料，然而随着电子元器件向高性能、高密度、大功率、小型化、低成本方向发展，迫切希望采用高导热系数陶瓷基板，理论上最适宜的候选材料有金刚石(C)、立方氮化硼(BN)、氧化铍(BeO)、碳化硅(SiC)和氮化铝(AlN)等。由于A1N导热系数高达250W〃rn-〃K-，虽比SiC及BeO略低，但比Al2O3略高8～1O倍，其体积电阻率，击穿强度，介质损耗等电气性能可与A1203瓷媲美，且相对介电常数较低，力学强度也较高，热膨胀系数为4．4xl0-6〃℃-，接近于Si可进行多层布线。可以认为是最佳候选材料之一。目前日本德山曹达、东芝及美国一些公司已开始相当规模的应用，AIN陶瓷年总产量已逾千吨。国内目前A1N基板尚处于起步阶段，主要基本指标热导率大都在130～180 W〃rn-I．K- 。一些研究单位科技攻关产品性能已接近国际水平，但高性能、批量化、产品一致性和低成本化等方面的问题尚有待进一步解决。
2、电阻基体材料
电阻是电路的基本元件，应用面广，需求量大。一般碳膜、金属膜电阻技术含量较低，产品价值不高，单件产品为微利，由于原材料、劳动力、能源等因素，目前国际市场有一定销路，但国内市场，价格竞争激烈。另一方面，高性能、超小型、大功率、高稳定性、新型片式、无感电阻国内外市场广阔，具有良好的社会经济效益，由于技术和装备方面的问题，目前我国尚处于起步阶段。
3、电容器陶瓷介质材料
近年来主要发展趋势是寻求大容量、小尺寸、高可靠、低价格的陶瓷电容器。与传统BaTiO3基介质材料相比，为提高介电常数和改善性能，出现了复合钙钛矿型材料。值得指出的是利用半导体p-n结的原理发展起来的晶界层电容器(GBLC)的出现，其视在介电常数较常规瓷介电容器的介电常数提高数倍至数十倍。以SrTiO3为基的晶界层电容器具有高介电常数，低介质损耗，低温度系数以及色散频率较高等优点，是最有发展前途的瓷料之一。目前，国内少数厂家已进入批量生产，然而在高性能、高合格率方面尚存在一定差距。可以相信，晶界层多层电容器(GBMLC)瓷料的出现将使电容器向小型化方向发展取得重大突破。
4、压电陶瓷材料
压电陶瓷是实现机械能与电能相互转换的重要功能材料，广泛应用于音响设备、传感器、报警器、超声清洗、医疗诊断及通讯等许多领域。一般压电陶瓷材料为锆钛酸铅(PZT)系，有的瓷料中氧化铅含量高达60％～70％，由于生产过程中产生的粉尘及烧结过程中的铅挥发，这不仅给工艺和产品质量稳定带来诸多问题，而且给生态环境和人类的健康带来危害，研究新型无铅压电陶瓷以减少对环境的污染己成为一项十分紧迫的任务。近年来国内外一些学者大都以BNBT系为基进行改性研究，并已取得某些进展，然而寻求无铅高性能压电陶瓷新系统取代传统的PZT系统决非易事，还有许多工作要做。
6、微波陶瓷介质材料
自从1971年Masse等人首次提出采用四钛酸钡(BaTi409)作为微波陶瓷介材料以来，随着现代通讯技术的不断发展，尤其是移动通讯向着高可靠，小尺寸方向发展，对材料的要求越来越高。为满足不同用途的要求，微波陶瓷介质材料种类有很多。主要有：ZiO2，2MgO i02，A1203，MgZiO3，BaTi409，BaTi902o，(Zr,Sn)TiOd，Ba(Zr,Ti)O3，MgTaO3，BaO—ZnO—NbEOs—Ta2O5，(Ca，Sr,Ba)O —ZIO2，BaO—TiO2一Sno2一Ln2o3等系统。无论哪种系统，一般都希望微波陶瓷材料具有适宜的相对介电常数，尽可能高品质因数Q0。
70年代美国最先研制出实用化的K38材料。接着, 日本在80年代提出了R-04C、R-09C等不同类型材料的微波性能。其后, 法国、德国等欧洲国家也相继开始了这方面的研究。目前, 日本在该领域的研究已后来居上, 村田、松下、
NGK等公司都有其各具特色的微波介质材料体系;美国、欧洲也未停止研究工作, 不断有微波介质陶瓷的研究报告发表。由于垄断和技术保密原因，微波陶瓷元器件售价十分昂贵。
从1991年以来, 电子部和国家科委加强了对微波介质陶瓷材料的研究工作, 北京建材院、电子科技大学信息材料学院等研究单位凭借其雄厚的科研实力和先进的测试设备, 都把微波介质陶瓷作为“八五”、“九五”攻关的重要课题, 力争赶上世界水平。电子科大已经有初步的研究成果,如低损耗的BZT-BMT材料达到相当水平, 用先进的HIP工艺制备BaO-Nd2O3-TiO2微波陶瓷属国内外首创。
5前景展望
无机材料对科学技术的发展，起了重要的推进作用，无机材料也对工业及社会的进步起了重要的作用。高温结构陶瓷作为发动机部件、切削用具，耐磨损、耐腐蚀、耐高温部件，已进入了汽车工业、冶金工业、化学工业、能源工业和环保工业领域。除此之外，无机材料还在国防和军事技术中具有重要的作用，如陶瓷防弹衣、红外夜视窗、导弹和飞机的端头帽、天线罩等等都有应用。
我国特种陶瓷行业存在不足：
1）特陶材料特别是结构陶瓷技术性问题较大，成本高，可靠性低，重复性强，导致应用面相窄。产品的高性能与低成本之间矛盾较大。
2）技术成果产业化有待加强，规模化生产技术和工艺装备相对落后，急需改造。我国在特种陶瓷的应用开发、生产水平和产业化等方面与日、美等国差距较大，总体差距10年以上，特别是在半导体过程用先进陶瓷、汽车用陶瓷、陶瓷基复合材料等方面处于落后位臵。目前世界最先进的高利润特陶产品我国未能占领市场，许多电子整机中的电子陶瓷元件仍基本依赖进口，如手机中使用的片式压电陶瓷滤波器等。原因是我国缺乏低成本、大批量制备高性能陶瓷材料的相关技术与设备，全国整体基础工业水平较为落后。
3）产品档次普遍不高，技术附加值低。我国普通电子陶瓷和结构陶瓷已能大批量生产，产品质量稳定，并占领一定的国际市场。但大部分产品的利润并不很高，有待提升产品的技术含量和附加值。我国永磁铁氧体年产量居世界首位。但与国外先进水平相比，产品档次滞后约10年。热敏、压敏电阻、压电频率元
件瓷料，能满足国内需求的60%左右，但产品质量与国外相比存在较大差距，尤其是电子陶瓷元器件片式化程度与国外相比差距更大。
4）特陶粉体（原材料）的生产加工落后，原材料依赖进口。影响我国特陶发展的重要因素之一是特陶粉体（原材料）的生产加工落后，体现在专用粉体生产缺乏，产量低，质量稳定性差，从而影响产品质量的稳定性和可靠性，因而目前许多生产线所需原材料必须从国外进口，可以说这是我国特陶发展的一个“瓶颈”。目前，这种状况正逐渐有所改善，国内近几年已有几家大型粉料专业生产厂建成投产，且产业发展势头很猛，但电子陶瓷特别是敏感元件所需粉体的专业化企业仍很缺乏。
今后无机材料的发展趋势：
1、新型能源转换和储能材料：主要在电动汽车和混合动力车等新一代环境协调型交通工具上发展。
