超细化粉体材料定义及其特性

任何固态物质都有一定的形状，占有相应空间，即具有一定的大小尺寸。我们通常所说的粉末或细颗粒，一般是指大小为1毫米以下的固态物质。当固态颗粒的粒径在0.1μm一10μm之间时称为微细颗粒，或称为亚超细颗粒，空气中漂浮的尘埃，多数属于这个范围。而当粒径达到0.1μm以下时，则称为超细颗粒。超细颗粒还可以再分为三档:即大、中、小超细颗粒。粒径在100 A至1000 A之间的称大超细颗粒;粒径在20A到100 A之间的称中超细颗粒;粒径在20A以下的称小超细颗粒。目前中小超细颗粒的制取仍较为困难，因此本节所述的超细粉体材料是指粒径在0.1μm一0.01μm之间的固体颗粒。由此可见，我们所述的超细颗粒是介于大块物质和原子或分子间的中间物质态，是人工获得的数目较少的原子或分子所组成的，它保持了原有物质的化学性质，而处于亚稳态的原子或分子群，在热力学上是不稳定的。所以对它们的研究和开发，是了解微观世界如何过渡到宏观世界的关键。随着电子显微镜的高度发展，超细颗粒的存在及其大小、形状已经可以观察得非常的清楚。

超细颗粒与其一般粉末比较，现今已经发现了一系列奇特的性质，如熔点低、化学活性高、磁性强、热传导好、对电磁波的异常吸收等特性。这些性质的变化主要是由于“表面效应”和“体积效应”所引起的。尽管超细颗粒的有些特性和应用尚待进一步研究开发，上述的奇特性质已为其广泛应用开辟了美好的前景。
    超细颗粒的粒径越细熔点降低越显著。银块的熔点为900℃，其超细颗粒的熔点可降至100℃以下，可以溶于热水。金块的熔点为1064℃，而粒径为20A的超细颗粒的熔点仅为327℃。由于熔点降低，就可以在较低的温度下对金属、合金或化合物的粉末进行烧结，制得各种机械部件，不仅节省能耗，降低制造工艺的难度，更重要的是可以得到性能优异的部件。如高熔点材料WC, SiC, BN, Si3N4等作为结构材料使用时，其制造工艺需要高温烧结，当使用超细颗粒时，就可以在很低的温度下进行，且无需添加剂而获得高密度烧结体。这对高性能无机结构材料开辟更多更广的应用途径有非常好的现实意义。超细颗粒的直径越小，其总比表面积就越大，表面能相应增加，具有较高的化学活性。由此可用于化学反应的高效催化剂，还可以用于火箭固体燃料的助燃添加剂。已有的实践表明，超细颗粒的Ni和Cu一Zn合金为主要成份制成的催化剂，在有机物氢化方面的效率是传统催化剂的10倍;在固体火箭燃料中，加入不到1%重量的超细颗粒的铝粉或镍粉，每克燃料的燃烧热
量可增加一倍左右。
    磁性强的特性应用进展最快的是用于磁性材料。利用γ一Fe203、Cr02和金属超细颗粒已研制出性能更好的超高密度磁性录音带和录象带等，其记录密度为以往的10倍，并具有较好的稳定性。现在正在开辟更多的应用范围，如新型液体胶态磁流体材料、机械密封、扬声器等方面。
    平常我们所见的金属及其粉末反射光，呈现出金属的光泽，然而金属的超细颗粒则完全失去光泽，且颗粒越细，黑色越深。这可能是由于光波完全被吸收的缘故。这一特性除可在太阳能利用中作为光吸收材料外，还可以利用其对红外线的吸收，用作热线型检测器的涂料等。又如超细颗粒的三氧化二铁与硬脂酸锌分散剂一起添加到聚苯乙烯树脂中制成薄膜，对可见光具有很好的透过性，对紫外光具有很好的吸收性。如果把它添加到塑料中，可制成防紫外光的透明塑料容器，透明度比褐色玻璃好得多。若添加到食品包装袋中，能保护食品不受紫外光作用，有效地延长保鲜期。
超细颗粒正在催化、低温烧结、复合材料、新功能材料、隧道工程、医药及生物工程等方面得到应用，并取得了非常令人振奋的结果。超细颗粒的研究历史一般认为从1962年算起，实际上，较全面地开发研究还是从80年代开始的。从总体上来看，应该说这项工作还处于研究起始阶段，还有许多技术和理论问题有待于进一步探讨。难怪有科学家预计:超细颗粒将是21世纪的新型功能材料。