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全球重視超微細粉體材料的研究及開發(fā)

  隨著科技的發(fā)展，我們經(jīng)常需要既能適應(yīng)高溫、高壓、高硬度條件的材料，又具有能發(fā)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(fā)超細粉體這一新興材料體系。
        目前研究開發(fā)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(fā)涉及70個公司，50多個研究機構(gòu)；韓國科學技術(shù)研究院提出的科技發(fā)展戰(zhàn)略及五年發(fā)展計劃中提到對下一代技術(shù)革新起開創(chuàng)作用的項目，也列出了包括精細陶瓷在內(nèi)的超微細粉體材料；英國成立了新型先進材料制造技術(shù)中心，研究包括陶瓷在內(nèi)的超微細粉體材料；美國國家關(guān)鍵技術(shù)小組預(yù)測了多項對全國未來發(fā)展至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)，包括材料的合成與加工、電子、光學材料、陶瓷材料及復(fù)合材料，并在20世紀90年代初就把納米技術(shù)列入"政府關(guān)鍵技術(shù)"及21世紀初的重要研究方向。
        由于各國開發(fā)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(jù)初步統(tǒng)計，SiO2新品種的開發(fā)涉及到十余家公司、幾十個品種。另外，美國的礦物工業(yè)公司在北美范圍內(nèi)建立了30余家超微細碳酸鈣生產(chǎn)廠，生產(chǎn)不同牌號的碳酸鈣；日本開發(fā)了PTC熱敏電阻用鈦酸鋇，還有多家公司聯(lián)合開發(fā)了氮化硅新材料，并為適應(yīng)電子零部件、合成樹脂和絕緣體應(yīng)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(fā)了鈦酸鋁鈷耐熱沖擊陶瓷；挪威開發(fā)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(fā)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(zhàn)爭中，美國的隱身戰(zhàn)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(zhí)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(yīng)導致材料機械性能、熱傳導性能均比一般材料優(yōu)異。超微細粉體材料可使光學性質(zhì)和電學性質(zhì)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(yè)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(yè)尖端領(lǐng)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(fā)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(fā)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(fā)的納米級壓電陶瓷材料的強度是傳統(tǒng)壓電陶瓷材料的3倍。
        ——高純化
        高純化是為了實現(xiàn)物質(zhì)本身的特性，防止外來雜質(zhì)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(chǎn)品可產(chǎn)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(fù)合化
        功能化和復(fù)合化是人們對材料性能追求的結(jié)果，也是高新技術(shù)發(fā)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(gòu)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(fā)展需要各種功能的材料；而復(fù)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(wěn)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生不同的效果。
        目前，我國無機超微細粉體材料的研究開發(fā)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(fā)都起步較晚。近年來在磁性記錄介質(zhì)、電子陶瓷、高檔油漆、油墨、涂料等行業(yè)，引進了十多套以超微細粉末為原料的涂裝成型加工生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)。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(fā)單位很多，研究開發(fā)的品種也不少，但由于技術(shù)難度大，應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品市場的開發(fā)等多種原因，只有少部分產(chǎn)品已經(jīng)工業(yè)化，大部分產(chǎn)品處于研究開發(fā)階段。因此必須加快發(fā)展超微細粉體材料。