2、新型光电子材料及器件：集中在信息技术数字化、网络化、超大容量信息传输、超高密度信息储存方面发挥巨大作用。
3、生物医用材料：除了人工骨、人工牙齿、HAP陶瓷、心脏瓣膜与血管支架等生物材料之外，还将利用特种纳米粒子，进行细胞分离、染色，生物探针标记及利用纳米制成药物或新型抗体进行临床疾病诊断。
4、信息功能材料：主要应用于信息技术中，材料的制作将向着微型化和智能化方向发展，在第三代移动通讯及数字化信息技术中，能扮演重要角色。
5、轻质高强材料：在未来汽车工业和高速列车上，对新一代轻质高强、高韧的复合材料提出了要求。
6、纳米无机材料：主要集中在光子电子纳米信息材料；纳米发光材料；纳米结构器件设计等方面。这类材料有可能成为下一代微电子和光电子器件的核心，以及新一代发光器件。
6氧化铝粉体
各类陶瓷粉体中，氧化铝是电子陶瓷行业最主要的材料，一般认为氧化铝粉体占到行业产值的70%，我们粗略估计市场规模有300亿美金。其中高端粉体（含95、96和99瓷）1995年预计市场规模为15亿美元，2000年预计需求为45万吨达到20亿美元，近年来随着行业应用的不断扩大，预计21世纪以来年复合增长率接近10%。1995年已形成116亿美元的粉料市场和百亿美元的产品市场，预计此后的年符合增长率约9.5％。高端粉体的附加值较高，下文将会对高端粉体进行具体分析。
高纯超细氧化铝粉末具有高强度、高硬度、抗磨损、耐高温、耐化学腐蚀和超光滑表面性等一系列的优异特性，成为极其重要的结构陶瓷、功能陶瓷催化剂和载体材料，被广泛应用于航天航空、冶金、化工、电子、国防及核技术等高科技领域。近年来随着高纯超细氧化铝粉应用领域的迅速拓宽，国内外对高纯超细氧化铝粉末的制备方法进行了大量的研究，目前欧美及日本等国在技术上处于领先地位。
6.1国外高纯氧化铝粉体制备技术
目前国外制备高纯氧化铝的方法有：火花放电法，碳酸铝铵热裂法和改进的拜耳法等。火花放电法得到的氧化铝纯度视原料铝的质量而定；碳酸铝铵热裂法得到粒状0.1～0.5μm高纯度和烧结性良好的氧化铝;改进的拜耳法得到粒度小于1μm的氧化铝;在上述制备高纯氧化铝的方法中,以碳酸铝铵热裂法制得的氧化铝纯度较高和成本低。现将各种制备方法略述如下：
（1）火花放电法
利用水溶液在高电压下放电的原理，由铝电极制得的水合氧化铝经焙烧得到氧化铝。直径 1.0~1.5μm的高纯粒状铝浸入反应器内的无离子水内。在24KV 高电压下每秒1200次火花放电。由电能使粒状铝生成粉末状铝。同时使水分解成氢氧离子。粉末状铝与氢氧离子反应生成水合氧化铝。由于火花放电冲击，产生的气体激烈地搅拌粒状铝。使全部粒状铝的表面产生放电，防止粒状铝熔融。水合氧化铝经焙烧后得到α-Al2O3。α-Al2O3的纯度视原料铝的质量而定。
材料合成与制备
作业习题： 一、名词解释 1. 胶体(Colloid)：胶体是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的重量可以忽略不计，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。 2. 溶胶：是具有液体特征的胶体体系，是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，不停地进行布朗运动的体系。分散粒子是固体或者大分子颗粒，分散粒子的尺寸在1~100nm之间，这些固体颗粒一般由103~109个原子组成。 3. 凝胶(Gel)：凝胶是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网络骨架，骨架孔隙中充满液体或气体，凝胶中分散相含量很低，一般在1%~3%之间。 4. 溶胶－凝胶法(Sol-gel)：是采用具有高化学活性的含材料成分的液体化合物为前驱体（通常是金属有机醇盐或无机化合物），在液相下将这些原料均匀混合，并进行一系列的水解、缩聚化学反应，通过抑制各种反应条件，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经过陈化，胶粒间缓慢聚合，形成了三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成了凝胶。凝胶再经过低温干燥，脱去其间溶剂而成为一种多孔空间结构的干凝胶或气凝胶，最后，经过烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。 5. 多孔材料：是由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体所组成。 6. 水解度R：是水和金属醇盐物质的量比，即溶胶－凝胶反应过程中加水的量的多少。 二、填空题 1.溶胶通常分为亲液型和憎液型两类。 2. 材料制备方法主要有物理方法和化学方法。 3. 化学方法制备材料的优点是可以从分子尺度控制材料的合成。 4. 由于界面原子的自由能比内部原子高，因此溶胶是热力学不稳定体系，若无其它条件限制，胶粒倾向于自发凝聚，达到低比表面状态。 5. 溶胶稳定机制为胶体稳定的DLVO理论。 6. 计算颗粒间范德华力通常用的两种模型为平板粒子模型、球型粒子模型。 7. 溶胶稳定机制中增加粒子间能垒通常用的三个基本途径是使胶粒带表面电荷、利用空间位阻效应、利用溶剂化效应。 8. 溶胶的凝胶化过程包括脱水凝胶化和碱性凝胶化两类。 9. 溶胶－凝胶制备材料工艺的机制大体可分为三种类型传统胶体型、无机聚合物型、络合物型。 10. 搅拌器的种类有电力搅拌器和磁力搅拌器。 11. 溶胶凝胶法中固化处理分为干燥和热处理。 12. 对于金属无机盐的水溶液，前驱体的水解行为还会受到金属离子半径的大小、电负性和配位数等多种因素的影响。 课后习题 一、名词解释 1、水热法：是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。 2、溶剂热法：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料。 3、超临界流体：是指温度及压力都处于临界温度和临界压力之上的流体。在超临界状态下，物质有近于液体的溶解特性以及气体的传递特性：粘度约为普通液体的0.1～0.01；扩散系
粉末冶金粉体常见的制备方法及综述1
