近幾十年來(lái)，各國(guó)對(duì)超細(xì)粉體的研制非?；钴S，日本處于領(lǐng)先地位。一些大學(xué)和企業(yè)對(duì)超細(xì)粉體的制備、應(yīng)用及物理性能的測(cè)試等方面，開展了系統(tǒng)、全面的研究，并且把它列為材料科學(xué)的四大研究任務(wù)之一。
超細(xì)粉體的特性總體上可歸結(jié)為兩個(gè)方面：由于顆粒體積變小，而引起的體積效應(yīng)；顆粒表面原子數(shù)目的比例增加，而引起的表面效應(yīng)。具體表現(xiàn)在物質(zhì)的熔點(diǎn)、比熱、磁性、電學(xué)性能、力學(xué)性能、擴(kuò)散及光的吸收與反射等方面所呈現(xiàn)出的特異性質(zhì)。
正是由于超細(xì)粉體的這些特異性質(zhì)，使它越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于感光材料、硅酸鹽材料、磁記錄材料、電極材料、導(dǎo)電涂料、催化劑、化妝品填料、光學(xué)材料等各個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用前景也是十分廣闊。中國(guó)粉體網(wǎng)編輯參考華東理工大學(xué)趙斌教授的論文對(duì)金屬超細(xì)粉體的幾十種制備方法作了以下概述。
機(jī)械粉碎法
機(jī)械粉碎法的原理非常簡(jiǎn)單，它是利用高能球磨方法，將大塊的金屬或合金材料用球磨機(jī)進(jìn)行機(jī)械粉碎。這也是制備金屬粉體的最古老的方法。適當(dāng)控制球磨機(jī)條件，可以制備出納米級(jí)的純?cè)?、合金或?fù)合材料。這種方法制備出的合金呈現(xiàn)出極高的強(qiáng)度，可以用于制備納米陶瓷與金屬基的復(fù)合體。
機(jī)械粉碎法的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單，能制備出常規(guī)方法難以獲得的高熔點(diǎn)金屬或合金超細(xì)材料。它的缺點(diǎn)有：在球磨過程中，由于涉及機(jī)械粉碎和分級(jí)，因而易代入雜質(zhì)，粉料特性難以控制且制粉效率較低。
氣相沉積合成法
氣相沉積合成法是目前世界上用于制備超細(xì)材料的常用方法。該方法是首先將真空室抽成高真空，然后通入惰性氣體，使壓力保持在約1000 Pa。從蒸發(fā)源蒸發(fā)金屬，惰性氣流將蒸發(fā)源附近的超微粒子帶到液氮冷凝器上，待蒸發(fā)結(jié)束后，將主真空室抽至高真空，把納米粉體刮下，通過漏斗接收。在與主真空室相連的成型裝置中，在室溫和70MPa～1.5GPa的壓力下壓縮成型，得到金屬超細(xì)材料。
該方法可以制備金屬及合金超細(xì)材料，而且成功地制備了氧化鋁、二氧化鈦、氟化鈣、鈦酸鋇等化合物的超細(xì)材料。尤其適合于制備液相法無(wú)法制得或難以制得的非氧化物：碳化硅、氮化硅等粉體。該方法的缺點(diǎn)是：所制得的樣品尺寸小，試驗(yàn)設(shè)備要求高，而且難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
霧化法
霧化制粉包括3個(gè)階段：先將金屬熔融成為液體，然后使得熔融態(tài)金屬在霧化室中霧化分散金屬液為微小的液滴，最后迅速將液滴冷凝成固體粉體。
用該方法可以制造金屬或合金的超細(xì)粉，尤其適合應(yīng)用于不銹鋼超細(xì)粉的制造。其缺點(diǎn)是耗能巨大，試驗(yàn)設(shè)備要求很高。
