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浅析高纯、超细粉体工艺发展应用

来源:www.glhongcheng.com  作者:桂林鸿程 时间2015-11-19 15:21

高纯、超细粉体是现代工业体系的基础材料,几乎没有任何行业不使用各种材质和粒度的粉体。现在手机比较流行的蓝宝石玻璃的原料就是高纯超细氧化铝粉体;近年来刚刚进入产业化的半导体材料碳化硅晶体也是应用了高纯超细碳化硅的粉体;氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷。氧化锆陶瓷、高级氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、金红石陶瓷、钛酸钡陶瓷等无一例外,都和高纯、超细粉体材料有着不解之缘。

张弘毅老师近照

张弘毅老师近照

现代高技术和新材料产业的发展,传统产业的技术进步和产品升级要求许多粉体原材料具有微细的颗粒、严格的粒度分布、特定的颗粒形状和极高的纯度或极低的污染程度。例如高级陶瓷和耐火材料原料、电子信息材料、高档纸张的颜料和填料、高聚物基复合材料的填料、高档和特种油漆涂料的颜料及填料、高级磨料、化妆品原料等等。技术要求更是严格:有的要求颗粒表面光滑、形状规则;有的要求颗粒形状接近球形、圆柱形、纺锥形、片形、针形或其他形状;有的要求有极高的纯度,杂质允许含量极低;有的要求平均粒径仅1微米,甚至没有大颗粒的存在;有的要求粒度分布狭窄;有的要求超低的含氧量……,技术的要求就是动力,不断推进这粉体行业的发展。

当前学术界普遍认为:微米级无机粉体一般用干法工艺进行加工,可以取得很好的性价比、工艺成熟也已经十分成熟。

亚微米级粉体目前普遍使用湿法研磨,由于小旋流分级手段已经满足不了这个尺度分级,因此,湿法研磨普遍采用反复研磨到要求粒径。采用的设备是卧式砂磨机和立式砂磨机为主,1毫米以下的磨介球和纯净水为研磨介质,然后进行干燥处理的工艺。

亚微米级粉体的干法工艺目前是粉体行业的难点,各大工业国都在进行深入的研究,德国、日本的亚微米干法研磨设备已经进入了我国,但是谁家在使用还不得而知。

纳米粉体的生产目前还是以化学法和约束等离子技术为主流,由于产能比较低,能耗又很高,因此还没有获得更广泛的应用。

我是从搞超细粉体高纯硅材料开始的。硅的最外层有4个电子即为价电子,它对硅原子的导电性等方面起着主导作用。因为硅原子有如此结构,所以有其一些特殊的性质:最外层的4个价电子让硅原子处于亚稳定结构,这些价电子使硅原子相互之间以共价键结合,由于共价键比较结实,硅具有较高的熔点和密度;化学性质比较稳定,常温下很难与其他物质(除氟化氢和碱液以外)发生反应;硅晶体中没有明显的自由电子。

亚稳态这个词在我对粉体的认识中成了一个非常重要的概念,也是指导进行粉体研究的理论基础。材料粉碎的过程,就是一个通过机械能的作用,将粉体颗粒由一种稳态向更细的粉体的状态过度的过程,最重要的是要达到一个新的平衡。

我们日常所见到的水是按照由地势高的地方向地势低的规律顺畅地流动,运行规律是不断消耗自己的势能,寻找着一种平衡。太阳的巨大能量会破坏这个平衡,让水蒸发,去追求另一种平衡。无机粉体颗粒在受到机械能的冲击时,颗粒承受不了这样大的冲击力,就会使结构受到破坏;同时,表面完整、与周围环境已经达到平衡状态的粉体颗粒被打碎以后,新的表面会出现,这个表面的分子、晶体、原子和化合物等在能量的作用下就要发生改变。对于硅晶体而言,就会在这个界面上出现亚稳态的电子结构,不平衡的界面出现了。当硅晶体的粉体越细时,表面的电子就越多,而越容易与外界进行电子交换,从而发生相应的化学反应。亚微米超细硅粉在水中研磨,会产生大量的气体就是此种原因。

平衡是万物、万事的本质,宇宙万物和万事永恒处在平衡循环过程中。万物从平衡到不平衡,从不平衡到新平衡;平衡中有不平衡,不平衡中有平衡,不平衡是为了新平衡。我认为这个过程、应该说这个哲学原理也适合于粉体粉碎分级和收集的整个过程。

 

 

 


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