粉末冶金粉体常见的制备方法及综述Powder metallurgy powder and preparation method of common 摘要：粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。粉末冶金制品的应用范围十分广泛，从普通机械制造到精密仪器；从五金工具到大型机械；从电子工业到电机制造；从民用工业到军事工业；从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。目前，我国粉末冶金行业整体技术水平低下、工艺装备落后，与国外先进技术水平相比存在较大差距。本文介绍了粉末冶金粉体的制备方法，包括物理方法和化学方法，物理法包括机械粉碎法，化学法包括气相沉积法、雾化法和电解法，气相沉积法、雾化法和电解法目前在工业上已经得到了广泛的应用。 关键词：粉末冶金；粉体；气相沉积法，雾化法，电解法Abstract: the method of powder metallurgy originated in three thousand years . Manufacture of iron for the first method is essentially by powder metallurgy method. Powder metallurgy products, a wide range of applications, from the ordinary machinery manufacturing of precision instrument; from the hardware to the large machinery; from electronics to motor manufacturing; from the civilian industry to the military industry; from the general technology to sophisticated high technology, can see the figure of powder metallurgy
无机粉体分散剂-连接有机与无机的桥梁
无机粉体分散剂－连接有机与无机的桥梁 无机粉体分散剂是一种在无机材料和高分子材料的复合体系中,能通过物理和/或化学作用把二者结合,亦或能通过物理和/或化学反应,使二者的亲和性得到改善,从而提高复合材料综合性能的一种物质。 通过使用粉体分散剂，可在无机物质和有机物质的界面之间架起"分子桥"，把两种性质悬殊的材料连接在一起，形成有机基体-粉体分散剂-无机基体的结合层，提高复合材料的性能和增加粘接强度。 那么无机粉体分散剂的应用性能主要体现在什么方面呢？ 1.对无机粉体表面进行包覆处理 能改善玻璃纤维和树脂的粘合性能，大大提高玻璃纤维增强复合材料的强度、电气、抗水、抗气候等性能，
它对复合材料机械性能的提高，效果也十分显著。 2.增加相容性与分散性 可预先对填料进行表面处理，也可直接加入树脂中，从而改善填料在树脂中的分散性及粘合力，改善无机填料与树脂之间的相容性，改善工艺性能和提高填充塑料(包括橡胶)的机械、电学和耐气候等性能。 3.用作密封剂、粘接剂和涂料的增粘剂 提高材料的粘接强度、耐水、耐气候等性能。粉体分散剂之所以能作为增粘剂，其作用原理在于它本身有两种基团：一种基团可以和被粘的骨架材料结合；而另一种基团可以与高分子材料或粘接剂结合，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，提高粘接强度。 4.其他方面的应用： ①使固定化酶附着到玻璃基材表面；②油井钻探中防；③使砖石表面具有憎水性；④通过防吸湿作用，使荧光灯涂层具有较高的表面电阻；⑤提高液体色谱柱中有机相对玻璃表面的吸湿性能；⑥改善填充橡胶的物理加工性能等。 5.小结 随着科技的发展，对于高性能的材料的要求也会更加高，无机粉体分散剂在工业、复合材料工业、高分子工业中不可缺少的助剂之一。
二氧化锡半导体纳米粉体
二氧化锡半导体纳米粉体的制备及气敏性能研究报告 学院：资源加工与生物工程学院 班级：无机0801 姓名：魏军参 学号：0305080723 组员：张明陈铭鹰项成有
半导体纳米粉体的制备及气敏性能研究 前言 SnO2 粉体作为一种功能基本材料，在气敏、湿敏、光学技术等方面有着广泛的应用。目前是应用在气敏元件最多的基本原材料之一。纳米级SnO2 对H2 、C2H2 等气体有着较高的灵敏度、选择性和稳定性，具有更广阔的应用市场前景。研究纳米SnO2 粉体的制备方法很多，例如：真空蒸发凝聚法、低温等离子法、水解法、醇盐水解法、化学共沉淀法、溶胶—凝胶法，近期还出现了微乳液法，水热合成法等。每种制粉方法各有特点，但是在目前技术装备水平和纳米粉体应用市场还未真正形成的条件下，上述纳米粉体制备方法由于技术成熟度或制备成本等方面的原因，大多都还未形成具有实际意义上的生产规模，主要还处于提供研究样品阶段。 以廉价的无机盐SnCl4·5H2O为原料，采用溶胶-凝胶法制备出粒度均匀的超细SnO2粉体，该工艺具有设备简单，过程易控，成本低，收率高等优点。实验考察制备工艺过程中原料浓度、反应温度、反应终点pH值、干燥脱水方式、培烧温度等因素对纳米SnO2粉体粒径的影响。实验过程以TG-DTA热分析、红外光谱等测试手段，分析前驱体氢氧化物受热行为，前驱体表面基团及过程防团聚机理等。利用透射电子显微镜、X-射线衍射仪、比表面测试仪分别对纳米粒子的形貌与粒径分布、晶相组成、比表面积进行了表征与测定。 在实验中制备得到得SnO2 胶体，在干燥、煅烧的过程中很容易形成团聚。因为粉体颗粒细小, 表面能巨大, 往往会粘结在一起。水热法是近年来出现的制备超细粉体的新方法，其利用密封压力容器, 以水为溶剂, 温度从低温到高温(100 ℃～400 ℃) , 压力在10～200 MPa 。该方法为前驱物反应提供了一个在常压下无法实现的特使物理化学条件。避免在普通煅烧过程中, 由于晶粒间细小间隙产生毛细现象导致的颗粒长大团聚。 水热法制备过程中, 粉体在液相中达到“煅烧”温度。通过控制反应条件, 有效阻碍颗粒间的长大, 保持颗粒粒度均匀, 形态规则, 且干燥后无需煅烧, 避免形成硬团聚。 本文以SnCl4·5H2O 为原料, 利用溶胶凝胶法和离心洗涤制备纯净凝胶, 水热脱水法制备SnO2微晶；研究不同水热条件下, SnO2 粉体的形成、晶粒大小以及分散性能。 文献综述 1.1 半导体纳米粉体 半导体定义 电阻率介于金属和绝缘体[1]之间并有负的电阻温度系数的物质。半导体室温时电阻率约在10E-5～10E7欧姆?米之间，温度升高时电阻率指数则减小。半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。 本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带(见能带理论)，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子 - 空穴对，均能自由移动，即载流子，它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由
