等离子技术在高性能粉体制备中的应用.pdfVIP

维普资讯 鹣镇 毒 、， 拿栩 麦 伟 乃 第 5巷第b埘 中 国 粉 体 技 术 、’】_j Nt ， l999怔 l2月 ChinaPowderScienceandTechnol~g3 ， j 毒 置 蔓 蔓 。 f i ^： ¨ 戴遐 喁，王加龙 丁 々 — — — — _ 一 _ — - ～ — 特乍 学1彝能技术研究 院 北京 10220 t S 颗粒是物质在 自然界中赖 以存在的基本形式之 性的 ； 一 ， 颗粒的集合体称之为粉体。按粒径的不同，粉体 4 工艺参数监控系统——主要是工作室内温 叉可分为普通粉、微粉及超微粉 亦称超细粉 。其 度、压力及气体流量等的监控 ； 粒径界限尚无统一 的严格划分 -3]。 目前，一般将 5 粉体的收集系统。 超散粉定义在 l～l00rim 范围 J．微粉的粒径则在 “等离子制粉”就是指用等离子体作热源来提供 亚微米至数微米 粒径更大者即为普通粉体 。不同 台成过程中能量条件的一种新工艺 一般用此工艺 行业、不同技术领域分法有很大差别 。 是为了制取高性能粉体。这里所谓 “高性能”是指粒 制取粉体的方法有两种，一是粉碎 ，二是台成。 径微小的超细粉 ．至少是普通工艺难 以制备的部分 粉碎法是自从l人类社会出现加工技术以后制备粉体 微粉 ，或者是具有某些特殊表面性能的粉体。 的主要方法，尤其是对制备普通粉体和部分微粉 ．目 1 气相合成粉体的基本原理 前仍然如此 ；而对制备超微粉来说 ，则主要是靠台成 技术了：虽然我们中华民族的祖先们早在 1000多 在任何合成粉体的工艺 中，粉粒的形成过程都 年前就用一种特殊的工艺来制取做 墨的 “烟 ，那实 包括成核和长大两个阶段。这里 ，我们对气相合成 际就是碳 的超微粉。但是 ，作为高新技术材料—— 中粉粒的成核 、长大及冷却过程做一简单的探讨 超微粉及部分微粉，它们的被认识 、制备和应用主要 1．1 成核 还是近二 、三十年的事。迄今为止．超微粉的制备工 _ 要进行气相制粉 ．特别是制备超细粉 ，必须保证 曩 也． # 艺已经有 了长足的发展，其工艺方法也多种多样。 均匀成 核。按照成核理论 J，单位时 问、单位 体积 按照粉粒形成的介质情况 ．主要可分气相 、液相及固 内的成核率 相3种工艺 ．尤其 以前两种为多。其 中气相工艺由 于所制粉体颗粒细 、团聚少 ，因此很受人们的重视 ， N 唧：等 ： … 而气相工艺又有多种方法 ．按粉粒形成过程 中有无 式中， 为母相单位体积 中的原子数 ；AG 为形成 气相反应可以将其分为 ：蒸发一冷凝和气相反应两 一 个新相核心时 自由能 的变化 ；Ag为原子越过 界 大类；按其加热方式又可分为 ：电阻加热法、化学火 面的激活能；7’为绝对温度 ；k为玻尔兹 曼常数 ^ 焰法 、等离子法及激光法等 无论哪一种气相制粉 为普朗克常数。△g 0，与温度及界面状态有关 ，但 1艺， 下 5个基本要素是必须具备的 ： 变化不大。故由此式不难看 出：一定温度下，决定 ， I 气源一可以是 固态或液态的蒸发 升华 源， 大小的最关键 因素 是 △G，而在气相一 固相的情 况 也可 是气态的反应剂 ； 下，△G又直接决定于其过饱和度P／Pn．P_为 丁温 2 热源一提供蒸发 升华 或发生化学反应的 度下的平衡蒸汽压 P则为实际蒸汽压。式中的另 能量条件，需满足 3个方面的能量需求 ：①系统及气 一 变量 也是直接 由，j决定 的。在气相制粉 中 源的温升 QI C·△7’：②热效应 Q2 △H．△H为 高过饱和度主要是靠造成大温差即高温蒸发低温冷 蒸发热或反应热 ；⑤系统向环境的热损失 Q ： 凝来实现的。若是气相反应 ，比如 f3 气氛——可能是真空，也可能为惰性或氧化 g2A g +bB g cC s 一dD g 则过饱和度 S K · · 收稿 日期 ：1999—10—28 式中 K为平衡常数。一般制粉时的反应都是在 维普资讯 32 -Summary ChinaPowderScienceandTechnology1999No6 低压下进行的，A，B，I]均可视为理想气体。可据热 则会有利于长大，而成核过程则受到抑制。在实际 力学公式 的工艺过程 中，成桉与长大很难截然分开，总是一些 AG0 一 RTInK, 已生成颗粒在长大 ，而另一些新颗粒又在生成。于 这里ACD为c物质 的标准生成 自由能；KP为 是如何设法使成桉和长大两过程尽量分开，是制备 等压条件下 的平衡常数。可见，AG 的变化可首先 粒径均匀粉体的技术关键。 由平衡常数判断出来。在选择反应体系和设计工艺 1．3 冷却 参数时 ，有两个 问题必须考虑 ： 为了得到超微颗粒 ，其晶核