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 學號：1103011030 班級：11級粉（1）摘要隨著材料新性能的要求越來越高，人們對金屬粉體的表面改 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 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特的形態(tài)特征和物理、化學及機械性質(zhì)，作為獨 立材料或作為添加材料已廣泛應用于各個領域。目前，金屬粉末已經(jīng) 形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，無論是從粉體的品種，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，形成表面涂層，對基體材料進行改性和賦予基 體新的功能。隨著人民的社會生活水平的提高，對材料的新性能要求 日趨提高，材料的功能化便是發(fā)展的趨勢。然而，從材料的整體性能 出發(fā)來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稱的片 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采用表面添加劑的方法，使超微顆粒表 面發(fā)生化學反應和物理作用，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)的處理過程。通過表面改性，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、光學特性，適應不同的應用要求，拓寬其應用領域，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” 組成的復合粉體，通過在金屬粉體上涂覆一層化學組成不同的覆蓋 層，能夠使其具有兼容性、提高其熱、機械及化學穩(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-凝膠過程是指無機前驅(qū)體通過各種反應形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 金屬醇鹽經(jīng)過水解或縮合反應形成金屬氧化物分子是最常見的溶膠- 凝膠反應。溶膠-凝膠法中，二氧化硅是應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：其一是二氧化硅粉體即使在等電點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)中達到較高的 體積分數(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物可以達到如下作用：抗腐 蝕的屏障作用，改善有機介質(zhì)中的潤濕性和穩(wěn)定性，復合材料的界面 調(diào)控作用，通過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 過吸附或反應使有機分子包裹在粉體表面；其二是通過單體在金屬粉 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等離子區(qū)時，表面帶有高密度的相同符號的電荷，可 以有效防止顆粒間的團聚。用這種方法，既可以在金屬粉體表面包覆 陶瓷粉體，也可以包覆有機高

6、分子。納米粉體表面包覆高分子的過程示意圖。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 積下來成為納米顆粒，反應溫度要盡可能低。在等離子反應區(qū)后引入 單體。2.4機械力化學改性在粉體進行超細粉碎同時實施表面化不改性，利用粉碎機械力效 應可以促進和強化改性效果。粉碎過程中施加的大量機械能，除消耗 于顆粒細化外，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。此外，在粉碎過 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，這就是機械 力化學效應。2.5其它改性方法其它改性方法也比較多，例如通過機械力、超聲波、高能

7、處理等 也可以對粉體進行表面改性。通常這些方法同其它方法相結(jié)合，對粉 體的表面改性效果更佳。機械化學改性是通過超微粉碎及其它強烈機 械力作用的過程有目的地對粉體表面進行激活，在一定程度上改變顆 粒表面的晶體結(jié)構(gòu)（表面無定形化）、溶解性能、化學吸附和反應活性 （增加表面的活性點或活性基點）等。影響超微粉體表面化學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、表面物理化學性質(zhì)、團聚性等均對改性效果有影響。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表面改性劑在粉體表面的作 用來實現(xiàn)的，因此表面改性劑的配方對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)品的用途或應用領域以及 工藝、價格、環(huán)保等因素決定；用量需通過改性實驗和應用性能實驗 來確定，理論上在顆粒表面達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用要求，對表面改性劑的分散性能好， 能夠?qū)崿F(xiàn)牢固均勻地包覆；同時要求工藝簡單、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表面改性設備高性能的表面改性劑應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、觸或作用機會均等，以達到均勻的單分層吸附、 減少改性劑用量；同時，能方便調(diào)節(jié)改性溫度、反應停留時間，以達 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 應較低，無粉塵污染，設備操作簡單，運行平穩(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意義：（1）改善粉體在水或有機介質(zhì)中的潤濕性或分散性。（2）根據(jù)實際的應用需求，強化或減弱粉體在某些方面的性質(zhì)。（3）金屬粉體經(jīng)過改性后，與基體間有較強的親和力和相容性， 生成的復合材料性能更佳。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。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理，如吸附或 化學反應的類型，作用力或鍵合力的強弱，熱力學性質(zhì)的變化等等。 對粉體進行表面改性，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，對該技術(shù)的探索和研究引起諸如塑料、復合材料、 橡膠、潤滑劑等諸多行業(yè)的關(guān)注。雖然目前在改性機理、改性方法及 設備改性效果的表征等方面仍完善，值得指出的是中國科學家提出的 界面理論已經(jīng)成為指導中國粉體表面改性技術(shù)的理論，并使之位列國 際先進水平。參考文獻盧寺慈.粉體加工技術(shù)M.中國輕工業(yè)出版，1999.張立德.超微粉體制備與應用技術(shù)M.北京：中國石化出 版社，2