无机粉体
第四章 一. 惰性气体蒸发-冷凝法原理 该法所蒸发出来的气体金属粒子不断与环境中的惰性气体原子发生碰撞，既降低了动能又得到了冷却，本身成为浮游状态，从而有可能通过互相碰撞成核长大。惰性气体压力越大，离加热源越近，处于浮游状态的原子也越多，成核几率大，生长相对较快。当颗粒长到一定程度后就会沉积到特定的容器壁上，由于此时不在发生运动，粒子不再继续长大，这就有可能制备相对较小的超微粒子。 早期相关的装置很多，一般采用电或石墨加热器，在充有几百帕氩的压力下可制备10 nm左右的Al、Mg、Zn、Sn、Cr、Fe、Co、Ni和Ca等金属粉体。 图3-48为一种产物粉体可以原位压结的改进装置示意图 图3-48 惰性气体蒸发-冷凝装置示意图 1-蒸发源；2-液氮冷却的冷阱；3-惰性气体室；4-粉料收集和压 结装置 待蒸发金属如铁经电加热的器皿中蒸发后，进入压力约为1kPa的气氛中，经碰撞、成核、长大，最后凝结在直立指状冷阱上，形成一种结构松散的粉状晶粒集合体，然后将体系抽至真空，可用移动的特种刮刀将粉末刮入收集器或进入挤压装置压成快状纳米材料。 二.化学气相沉积法 化学气相法是利用挥发性的金属化合物的蒸气，通过化学反应生成所需要的化合物，在保护性气体环境下快速冷凝，从而制备各种超微粉体的方法。 化学气相沉积（CVD）乃是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。 三.作业题 1. 超微粉体气相合成时，不论采用物理气相合成还是化学气相反应合成中的哪一种具体方法，都会涉及气相粒子成核，晶核长大，凝聚等一系列粒子生长的基本过程。 2. 什么是过饱和度？ 答：过饱和度就是指超过饱和度的那一部分溶质的质量与饱和度的比，它表示了溶液的过饱和程度。 3. 判断：气相反应平衡常数越大，反应率越大。（√） 判断：物理气相合成主要制备金属氧化物粉体（×）
纳米粉体制备方法
纳米粉体制备方法 纳米技术是当今世界各国争先发展的热点技术，纳米技术和材料的生产及其应用在中国已起步，可以产业化的只有为数不多的几个品种，纳米二氧化钛（ＴｉＯ2）、纳米氧化锌（ＺｎＯ）、纳米碳酸钙（ＣａＣＯ3）便是其中较具代表性的几个品种。纳米粉体的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。以下是对各种方法的分别阐述并举例。 1. 物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。1。金属烟粒子结晶法是早期研究的一种实验室方法。将金属原料置于真空室电极处，真空室抽空（真空度1P a）导入102到103 P a压力的氩气或不活泼性气体，然后像通常的真空蒸发那样，用钨丝蓝蒸发金属。在气体中，通过蒸发、凝聚产生的金属蒸气形成金属烟粒子，像煤烟粒子一样沉积于真空室内壁上。在钨丝篮上方或下方位置可以预先放置格网收集金属烟粒子样品，以备各类测试所用。2。流动油面上的真空蒸发沉积法（VEROS），VEROS法是将物质在真空中连续的蒸发到流动着的油面上，然后把含有纳米粒子的油回收到贮存器内，再经过真空蒸馏、浓缩，从而实现在短时间制备大量纳米粉体。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。例，有一种制备纳米粉体材料新方法，最适用于碳化物、氮化物及部分金属粉体的制备。其方法是先对反应器抽真空，然后充入保护气体或反应气体，在反应器中设置石墨电极，在石墨电极与反应器坩埚中的金属之间通电，使之产生高温碳电弧，由高温电弧产生金属蒸汽。采用保护气体可以生产出由石墨原子包覆的纳米镍粉、铜粉、铝粉等不易团聚的金属纳米粉末；采用反应气体可以生产碳化物、氮化物纳米粉末。与现有技术相比，生产的纳米粉末不易团聚，具有成本低，电弧功率大，可以实现规模化生产，具有广泛的实用性。用冲击波处理共沉淀法制备的氧化铁与氧化锌混合物合成了铁酸锌，用XRD、TEM 和电子衍射法对这种产品进行了鉴定．与传统的高温焙烧法相比，这种产品的特点是其颗粒尺寸为纳米级．主要原因可能在于冲击波的作用时间极短，因此生成的铁酸锌不会生长成为完整的晶粒．由此可以认为，冲击波处理可能是一种制备复合金属氧化物的纳米粉体的新方法． (3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。例，一种钛合金纳米粉体制备方法，原料包括钛合金粗粉、助磨键合剂、分散剂、表面活性剂；制备方法是，将所述原料按配比投入反应釜，反应釜转速２００－３００ｍｐｒ、温度５０℃－６０℃，反应釜旋转时间１５－３０分钟；反应釜转速升高至达１０００ｍｐｒ以上，维持该转速１．５－２．５小时，温度为１８０℃以上；反应釜转速降到３００ｍｒｐ以下，在０．５－１．０小时内降低温度至４０℃－５０℃，停机，即完成纳米粉体的制备。它稳定地对钛合金实现了纳米化加工；由此为利用纳米粉体的小尺寸效应、表面积效应而使它的耐蚀优点得到提升得以实现，使之可作为一种活性添加剂与各种优良树脂结合成一种新型复合材料。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。例，TiCl4气相氧化法，其基本化学反应式为：TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(s)+Cl2(g) 施利毅、李春忠等利用
无机纳米粉体表面改性研究进展
