无机粉体材料的表面处理方法

＊刘 振

（佛山市三水金戈新型材料有限公司 广东 528131）

无机粉体材料的表面处理方法

＊刘 振

（佛山市三水金戈新型材料有限公司 广东 528131）

近年来，我国虽然对超细粉体的工艺革新逐步推进，但经过简单的粉碎处理的粉体并不能保持良好的稳定性和合理的物理化学效率。本文认为，无机粉体材料的表面处理工艺目前还不足以满足当前市场的需求，通过合理的工艺升级，通过加大产量并研究更多更新的超细粉体表面处理配方，可以充分发挥改性超细粉体的促进作用。

无机粉体；超细粉体；表面处理；

一般来讲，粒径为1-100μm之间的粉体为微米粉体，0．1-1μm之间的为亚微米粉体，1-100nm之间的为纳米粉体，而将粒径小于10μm的粉体称为超细粉体。超细粉体又称纳米粉体，是指粉体的粒度处于纳米级（1～100nm）的一类粉体。超细粉体通常可以采用球磨法、机械粉碎法、喷雾法、爆炸法，化学沉积法等方法制备。近年来，我国虽然对超细粉体的工艺革新逐步推进，但经过简单的粉碎处理的粉体并不能保持良好的稳定性和合理的物理化学效率。所以，对粉体表面进行处理，防止其发生板结，并赋予其更加丰富的电、磁、硬度、结合度等相关的物理系数，是本文研究的重点。

1.无机粉体材料表面处理的目的及难度

超细无机粉体一般由矿物质经过粉碎形成。随着无机粉体的颗粒充分减小，其粒子性表现更加明显，粒子之间的孤立性减弱。超细无机粉体颗粒在存储和转运过程中，往往需要强气流对其维护。强气流冲击粉体表面，使其产生电荷，电荷之间相互排斥，防止超细粉体板结。而如果对无机粉体表面进行薄膜包覆，可以有效改变无机粉体的物理特性，让无机粉体可以实现更低成本的转运，同时还可以让无机粉体表现出更丰富的物理性质。中国虽然是“陶瓷之国”，但部分发达国家的陶瓷水平远超过中国，原因就在于其无机粉体表面处理技术的先进程度使其陶瓷性能得到改善。

无机粉体的表面处理难度在于操作粉体使其稳定的与表面包覆物结合，且在反应期防止其因为包覆反应过程发生聚集和板结。从工艺上讲，无机粉体的表面处理分为干法和湿法两种。干法无机粉体表面处理主要使用高压气流操作粉体，此时粉体动能较大，但省略了脱水流程。湿法无机粉体表面处理主要使用液体悬浮无机粉体对其表面进行沉淀包覆，此时粉体与包覆反应物接触充分，但其脱水过程中容易出现板结的缺陷。

2.湿法无机粉体处理常见问题

(1)沉淀法

常用于湿法沉淀法包覆的主要是金属离子，在一定的表面活性剂的作用下，使用水溶无机粉体材料，使其形成均质浊液，与溶液中的过饱和包覆层材料发生沉淀反应。最终对溶液进行脱水，形成包覆过的无机粉体。

沉淀法反应速度较慢，难以连续反应，操作难度较大，产品质量控制手续较复杂。所以，目前沉淀法多用于处理质量要求不高的粉体。同时，沉淀法作用的粉体直径一般大于100nm，属于较大直径的超细粉体。

(2)醇盐水解法

金属醇盐在水中发生水解反应，可以有效促进高纯度超细粉体表面的包覆。金属醇盐的分解产物主要是金属氢的氧化物沉淀。在一定的PH值和温度控制下，金属醇盐的水解速度可以有效控制，控制包覆层温和反应，最终形成高纯度均一性的包覆膜。

金属醇盐水解法虽然反应温和，反应速度快，可以连续生产，包覆层纯度高，但其也存在一定的缺陷。首先，金属醇盐的价格昂贵，大规模民用产品难以实现该工艺的生产。其次，其控制过程较为复杂，工艺要求高，一般需要采用高端的自动化反应系统，所以厂家开展该工艺的生产的前期投资较高，超出一般企业的承受能力。所以目前通过广泛技改推广该模式还有一定的距离。最后，适用于金属醇盐水解法进行包覆作业的粉体颗粒材料和包覆层材料相对较为单一，这也制约了该工艺的推广。