激光法
激光法是以激光為加熱熱源，誘發(fā)氣相反應(yīng)的合成超細(xì)粉技術(shù)。激光法的原理為氣體分子受到紅外光或紫外光的照射時(shí)，如果氣體的吸收帶與光波波長(zhǎng)一致，那么，氣體分子就吸收該波長(zhǎng)的光。激光法利用此特點(diǎn)，選用吸收帶與激光的激發(fā)波長(zhǎng)相吻合的反應(yīng)氣體(當(dāng)二者不一致時(shí)，加入光增感劑，如SF6、SiF4等)。通過對(duì)激光能量的共軛和碰撞傳熱，氣體分子在瞬間達(dá)到自發(fā)反應(yīng)溫度并完成反應(yīng)。光吸收、分解、成核、生長(zhǎng)都是在瞬間完成。激光法主要適用于合成一些用常規(guī)方法難以獲得的化合物超細(xì)粉，如SiC、Si3N4、B4C等。也可以用來(lái)制備金屬粉，如銀粉、銅粉等。激光法制粉的成本非常高。
化學(xué)燃燒法
化學(xué)燃燒法是以火焰燃燒器為加熱熱源。先將金屬鹽溶于含水溶液，在通過噴嘴霧化到由同軸圓筒燃燒器發(fā)出的H-O，H-空氣，H-空氣-N火焰上，金屬鹽受熱而發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，析出金屬超細(xì)顆粒。
氣相化學(xué)還原法
該方法以鹵化物為原料，如氯化銀。首先制備氯化銀晶體，再加熱氣化變成氣體，在氫氣的還原氣氛中，發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，從而生成銀顆粒。而對(duì)于氧化物氣體，還可以使用一氧化碳來(lái)作為還原劑。由于反應(yīng)中需要高溫蒸發(fā)鹵化物，而且還原氣體需要一定的高壓，這使得對(duì)設(shè)備和能量的要求提高，從而降低了它的實(shí)用性。
固液置換反應(yīng)法
在一些外國(guó)專利中，提到了利用置換反應(yīng)來(lái)制備金屬和合金超細(xì)材料。即利用活潑金屬來(lái)置換不活潑金屬，從容易制得的金屬微粒置換出相對(duì)較難制得的金屬微粒。
固相還原反應(yīng)法
該方法是機(jī)械粉碎法和化學(xué)還原法相結(jié)合的一種方法。先將金屬的純凈氧化物用高能球磨機(jī)磨成一定大小的超細(xì)粉，再用還原劑進(jìn)行還原而得到純金屬粉。其缺點(diǎn)是過程太多，成本增加。
金屬有機(jī)化合物熱分解法
該方法利用金屬和有機(jī)化合物的熱不穩(wěn)定性，預(yù)先將金屬有機(jī)物溶于有機(jī)溶劑，加熱使之發(fā)生分解反應(yīng)，成長(zhǎng)為金屬超細(xì)顆粒。當(dāng)加入第2種金屬的有機(jī)化合物時(shí)，可以形成合金。例如鐵、鎳的金屬羰基化合物的熱分解法可制得納米級(jí)金屬粉體。金屬有機(jī)化合物的熱分解法設(shè)備較簡(jiǎn)單，也不需加熱到氣相法那樣高的溫度，但金屬有機(jī)物的制備本身就要很高的成本，而且有機(jī)反應(yīng)本身有反應(yīng)不完全、不易控制等缺點(diǎn)。
液相化學(xué)還原法