摘要: 由于纳米粒子易团聚, 对其进行表面改性是很必要的。本文综述了纳米粒子表面改性的主要方法, 介绍了国内外表面改性的一些实例, 并对纳米粒子表面改性的一些新发展和应用前景作了说明。 关键词: 纳米粉体; 团聚; 表面改性；表征 Abstract：Accumulation is one of the most important problems to be resolved in the application of nanosize power.Surface modification can efficiently resolve this problem.In this aricle,the author discuss the cause of the accumulation,the way of surface medication and the manifestion of surface modification. Key words: nanosizes power, accumulation, surface modification, manifetation 1、引言 物质经微纳米化后, 尤其是处于纳米状态时, 其尺寸介于原子、分子与块状材料之间, 故有人称之为物质的第四状态。由于纳米粒子具有大比表面积, 随着粒子半径的减小, 其表面能和表面张力都急剧增大，此外还具有小尺寸效应、量子尺寸效应和量子隧道效应, 因而纳米材料具有独特的力学、光、热、电、磁、吸附、气敏等性质, 在传统材料中加入纳米粉体将大大改善其性能或带来意想不到的性质。 目前, 纳米材料在信息、能源、环境和生物技术等高科技产业中的应用已取得了初步成果。但是在应用过程中, 由于纳米粒子粒径小, 表面活性高, 使其易发生团聚而形成尺寸较大的团聚体[1], 严重地阻碍了纳米粉体的应用和相应的纳米材料的制备。 2、纳米粒子的团聚 所谓纳米粉体的团聚是指原生的纳米粉体颗粒在制备、分离、处理及存放过程中相互连接、由多个颗粒形成较大的颗粒团簇的现象。 从热力学上, 纳米粒子的分散体系具有巨大的比表面积, 表面能很大, 系统会自动朝着表面积减小的方向变化, 导致纳米粒子发生团聚。粉末的团聚分为软团聚和硬团聚。软团聚主要是由于颗粒之间的范德华力和库仑力所致, 该团聚可通过施加机械能能消除粉末的硬团聚体内除了颗粒之间的范德华力和库仑力之外, 还存在化学键作用, 目前人们对粉末的硬团聚机理存在不同的看法, 其中最有代表性的是晶桥理论、毛细管吸附理论、氢键作用理论和化学键作用理论[2]。 图1 纳米粒子的团聚机理示意图 Fig1 agglomeration mechanism schematic diagram of nano2particles 为了解决纳米粉体的团聚问题以及改善粉体粒子表面活性，就需要对粉体粒子进行表面改性。
粉体材料的制备方法有几种
粉体材料的制备方法有几种？各有什么优缺点？（20分） 答：粉末的制备方法: 气相合成、湿化学合成、机械粉碎. 1. 物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 (3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。 (2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。 (3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。 (4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。 (5)微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备 2. 为什么要对粉体材料的表面进行改性？什么是物理吸附？什么是化学吸附？试举例说明。（20分） 答: 材料表面改性的目的 力学性能：表面硬化、防氧化、耐磨等 电学性能：表面导电、透明电极 光学性能：表面波导、镀膜玻璃 生物性能：生物活性、抗菌性 化学性能：催化性 装饰性能：塑料表面金属化 材料表面改性的意义 通过较为简单的方法使一个部件部件或产品产品具有更为综合的性能第一节材料表面结构的变化 粉体表面改性是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面进行处理，根据应用的需要有目的改变粉体材料表面的物理化学性质，如表面组成、结构和官能团、
无机材料机械及设备教学大纲
《无机材料机械及设备》教学大纲 一、课程基本信息 1.课程编号： 2.课程名称：无机材料机械及设备 3.英文名称： 4.课程简介：无机材料机械及设备是材料科学与工程专业的一门专业主干课程。主要内容包括：粉体的基本性质；粉碎；筛分；分离；混合；练泥机械等设备的工作原理、构造、性能及应用。 二、课程说明 1.教学目的和要求 通过本课程的学习，使学生能够系统地掌握无机材料机械及 设备的基本理论和基础知识；处理工艺及装备技术；粉体加工工艺 原理及流程；机械设备的原理、构造、性能及应用。注重培养学生 分析与解决问题的能力。强调理论与实践的结合，培养高级应用型 工程技术人才。 2．与相关课程衔接 先修课程：机械制图、机械基础及化工原理。 3．学时、学分 总学时：48学时；周学时：3学时；学分：3分。 4．开课学期：第7学期。 5．教学方法：课堂教学，PPT。 6．考核方式：期末闭卷考试，总成绩=考试成绩×70%+平时成绩 (1)
30%。 7.教材及参考书 教材：无机非金属材料工业机械及设备，张庆今主编，华南理工大学出版社出版 8.主要参考书 [1] 张长森，程俊华等编.粉体工程.自编校内教材，2001.1 [2] 陶珍东、郑少华主编.粉体工程与设备.北京：化学工业 出版社,2003. [3] 陆厚根编著，粉体技术导论，上海：同济大学出版社， 1998. [4] 谢洪勇编著.粉体力学与工程. 2003. [5] 王奎生编著.工程流体与粉体力学基础.北京：中国计量 出版社，2002.9. [6] 卢寿慈主编.粉体技术手册. 北京：化学工业出版 社,2004. [7] 毋伟, 陈建峰, 卢寿慈编著．超细粉体表面修饰. 北 京：化学工业出版社,2004. [8] 李凤生等编著.超细粉体技术.北京：国防工业出版社， 2000. (2)
常用无机粉体材料种类及作用
常用无机粉体材料种类及作用 目前,在中国每年至少有400万吨的无机粉体材料作为原料的一部分被用于塑料制品的生产。用无机粉体材料替代部分石油产品,一方面,每年可以节约数百万吨石油;另一方面,对于所生成的塑料制品而言,不但有利于降低原材料成本,而且可以使填充塑料材料的某些性能按照预定的方向得到改善,从而提高塑料制品的巿场竞争力。 常用无机粉体材料种类及作用 据统计,中国500余家碳酸钙厂家生产的约500万吨产品中,有一半就是销往塑料行业的。此外,滑石粉、煅烧高岭土、硅灰石粉等多种无机粉体材料也被广泛应用,有的甚至成为功能性塑料材料不可缺少的组成部分。 碳酸钙 碳酸钙就是塑料加工时用得最广、用量最大的无机粉体填料。据中国无机盐工业协会钙镁分会统计,每年用于塑料填充的碳酸钙总量在二百多万吨,就是各种用途中所占份额最大的,约50%左右。 根据加工方法不同,碳酸钙分为轻质与重质两种。轻质碳酸钙(简称轻钙)就是由石灰石经煅烧、消化、碳化而成的,其间经历了化学反应,而重质碳酸钙就是经研磨(干法或湿法)而成的,只有粒径大小的变化而无化学反应过程。目前在塑料薄膜中使用的碳酸钙都就是1250目的重质碳酸钙,已大量用于PE包装袋的生产,在农用地膜中因透光性受到影响,虽然可以使用,但添加量较小。 1) 重钙的细度对PE薄膜力学性能的影响十分明显,见表1。 表1 重质细度对PE薄膜力学性能的影响 2) 碳酸钙粒子的分散对PE薄膜的性能具有决定性作用 PE薄膜生产企业对重钙的添加量十分关心,希望添加量越多越好,但同时力学性能、耐老化性能、透光性都不要受到过大的影响。特别就是在农用地膜中到底能够使用多少碳酸钙就是非常值得努力探讨的问题。宝鸡云鹏塑料科技有限公司对此进行了有益的探索,并取得喜人的成果。表2列出纯LLDPE地膜及分别添加10%、15%、20%、33%云鹏公司生产的纳米改性塑料复合材料的LLDPE地膜的力学性能。