(3)溶胶-凝胶法

利用非金属醇盐的无机盐制成溶胶，然后将粉体颗粒置入，形成凝胶，进而使得粉体颗粒周围实现包覆。这是金属醇盐水解法的替代方法。该方法广泛的被用于对SiO2和Al2O3包覆层的控制。但该方法反应时间一般超过3天，每升水中仅支持不超过1克粉体的包覆作业。同时，该工艺还需要严格控制PH值的变化，中间操作较为复杂。除此之外，该方法最严重的问题是脱水干燥工艺要求较高，如果工艺不当，可能造成粉体包覆层的开裂甚至脱落。

3.干法无机粉体处理常见问题

(1)物理气相沉淀法

物理气相沉淀法主要利用高温高压气体形成的等离子环境，在紫外线、激光等条件的支持下，让金属蒸汽在粉体表面形成氧化还原反应。从而在粉体表面形成包覆层。该方法操作较为简单，反应速度快，可以实现连续生产，但也存在一定的弊端。首先，反应过程耗能较大。形成并维持物理气相沉淀环境需要消耗大量的能量，在能源价格普遍高涨的今天，该工艺受到的局限性较大。其次，可用于物理气相沉淀的粉体材质和包覆物材质较为单一。并不是每一种粉体和每一种包覆物都可以使用物理气相沉淀法进行表面处理，这也是该工艺的局限性所在。

(2)化学气相沉淀法

化学气相沉积工艺简称CVD，是当前最常用的气相沉淀方法。

利用无机卤化物或者有机金属盐在低温条件下利用氧化还原反应或者气相分解反应在粉体表面沉积。其反应能量来源较为丰富，可以来自微波加热、激光加热、等离子加热、紫外线加热等不同方法。因为化学气相沉淀法消耗能量比物理气相沉淀法更小，控制难度也不比物理气相沉淀法大，所以，化学气相沉淀法被广泛的应用于各类超细粉体的处理中。

4.常见问题的处理方式

(1)合理选用应对性强的工艺

综上所述，因为每种工艺都有其优缺点，那么在选用合理的表面处理配方后，应该选择更适合该配方生产的工艺进行生产组织。对应性强的工艺可以有效降低生产成本，特别是降低生产部署成本。同时充分进行目标分析，寻找合理的生产途径，研发更新的生产工艺。

(2)研究更合理的表面处理配方

民用超细粉体目前多用于油漆、乳胶漆、腻子粉等高端装潢建材中，还有车载空气净化器、厨房净水器等高端家电材料中，因为改性超细粉体的独特属性，让这些材料的性能明显高于其他未采用该技术的产品中。但因为此类材料价格昂贵，使用了该技术的产品价格也远高于其他同类产品的价格，导致产品的适应人群范围较小，产品销量难以提高。

5.总结

超细粉体的表面改性处理是未来材料科学发展的必然趋势，只有使用了改性超细粉体技术，才可以制造出高性能的超细粉体材料，才有高性能的钢材、烧结建材、陶瓷、金属、塑料等材料。但目前改性超细粉体的价格偏高，目前只用于高端的航空宇航工业中，或者其他高端粉体材料的加工过程中。虽然目前已经有一些民用材料采用了该技术，但该技术的推广压力仍然较大。本文认为，无机粉体材料的表面处理工艺目前还不足以满足当前市场的需求，通过合理的工艺升级，通过加大产量并研究更多更新的超细粉体表面处理配方，可以充分发挥改性超细粉体的促进作用。

刘振（1984～）男，佛山市三水金戈新型材料有限公司，研究方向：聚合物改性及功能性粉体开发。

((责任编：李鹏波)

Surface Processing Method of Inorganic Powder Materials

Liu Zhen

(Sanshui Jinge New Materials co., ltd of Foshan, Guangdong, 528131)

Recently, although China has taken gradual technological innovation of ultra-fine powder, the powder after simple smashing processing cannot keep good stability and reasonable physical and chemical efficiency. In this paper the opinion has been put forward that the surface processing technology of inorganic powder materials cannot satisfy the demand of current market yet and by taking reasonable technology upgrading besides, by increasing the output and studying more and newer surface processing method for ultra-fine powder, can the promotion function of modified ultra-fine powder get a full playing.

inorganic powder；ultra-fine powder；surface processing

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