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  • 全球重視超微細粉體材料的研究及開發
  • 2018/6/21 閱讀次數:[1084]
  • 隨著科技的發展,我們經常需要既能適應高溫、高壓、高硬度條件的材料,又具有能發光、導電、電磁、吸附等特殊性能的材料。因此,需要人們不斷地開發超細粉體這一新興材料體系。 

         目前研究開發超微細粉體材料受到各國重視。日本超微細粉體材料的開發涉及70個公司,50多個研究機構;韓國科學技術研究院提出的科技發展戰略及五年發展計劃中提到對下一代技術革新起開創作用的項目,也列出了包括精細陶瓷在內的超微細粉體材料;英國成立了新型先進材料制造技術中心,研究包括陶瓷在內的超微細粉體材料;美國國家關鍵技術小組預測了多項對全國未來發展至關重要的關鍵技術,包括材料的合成與加工、電子、光學材料、陶瓷材料及復合材料,并在20世紀90年代初就把納米技術列入"政府關鍵技術"及21世紀初的重要研究方向。 

         由于各國開發力度的加大,新品種也層出不窮。近兩年德國德固薩公司不斷推出了不同用途的SiO2系列品種,如A200、A300用在聚酯凝膠涂料中,R972作為特種樹脂流變劑和橡膠改性專用SiO2;美國PPG公司推出消光劑等系列超細SiO2新品種。據初步統計,SiO2新品種的開發涉及到十余家公司、幾十個品種。另外,美國的礦物工業公司在北美范圍內建立了30余家超微細碳酸鈣生產廠,生產不同牌號的碳酸鈣;日本開發了PTC熱敏電阻用鈦酸鋇,還有多家公司聯合開發了氮化硅新材料,并為適應電子零部件、合成樹脂和絕緣體應用投資5億日元建立了世界第一個合成云母廠;美國的金剛石公司開發了鈦酸鋁鈷耐熱沖擊陶瓷;挪威開發了多種用途的ZrO2,涉及到十幾家公司。 

         超微細粉體材料具有超常效果。如果把超微細無機粉體材料或顏料添加到油墨或油漆中,它會使色彩艷麗而發光。加到涂料中可使粘合度大大加強。納米級白碳黑能賦予橡膠極高的抗張強度、抗撕裂性和耐磨性。超微細r-Fe2O3磁粉用在錄音帶或錄像帶中,信息儲存量比普通磁粉高10倍。在海灣戰爭中,美國的隱身戰斗攻擊機F-117A號由于在其表面涂敷了鎢鈷-鐵氧體超微細粉體材料制成的吸附層,使其在執行1200多次空襲中無一損傷。另外,超微細粉體材料隨著粒徑的減小,比表面積增大,這種表面效應導致材料機械性能、熱傳導性能均比一般材料優異。超微細粉體材料可使光學性質和電學性質改變,如TiO2、ZnO、PbO等金屬氧化物納米微粒加入到化妝品或某些材料中,具有防止紫外線的效果。銅是良導體,但納米級銅不導電,而絕緣的二氧化硅在20nm時則開始具有導電性。 

         無機超微細粉體材料有著廣泛的用途。它可在造紙、油漆、塑料、輕工、冶金等工業中作填料和功能材料;在涂料、顏料中作阻燃劑;在電子、航空工業****領域中還可作電容器材料、敏感元件材料、超硬材料、超導材料及光、電、磁、波的吸收材料(防紅外、防雷達隱蔽材料)等。由于無機超微細粉體材料用途廣泛及其特殊的性能,其價值會大幅度提升。一般而言,超微細粉體材料的價格比普通粉體材料高3~5倍,有的甚至達到幾十倍。因此,有針對性的開發超微細粉體材料已是大勢所趨。 

         總體上看,無機超微細粉體材料今后的發展具有以下四大趨勢: 

    ---微細化 

         在十多年前超微細粉體材料的研究對象是1um以上的粉體,而近年來超微細粉體材料的研究已進展到納米級。隨著顆粒度的變小,使其本身的性能增強,并可使光、電、磁特性兼于一身。比如,日本電子公司開發的納米級壓電陶瓷材料的強度是傳統壓電陶瓷材料的3倍。 

    ---高純化 

         高純化是為了實現物質本身的特性,防止外來雜質的干擾,如精細陶瓷的光、電、磁材料及超導材料等均需高純度。 

         高純度產品可產生巨大增值,99.998%的ZrO2價格為普通耐火材料用ZrO2的300多倍,是電子材料用ZrO2的50多倍。 

    ---功能化和復合化 

         功能化和復合化是人們對材料性能追求的結果,也是高新技術發展的需求。如新型毛細管狀苯乙烯-二乙烯基本離子交換樹脂中r-Fe2O3構成的磁性材料,不僅是一種超順磁材料,在室溫下具有極強的磁性,而且有良好的光透明性。由于具有這種特種功能,使其在彩色成像和印刷中顯示出非常好的效果。功能是材料的核心,科技的發展需要各種功能的材料;而復合的目的是人為地賦予材料新功能改進老功能。比如在氧化鋯中添加少量的穩定劑,強度和韌性會大大提高,可使過去只能做耐火材料的ZrO2陶瓷,一躍成為結構陶瓷中的佼佼者,抗斷裂強度大大提高。再如,含有氧化銻的亞微米級氧化錫,不但導電而且透明。 

    ---精細化 

         材料的精細化是指粉體性能的精細化,如對其顆粒度、粒度分布、顆粒形狀、比表面、孔容、孔徑、晶相、導電、磁性、光吸收、光導等一系列性能,不同粉體有不同的要求。如對不同類型的紙張要求不同晶相的碳酸鈣;封裝SiO2不同的形狀,會產生不同的效果。 

         目前,我國無機超微細粉體材料的研究開發剛剛起步,無論天然非金屬礦物加工,還是人工合成超微細粉體的研究開發都起步較晚。近年來在磁性記錄介質、電子陶瓷、高檔油漆、油墨、涂料等行業,引進了十多套以超微細粉末為原料的涂裝成型加工生產線,其中許多具有國際先進水平。但至今仍未建立起與之配套的粉末產業。超微細粉體材料仍主要靠進口。另外,我國目前從事超微細粉體材料的研究開發單位很多,研究開發的品種也不少,但由于技術難度大,應用領域和產品市場的開發等多種原因,只有少部分產品已經工業化,大部分產品處于研究開發階段。因此必須加快發展超微細粉體材料。
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