材料合成与制备
材料合成与制备 《材料合成与制备》课程教学大纲一、课程说明 (一)课程名称、所属专业、课程性质、学分; 课程名称:材料的合成与制备 所属专业:材料化学 课程性质:专业必修课 学分:2学分(36学时) (二)课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程; 课程简介: 材料的合成与制备课程是介绍现代材料制备技术的原理、方法与技能的课程，是材料化学专业一门重要的专业必修课程。 目标与任务:通过本课程的学习，使学生掌握材料制备过程中涉及的材料显微组织演化的基本概念和基本规律;掌握材料合成与制备的基本途径、方法和技能;掌握目前几种常见新材料制备方法的发展、原理、及制备工艺;培养学生树立以获取特定材料组成与结构为目的材料科学研究核心思想，培养学生发现、分析和解决问题的基本能力，培养创新意识，为今后的材料科学相关生产实践和科学研究打下坚实的基础。 先修相关课程: 无机化学、有机化学、物理化学、材料科学基础 (三)教材与主要参考书 教材:自编讲义 主要参考书: 1. 朱世富，材料制备科学与技术，高等教育出版社，2006
2. 许春香，材料制备新技术，化学工业出版社，2010 3. 李爱东，先进材料合成与制备技术，科学出版社，2013 1 二、课程内容与安排 第一章引言 1.1 材料科学的内涵 1.2 材料科学各组元的关系 (一)教学方法与学时分配 讲授，2学时。 (二)内容及基本要求 主要内容:材料科学学科的产生、发展、内涵;材料科学与工程学科的四个基本组元:材料的合成与制备、材料的组成与结构、材料的性质与性能、材料的使用效能;材料科学四组元的相互关系。 【掌握】:材料科学学科的内涵、材料科学学科的四组元、四组元间的相互关系。 【了解】:几个材料合成与制备导致不同组成与结构并最终决定性质与性能的科研实例。 【难点】:树立以获取特定材料组成与结构为核心的学科思想。第二章材料合成与制备主要途径概述 2.1 基于液相-固相转变的材料制备 2.3 基于固相-固相转变的材料制备 2.4 基于气相-固相转变的材料制备 (一)教学方法与学时分配 讲授，2学时。
无机材料化学
纳米陶瓷材料的概论 摘要 由于硬度高、耐高温、耐磨损、质量轻和导热性好,陶瓷材料是现代工业三大基本材料之一, 但其脆性大、韧性小而限制了在一些特殊领域的应用。纳米材料及技术运用到陶瓷材料中极大地改善了它的应用性能，对材料的电学、热学、磁学、光学性质产生重要影响，为材料的利用开拓了一个崭新的领域。本文介绍了纳米技术和陶瓷材料结合形成的纳米陶瓷材料的发展历程、性能和种类, 以及制备方法、应用和国内研究现状。 关键词：陶瓷纳米材料纳米陶瓷材料性能制备方法应用现状 Abstract Since hardness, high temperature, wear-resistant, light weight and good thermal conductivity, the ceramic material is one of three basic materials in modern industry, but its brittleness, toughness small and limited in some special areas of application. Nano-materials and technology applied to ceramic materials has greatly improved the performance of its application, the material of the electrical, thermal, magnetic, optical properties have important implications for the use of materials opens up a new frontier. This paper introduces nanotechnology and nano-ceramic material to form ceramic materials development process, performance and types of preparation methods, application and domestic research. Keyword: ceramic nano-materials nano-materials ceramics preparation method application status. 前言 陶瓷是人类最早使用的材料之一，在人类发展史上起着重要的作用。但是, 由于传统的陶瓷材料脆性大，韧性和强度较差、可靠性低，使陶瓷材料的应用领域受到较大限制。随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生。所谓纳米陶瓷, 是指陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都是在纳米级的水平上。纳米陶瓷复合材料通过有效的分散、复合而使异质纳米颗粒均匀弥散地保留于陶瓷基质结构中，这大大改善了陶瓷材料的韧性、耐磨性和高温力学性能。纳米陶瓷材料不仅能在低温条件象金属材料那样可任意弯曲而不产生裂纹，而且能够象金属材料那样进行机械切削加工甚至可以做成陶瓷弹簧。纳米陶瓷材料的这些优良力学性能，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等多方面得到广泛应用并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用。纳米陶瓷在人工关节、人工骨、人工齿以及牙种植体、耳听骨修饰体等人工器官制造及临床应用领域有广阔的应用前景。此外, 纳米陶瓷的高磁化率、高矫顽率、低饱和磁矩、低磁耗, 特别是光吸收效应都将成为材料开拓应用的新领域，是当今材料科学研究的热点。 1.陶瓷的发展历程 中国的陶器可追溯到9000年前，瓷器也早在4000年前出现。最初利用火煅