該方法是制備金屬超細(xì)粉體的常用方法。它是通過液相氧化還原反應(yīng)來(lái)制備金屬超細(xì)材料。根據(jù)反應(yīng)中還原劑所處的狀態(tài)，又可分為氣液還原法(以氫氣為還原劑)和液相化學(xué)還原法。以氫氣作還原劑，對(duì)設(shè)備的投資有所增加，但產(chǎn)品純度可提高。液相化學(xué)還原法的過程為常壓、常溫(或溫度稍高，但小于100℃)狀態(tài)下，金屬鹽溶液在介質(zhì)的保護(hù)下，直接被還原劑還原的制備金屬超細(xì)材料的方法。經(jīng)還原后生成的金屬超微粒子，均勻分散于保護(hù)介質(zhì)中而形成金屬膠體，經(jīng)后處理得到金屬超細(xì)粉。
該方法的優(yōu)點(diǎn)：a.制粉成本較低。b.設(shè)備簡(jiǎn)單且要求不高。c.反應(yīng)容易控制，可以通過反應(yīng)過程中對(duì)溫度、反應(yīng)時(shí)間、還原劑余量等工藝參數(shù)來(lái)控制晶形及顆粒尺寸。d.工藝過程簡(jiǎn)單，通過控制其工藝過程，可以制造出合金超細(xì)材料，金屬摻雜工藝易于實(shí)施，從而達(dá)到有目的摻雜。e.易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)。
微乳化液法
微乳化液法是在上面所述傳統(tǒng)、均相的液相化學(xué)還原法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新方法。其原理非常巧妙，它首先制備金屬鹽的均相微乳溶液，化學(xué)反應(yīng)集中在微乳化液滴內(nèi)進(jìn)行。顆粒也在小液滴內(nèi)形成。顆粒直徑大致與微乳化液滴直徑相同，改變小液滴直徑可控制顆粒粒徑大小。溶劑中包含一種表面活性劑和一種有機(jī)溶劑。表面活性劑與有機(jī)溶劑的比例控制了微乳液的數(shù)量與尺寸，而微乳液的數(shù)量與粒度分布決定了金屬粒子的數(shù)量與粒度分布。這樣可以得到單分散的金屬顆粒。金屬顆粒形成之后，均相的溶液分為兩相：一相含有大量的金屬超微粒子，而另一相含有大量的表面活性劑。金屬顆?？梢詮囊幌嘀蟹蛛x、干燥，得到粉體，而表面活性劑可以從另一相中回收循環(huán)使用。
水熱法
高溫高壓下，在水溶液或蒸汽等流體中進(jìn)行有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱，可分為水解氧化、水解沉淀、水解合成、水解還原等；也可用水熱法來(lái)制備金屬超細(xì)粉體。
冷凍干燥法
將金屬鹽溶液霧化為微小液滴，并快速冷凍成固體，然后加熱使這種冰結(jié)的液滴中的水升華氣化，從而形成了溶質(zhì)的無(wú)水鹽，經(jīng)煅燒合成超細(xì)粉體。
溶膠-凝膠法
將金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽經(jīng)分解，然后使溶質(zhì)聚合凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒，最后得到金屬超細(xì)粉體。
沉淀法
通過溶液的化學(xué)反應(yīng)得到金屬化合物的沉淀，進(jìn)一步煅燒還原得到金屬粉體。
爆破法
把金屬或化合物和火藥一起放入容器內(nèi)，使之爆炸，在瞬間高溫、高壓下，形成超細(xì)粉體。
電解法
將鋅、鐵、鎳、鈷等金屬鹽溶液電解后析出金屬粉體。
等離子法
在等離子射流中，使金屬發(fā)生物理化學(xué)變化，得到金屬蒸汽，進(jìn)行驟冷而得到粉體。
濺射法
用2塊金屬板分別作陰極和陽(yáng)極，陰極為蒸發(fā)用材料。在2極間充入Ar氣(40～250 Pa)，在2極間施加電壓為0.3～1.5 kV。由于2級(jí)的輝光放電使Ar離子形成。在電場(chǎng)的作用下，Ar離子沖擊陰極靶材表面，使靶材原子從其表面蒸發(fā)出來(lái)形成超細(xì)粉體，并在附著面沉積下來(lái)。
