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第20卷第3期太连铁道学院学报VoI20No3

纳米粉体材料制备技术

任瑞铭
T
(大连铁道学院材料科学与工程系辽宁大连Il6028)●

摘要：论述了国内外纳米粉体制备技术，着重评述了气体法、气相合成法和机槭舍金化
法，并对机槭激活合成法做了简要舟绍．
关键词：塑三坐；!堡量；堕盒垒些，机槭激活合成啕鞠
中围分类号：TB383J文献标识码：A

纳米材料(晶粒尺寸<100mn)是一类应用前景广阔的新型材料，自从80年代初德国
科学家H．Gleiter教授提出了纳米晶体材料的概念，并首次获得人工制备的纳米晶体材料
以来⋯，世界各国材料科学家竞相开展对这种新材料的研究工作．这不仅是由于纳米晶体
材料独特的结构特性(含有大量的内界面)为探入研究固体内界面结构与性能提供了良好
的条件，更为重要的是纳米材料表现出了一系列优异的理化及力学性能，如纳米微粒具有
小尺寸效应、表面界面效应、量子效应和宏观量子隧道效应等特性，以及特殊的磁性能、
高的导电率和扩散率、高的反应活性，优异的催化性能和吸收电磁波的性能等，从而为提
高材料的综合性能，发展新一代高性能材料创造了条件．因此，纳米材料成为目前材料科
学领域中的一个研究热点，并被誉为2l世纪的新材料．
在众多的纳米材料的研究与应用中，纳米粉体的制备是基础．纳米粉体的制备方法主
要有物理法、化学法和机械合金化法2-5]．本文着重介绍了几种比较重要的制备方法．

1气体法

气体法是在容器中导入低压(1．33x10～数kPa)的氲或氦等惰性气体，通过发热体
加热使金属熔化、蒸发，蒸发的金属原子和气体分子碰撞，使金属原子凝聚而形成纳米颗
粒，通过蒸发温度、气体种类和压力控制颗粒的大小，一般制得颗粒的粒径为10nm左
右．蒸发源可用感应加热、电阻加热，对高熔点物质可用激光、等离子体、电弧和电子束
加热等，各种加热方法制备纳米粉末的特征列于表1．

收稿日期：1999—04—0l
基金项目大连市青年科技基金资助项目
作者简介：任瑞铭(1960-)，男，教授

第3囊任瑞铭：纳米粉体材科制备技术6g

蒸发原料放在电阻加热器上惰性气体或还原性气体，一次生成量较小．实验室规
电阻加热
加热蒸发压力为133～13332Pa模一次为数十毫克

用等离子束加热水砖铜坩埚惰性气体，压力为实验室规模产量每批20～3o岳
等离子束加热
中的金属材料2．6×104～lx10Pa几乎适用于所有金属

高额感应加热耐J^坩埚中的粒径容易控制，可大功率长时
高额加热惰性气体，压力为
金属133～6500Pa问运转

高真空电子束发生室与压力为惰性气体反应性可制取w等高熔点金属
电子束加热133Pa的燕发室保持压力差，气体，压力133Pa及．IIN、AIN等高熔点化合物
原料用粉末

用连续，高能激光束通过透镜惰性气体，压力可蒸发矿物．化台物等，对
激光束加热
聚焦照射原料I3x10～l×10'PaSiC等金属化台物有效

2气相反应合成法

气相反应法是通过金属蒸气或化表2气相反应法制取碳、氯化物颗粒的反应温度及粒径I
合物气相的化学反应生成各种纳米粉
末的方法，其特点是：①原料金属化
合物具有挥发性，提纯较容易，生成
物纯度高，不需要粉碎；②气相中物
质浓度小，生产粉末的凝聚较小；
@控制生产条件，容易制得粒径分布
窄、粒径小的微粒；④气氛容易控
制，除氧化物外，用液相法直接合成
困难的金属、氮化物、碳化物、硼化
物均可合成．用此法制取的碳、氮
化物的颗粒范围列于表2．
在气相合成中除了反应原料均为
挥发物外，也可用电弧，等离子体、激光加热固体金属使其挥发，再与活性反应气体反应
生成化合物纳米粉体．例如．利用电弧放电作为蒸发源．在3x104Pa的氢气中混入
l×10Pa氧气的混和气体中进行铝的蒸发，形成A】纳米颗粒．

3机械法

机械法是将被粉碎粉末和粉碎介质(磨球)一起放人球磨容器中，通过磨球与罐壁和
詹球与磨球之间的碰撞，将材料粉碎到纳米尺寸．也可以在球磨容器内通人气体或加入两

大连铁道学院学报第20卷

种或两种以上材料．使它们在球磨时发生合金化(称为机械合金化，MochanicalA【b砸n旦)
和化学反应(称为高能反应球磨．HighEnergyReactionMilling)．由于试验设备简单、
成本低，适于大规模生产和适用范围广等特点，已成为合成纳米粉体材料的重要方法【，．
目前常用的高能球磨机有搅拌式(Atwltor)、振动式(Vl~ratoryMil1)、卧滚式
(HorLzontalBaJlMil1)等和行星轮式(PlanetaryBaJlMil1)等．图1为常用的搅拌式球磨
机示意图．

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