等离子旋转雾化制备粉体材料
等离子旋转雾化法制备粉体材料 姓名：周阳 学号：S161301254 课程：现代材料制备技术 老师：陈刚 2016年10月26日
1 概况 等离子旋转雾化法是快速凝固技术的一种，快速凝固技术是将金属、合金熔体直接雾化制得球形粉末，或通过高压雾化介质（水或气体）的强烈冲击，或通过离心力使之破碎，高速冷却凝固实现的。 目前非常热门的3D打印技术中，获得高品质、低成本的球形粉体材料是满足金属3D打印技术及制备高性能金属构件的关键环节。现阶段，快速凝固制粉工艺是制备金属3D打印粉体材料的核心技术之一。目前，应用于金属3D打印粉体材料制备的快速凝固技术主要有惰性气体雾化法（AA法）、真空感应气雾化法（VIGA法）、无坩埚电极感应熔化气体雾化法（EIGA法）、等离子火炬法（PA法）以及等离子旋转雾化法（PREP法）等。其中，PREP法制备的粉末具有表面清洁、球形度高、伴生颗粒少、无空心/卫星粉、流动性好、高纯度、低氧含量、粒度分布窄等优势，适合金属3D打印。 将金属或合金制成自耗电极，电极端面受电弧加热而熔化为液体，通过电极高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小液滴，最后冷凝成粉末的方法就是旋转电极法。这种制粉方法在1974年由美国核金属公司首先开发成功，可根据等离子弧电流的大小和电极转速调控粉末的粒径，其原理示意图[1]见图1 图1 等离子旋转电极原理示意图[1] 日本早在1990年就采用等离子旋转电极法在用来制作人造骨和过滤器的大粒径（几百微米）钛合金粉末的制备上实现了突破，并且表明等离子旋转电极法是最清洁的粉末制备方法之一，并预言该种方法将成为工业制备钛粉的主流技术。 2010年利用等离子旋转电极法制备出了TC11钛合金球形粉末[2]，所制备的粉末的化学成分与原料棒材成分近似，且球形度好，无空心，颗粒表面光滑，行
材料合成与制备_复习资料(有答案)
第一章溶胶-凝胶法 名词解释 1. 胶体(Colloid)：胶体是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的质量可以忽略不计，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。 2. 溶胶：溶胶是具有液体特征的胶体体系，是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，不停地进行布朗运动的体系。分散粒子是固体或者大分子颗粒，分散粒子的尺寸为1nm-100nm，这些固体颗粒一般由10^3个-10^9个原子组成。 3. 凝胶(Gel)：凝胶是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网络骨架，骨架孔隙中充满液体或气体，凝胶中分散相含量很低，一般为1%-3%。 4. 多孔材料：是由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体所组成。 一、填空题 1.溶胶通常分为亲液型和憎液型型两类。 2.材料制备方法主要有物理方法和化学方法。 3.化学方法制备材料的优点是可以从分子尺度控制材料的合成。 4.由于界面原子的自由能比内部原子高，因此溶胶是热力学不稳定 体系，若无其它条件限制，胶粒倾向于自发凝聚，达到低比表面状 态。 5.溶胶稳定机制中增加粒子间能垒通常用的三个基本途径是使胶粒带表面电荷、利用空间位阻效应、利用溶剂化效应。
6.溶胶的凝胶化过程包括脱水凝胶化和碱性凝胶化两类。 7.溶胶－凝胶制备材料工艺的机制大体可分为三种类型传统胶体型、无机聚合物型、络合物型。 8.搅拌器的种类有电力搅拌器和磁力搅拌器。 9.溶胶凝胶法中固化处理分为干燥和热处理。 10.对于金属无机盐的水溶液，前驱体的水解行为还会受到金属离子半径的大小、电负性和配位数等多种因素的影响。 二、简答题 溶胶－凝胶制备陶瓷粉体材料的优点？ 制备工艺简单，无需昂贵的设备；对多元组分体系，溶胶-凝胶法可大大增加其化学均匀性；反应过程易控制，可以调控凝胶的微观结构；材料可掺杂的范围较宽（包括掺杂量及种类），化学计量准确，易于改性；产物纯度高，烧结温度低等。 第二章水热溶剂热法 名词解释 1、水热法：是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过将反应体系加热至临界温度（或接近临界温度），在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的一种有效方法。 2、溶剂热法：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（如有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成、易氧化、易水解或对水敏感的材料。 3、超临界流体：是指温度及压力都处于临界温度或临界压力之上的流
粉体表面改性
粉体表面改性学习报告 前言：粉体是无数个细小固体粒子集合体的总称。根据固体粒子的尺寸不同可以将固体粒子分为颗粒、微米颗粒、亚微米颗粒、超微颗粒、纳米颗粒。通常粉体是尺度界于10-9m到10-3m范围的颗粒。随着颗粒尺寸的减小相应的各种性质也随着尺寸的改变而改变。 因此小尺寸颗粒有如下几个特征： 1．比表面积增大促进溶解性和物质活性的提高，易于反应处理。 2．颗粒状态易于流动，具有与液体相类似的流动性。 3．实现分散、混合、均质化控制材料的组成与构造。 4．易于成分分离，有效地从天然资源或废弃物中分离有用成分。 5. 由于比表面积大，因此粉体粒子容易聚集，吸附。 6. 具有与气体相类似的压缩性，具有固体的抗变形能力。 因此，利用这些特点，对矿物粉体进行表面改性，然后运用于农业、化工、造纸、塑料、橡胶、涂料等产品中。特别是经过改性的矿物粉体用于有机物填料不仅可以降低材料的成本，而且还可以改善材料的各方面性能。常用的矿物填料有碳酸钙、云母、硅灰石、滑石、高岭土、等因为具有独特的物理化学性质，能改善聚合物的物理性能、力学性能、加工性能和热性能，在聚合物中的应用发展很快。