超聲波粉碎法
將幾十微米的細(xì)粉裝入盛有酒精的不銹鋼容器內(nèi)，并通入幾十個(gè)大氣壓的惰性氣體(通常為氮?dú)?，以一定的頻率和功率的超聲波進(jìn)行粉碎。這個(gè)方法對(duì)脆性金屬比較有效。
真空蒸發(fā)鍍膜法
該方法是將待成膜的基片放在蒸發(fā)容器的中部，而原材料涂敷于容器內(nèi)壁周圍，把蒸發(fā)容器抽成真空狀態(tài)，再在容器外加熱使得原料中的物質(zhì)飛濺到基片上，從而冷卻后形成的制作超細(xì)粉體膜的方法。
電弧法
以貴金屬作為電極，在液體中引弧，通過電弧產(chǎn)生金屬蒸氣，金屬蒸氣在液體環(huán)境中冷卻，形成超細(xì)粉體貴金屬顆粒。釆用高頻電弧可以得到更好的結(jié)果。當(dāng)以鉑作為電極時(shí)，可以制備超細(xì)粉體膠體粒子。
金屬蒸氣合成法
金屬蒸氣合成(MVS)法以電子束激發(fā)金屬，然后在77K低溫使金屬蒸氣與有機(jī)溶劑蒸氣共同凝聚，再加熱升溫，可形成溶劑穩(wěn)定化的金屬超細(xì)粉體粒子，其粒徑可控制在1~5nm內(nèi)，在存在合適分散劑的條件下，金屬顆粒尺寸分布甚至更窄，可達(dá)到并穩(wěn)定在1~3nm范圍內(nèi)。此法可制備呈高度分散狀態(tài)的貴金屬超細(xì)粉體粒子。
輻射分解還原法
輻射法是采用Y射線或高能電子束輻射金屬鹽溶液，激發(fā)或電離金屬鹽溶液中的溶劑分子，使其產(chǎn)生榮計(jì)劃電子、離子或自由基。對(duì)水溶劑而言，輻射產(chǎn)生活性離子eaq、H.、OH、H3O+。Eaq的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為-2.7V，具有很強(qiáng)的還原能力；H也具有還原能力；eaq和H能將前驅(qū)體化合物還原。當(dāng)加入甲醇、異丙醇等自由基清除劑時(shí)發(fā)生爭(zhēng)奪H反應(yīng)而清除OH，同時(shí)生成還原性有機(jī)自由基R(如CH2OH)，它可以穩(wěn)定中間價(jià)態(tài)和參與后續(xù)還原反應(yīng)。還原性的eaq與金屬離子發(fā)生反應(yīng)，將金屬離子還原為金屬原子和制備得到金屬超細(xì)粉體粒子。
活性氫-熔融金屬反應(yīng)法
該法是利用含有氫氣的等離子體與金屬間產(chǎn)生電弧，使金屬熔融，電離的N2，Ar等氣體和H2溶入熔融金屬，接著含有金屬超微粒子的氣體被釋放出來(lái)，超微粒子的生成量隨等離子氣體中氫氣濃度的增加而增加。
電爆法
該法是近年來(lái)國(guó)際上興起的用于工業(yè)上生產(chǎn)純金屬、氧化物、氮化物和合金的超細(xì)粉體的重要方法，它利用高壓脈沖放電，使得金屬絲熔融汽化發(fā)生爆炸，金屬蒸汽在介質(zhì)氣體碰撞下急速冷卻形成超細(xì)金屬或者合金粒子，所制備的超細(xì)粉具有氣體冷凝法的特點(diǎn)，被認(rèn)為是很有前途的超細(xì)粉工業(yè)化制備方法。
參考來(lái)源：
趙斌，等：金屬超細(xì)粉體制備方法的概述；國(guó)家超細(xì)粉末工程研究中心
蘇林：鉑超細(xì)粉體的制備與防團(tuán)聚性能研究；昆明理工大學(xué)
張周伍：電爆法制備金屬超細(xì)粉體材料的設(shè)備與工藝研究；蘭州理工大學(xué)