纳米铁粉的制备方法研究.pdf

w. xlictlt1.ceom
第24卷第2期
粉末冾盒工此
2014年4月
POWDER METALLURGY INDUSTRY
Apr,2014
纳米铁粉的制备方法研究
穆冀里',蒋武锋',董建君2,郝素菊',张玉柱
(1.河北联合大学治金与能源学院,现代治金技术教育部重点实验室,河北唐山063006;
2.唐山科技职业技术学院,河北唐山063006)
摘要:纳米铁及氧化铁粉广泛用于磁记录、气敏元件、光吸收材料、高效催化等领城。近年
来,铁纳米粉的制备已形成了几种比較成熟的方法。该文从物理法和化学法两个方面入手,着
重介绍国内外纳米铁及氧化铁粉的几种基本制备方法的原理,以及简要概括了关键技术的发
展现状。并从生产工艺和产物粉体的粒径分布、纯度等方面评述了各种方法的优缺点
关键词:纳米微粒;制备方法;物理法;化学法;原理
文献标志码:A
文章编号:1006-6543(2014)02-0033-05
STUDY ON THE PREPARATION METHODS OF NANOSCALE IRON POWDER
MU Ji-li, JIANG Wu-feng DONG Jiang-jun, HAO Su-ju, ZHANG Yu-zhu
1 Key Laboratory of the Minisitry of Education for Modern Metallurgy Technology, Hebei Tangshan 063006, China
2. Tangshan Vocational Collage of Science and Technology, Hebei Tangshan 063006, China
Abstract: Nanoscale iron and iron oxide powders are widely used in the fields of magnetic re-
cording, gas sensor, light absorption materials, efficient catalysis, etc. In recent years, sev-
eral preparation methods of nanoscale iron powder had been mature gradually. From two as
pects of physical and chemical methods, the mechanism of several basic preparation methods
for nanoscale iron and iron oxide powders was introduced, and the development status of the
key technology was briefly summarized. The advantages and disadvantages of each method
were also reviewed from the production process, powder purity and particle size distribution,
etc.
Key words: nanoscale particle; preparation method; physical method; chemical method
mechanism
通常来说纳米徴粒指的是结晶粒的大小在纳米粉制备的研究发展迅速,已形成几种比较成熟的制备
级的超细材料。纳米材料之所以受到人们的重视是方法,并且一些新的制备工艺正不断涌现。
因为纳米材料在磁、光、电、敏感等方面都具有特殊
纳米Fe粉的制备方法主要分为物理法和化学
的性质,并且纳米材料还具有尺寸效应、表面效应、法。下面将从物理法与化学法两个方面对几种常用
量子尺寸效应和宏观量子隧道等效应。纳米Fe粉作制备方法进行简要介绍。
为纳米材料之一,不仅具有一般纳米材料的性质同时
还具有其本身的特殊性质,这使的纳米Fe粉在粉末1物理方法
治金材料、吸波材料リ、磁性材料]、脱氯催化剂等
方面也有着广泛的应用及前景。近年来,对于纳米铁
物理法分为冷冻干燥法、深度塑性变形法、物理
收稿日期:2013-09-05
基金项目:国家自然基金资助(No.51274084)
作者简介:穆冀里(1988一),男(汉),河北保定人,主要从事纳米铁徽粒的綢备及其应用研究。
学免兔ww,ututu.com
粉末治金工业
第24卷
气相沉积法等。
等离子体是一种由大量正负带电粒子和中性粒
1.1冷冻干燥法
子组成的准中性气体。热等离子体法的原理是:利
冷冻干燥法原理是:制备一定浓度的溶液,再利用等离子体作为热源将金属粉末熔融、蒸发,再通过
用喷雾器将溶液直接喷吹到干冰或液氮等低温物质冷凝结晶制得纳米微粒。热等离子体法的操作过程
中,溶液经喷吹雾化,并分散成微小的小液滴,小液是在常压下进行,操作过程中温度较高]。
滴遇到干冰或液氮会迅速凝固,在低温条件下过滤、
热等离子体法具有多方面的优势,利用热等离
收集这些固态小颗粒,并将其转移至真空状态下冷子体法制得的纳米Fe粉的颗粒分布均匀、平均粒
冻干燥,干燥过程中溶剂升华溶质析出,从而得到纳径小、产品纯度高,而且等离子体中具有多种活性组
米颗粒。需要指出的是,如果以某物质的熔融盐作分,这些组分有利于多种化学反应的进行。此外,等
为喷雾剂时,当冷冻干燥之后应对反应物进行加热,离子体反应空间大,可以促使化学反应趋于完全
使其分解,从而得到产物。喷雾冷冻干燥法多用于但该方法能量消耗大,成本高,操作设备昂贵。
复合氧化物、混合物等粉体的制备。此方法可以避1.3.2溅射法
免偏析现象的发生,所得粉体颗粒均匀,成分准确。
溅射法也是气相沉淀法的一种,溅射法的原理
采用真空冷冻干燥法制备纳米粉体,制得的产与其他气相沉积法原理类似,不同在于溅射法利用
品分散性好化学纯度高、具有硬团聚少、化学活性好溅射现象使目标材料蒸发,之后再利用冷却结品使
等优点。
气相物质转化为固相从而获得纳米颗粒。溅射法的
深度塑性变形法
操作过程需要在阴阳两极的蒸发材料上加上直流电
深度塑性变形法是一种比较常用的制备粉体的压,电压一般为几百伏特,同时通入情性气体或反应
物理方法,该方法的原理是:通过对实验材料施加气,使反成在保护气氛中进行,实验中实验材料在直
准静态压力,使材料产生深度塑性变形,来达到结晶流电压的激发下产生辉光放电,并释放出大量的离
粒细化的目的,从而制的纳米级材料。目前比较常子,在大量离子的撞击下阴极材料靶的原子蒸发,蒸
用的方法有:等通道角挤压法( Equal Channel An发出来的原子迅速与周围的反应气反应或者遇惰性
gular Pressing,ECAP)、累积轧合法( Accumulative气体而冷却结晶从而生成纳米颗粒。
Roll Bonding,ARB)、高压扭转法( High Pressure
潘成福等人利用溅射法成功制得了纳米铁。
and Torsion,IHPT)3种。
在实验过程中潘成福等人用Al2O3隔离Fe,并选用
Rempel等?利用深度塑性变形法在铜基体上氩气作为冷却气体。该实验把Fc和Al2O)同时溅
制得超顺磁性的纳米铁微粒,并且实验过程中发现,射到同一衬底上,