无机填料在聚合物中的作用，概括起来就是增量、增强和赋予新功能，但是由于无机填料与高聚物的相容性差，如果直接添加，会造成分散不均，甚至引起应力集中，降低材料的力学性能，这些弊端不但限制了填料在聚合物中的添加量，而且还严重影响制品性能，所以通过对无机填料进行表面改性，改变了无机填料原有的表面性质，改善无机填料与聚合物的亲合性，相容性，以及加工的流动性，分散性，还可以提高填料与聚合物相界面之间的结合力，使聚合物材料的综合性能得到显著提高，从而使非功能的无机填料转变为功能无机填料。近年来，随着聚合物的迅猛发展无机填料的表面改性也受到了前所未有的关注。 一、无机粉体表面改性机理 由于无机矿物材料是极性或强极性的亲水旷物，而有机高聚物基质具有非极性的疏水表面，彼此相容性差，通常无机矿物材料难以在有机基体中均匀分散，因此如果过多地或者直接将无机矿物材料填充到有机基体中，容易导致复合材料的某些力学性能下降甚至出现脆化等问题。无机粉体表面改性是利用粉体表面的活性基团或电性与某些带有两性基团的小分子或高分子化合物( 表面改性剂) 进行复合改性，使其表面性质由疏水性变为亲水性或由亲水性变为疏水性，从而改善粉体粒子表面的浸润性，增强粉体粒子在介质中的界面相容性，使粒子容易分散在水中或有机化合物中。粉体表面改性是材料制备工程的重要手段，也是新材料、新工艺和新产品开发的重要内容，通过粉体表面改性可以提高粉体材料的附加价值、扩大产品的用途并且开发新的产品。如滑石粉可作为塑料填料，提高塑料制品的电绝缘性、抗酸性耐火性等; 云母可作为塑料增强填料，提高塑料制品的弯曲弹性模量和拉伸弹性模量;高岭土具有优良的电绝缘性能和一定的阻燃作用，可作为聚氯乙烯等聚烯烃绝缘电线包皮; 石英对热塑性树脂和热固性树脂具有较高的补强作用，并且能提高制品的刚硬度，对提高塑料制品的电绝缘性也能起一定的作用; 金红石型二氧化钛作为塑料填料可增大光的反射率，起到光屏蔽剂的作用。赤泥、粉煤灰均为塑料填料，既可消除污染，又可降低成本。目前无机粉体表面改性技术在保证改性效果的前提下力求降低成本，并根据无机粉体的具体情况，如粒度大小、颗粒分布、表面极性、浸润性、电性、酸碱性以及应用目的和要求等来选择适当的表面改性剂和相应的改性工艺。由于无机粉体种类的多样性以及表面改性剂的不断更新，无机粉体改性的方法很多。根据表面改性剂和粉体粒子之间有没有发生化学反应，可以将无
无机粉体的硅烷偶联剂改性
无机粉体的硅烷偶联剂改性 硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，其通式为RSiX3，式中R代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团，如氧基、硫基、乙烯基、环氧基、酰胺基、氨丙基等；X代表能够水解的烷氧基，如卤素、烷氧基、酰氧基等。 在进行偶联时，首先X基与水形成硅醇，然后与无机粉体颗粒表面上的羟基反应，形成氢键并缩合成-SiO-M共价键（M表示无机粉体颗粒表面）。同时，硅烷各分子的硅醇又相互缔合齐聚形成网状结构的膜覆盖在粉体颗粒表面，使无机粉体表面有机化。 1、硅烷偶联剂种类及适用对象 （1）硅烷偶联剂种类 根据分子结构中R基的不同，硅烷偶联剂可分为氨基硅烷、环氧基硅烷、硫基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、脲基硅烷以及异氰酸酯基硅烷等。 （2）硅烷偶联剂适用对象 硅烷偶联剂可用于许多无机粉体，如填料或颜料的表面处理，其中对含硅酸成分较多的石英粉、玻璃纤维、白炭黑等效果最好，对高岭土、水合氧化铝、氧化镁等效果也比较好，对不含游离酸的钛酸钙效果欠佳。 （3）硅微偶联剂选择 选择硅烷偶联剂对无机粉体进行表面改性处理时，一定要考虑聚合物基料的种类，也即一定要根据表面改性后无机粉体的应用对象和目的来仔细选择硅烷偶联剂。
2、硅烷偶联剂使用方法及用量 （1）硅烷偶联剂使用方法： 应用硅烷偶联剂的方法有两种： 一种是将硅烷配成水溶液，用它处理无机粉体后再与有机高聚物或树脂基料混合，即预处理方法，该方法表面改性处理效果好，是常用的表面改性方法。 另一种方法是将硅烷与无机粉体（如填料或颜料）及有机高聚物基料混合，即迁移法。 多数硅烷偶联剂在使用之前要配成水溶液，即使其预先水解。水解时间依硅烷偶联剂的品种和溶液的pH值不同而异，从几分钟到几十分钟不等。配置时水溶液的pH值一般控制在3-5之间，pH值高于5或低于3将会促进聚合物的生成。因此，已配置好的、已水解的硅烷偶联剂不能放置太久，否则会自行缩聚而失效。 （2）硅烷偶联剂用量计算： 硅烷偶联剂用量与偶联剂的品种及填料的比面积有关，假设为单分子层吸附，可按下式进行计算： 硅烷偶联剂用量=（填料质量×填料比表面积）/硅烷偶联剂最小包覆面积 硅烷偶联剂最小包覆面积以硅烷偶联剂的品种不同而异。一般来说，实际用量要小于用上述公式计算的用量。当不知道无机粉体的比表面积数据或硅烷偶联剂的最小包覆面积时，可将硅烷偶联剂用量选定为无机粉体质量的0.10%-1.5%。 大多数硅烷偶联剂既可以用于干法表面改性，也可以用于湿法表面改性。
最新常用无机粉体材料种类及作用
常用无机粉体材料种类及作用 目前，在中国每年至少有400万吨的无机粉体材料作为原料的一部分被用于塑料制品的生产。用无机粉体材料替代部分石油产品，一方面，每年可以节约数百万吨石油；另一方面，对于所生成的塑料制品而言，不但有利于降低原材料成本，而且可以使填充塑料材料的某些性能按照预定的方向得到改善，从而提高塑料制品的巿场竞争力。 常用无机粉体材料种类及作用 据统计，中国500余家碳酸钙厂家生产的约500万吨产品中，有一半是销往塑料行业的。此外，滑石粉、煅烧高岭土、硅灰石粉等多种无机粉体材料也被广泛应用，有的甚至成为功能性塑料材料不可缺少的组成部分。 碳酸钙 碳酸钙是塑料加工时用得最广、用量最大的无机粉体填料。据中国无机盐工业协会钙镁分会统计，每年用于塑料填充的碳酸钙总量在二百多万吨，是各种用途中所占份额最大的，约50%左右。 根据加工方法不同，碳酸钙分为轻质和重质两种。轻质碳酸钙（简称轻钙）是由石灰石经煅烧、消化、碳化而成的，其间经历了化学反应，而重质碳酸钙是经研磨（干法或湿法）而成的，只有粒径大小的变化而无化学反应过程。目前在塑料薄膜中使用的碳酸钙都是1250目的重质碳酸钙，已大量用于PE包装袋的生产，在农用地膜中因透光性受到影响，虽然可以使用，但添加量较小。 1）重钙的细度对PE薄膜力学性能的影响十分明显，见表1。 表1 重质细度对PE薄膜力学性能的影响 2）碳酸钙粒子的分散对PE薄膜的性能具有决定性作用 PE薄膜生产企业对重钙的添加量十分关心，希望添加量越多越好，但同时力学性能、耐老化性能、透光性都不要受到过大的影响。特别是在农用地膜中到底能够使用多少碳酸钙是非常值得努力探讨的问题。宝鸡云鹏塑料科技有限公司对此进行了有益的探索，并取得喜人的