超微细粉体填料发展要求与展望

刘涛（上海汇精亚纳米新材料有限公司）

高新技术的发展对材料的要求越来越高，而材料又是技术进步的关键和后盾。随着科技的发展，我们经常需要既能适应高温、高压、高硬度条件的材料，又具有能发光、导电、电磁、吸附等特殊性能的材料。因此，对材料特殊性能及品质要求的提高，为适应发展需要，人们不断地开发超微细粉体这一新兴填料体系。

超微细粉体填料具有超常的效果。当将超微细无机粉体材料或颜料加到油墨或油漆中时，会使色彩艳丽而发光。加到涂料中可使粘合度大大加强。纳米级白炭黑能赋予橡胶极高的抗张强度、抗撕裂性和耐磨性。超微细γ-Fe2O3磁粉用在录音带或录像带中，信息储存量比普通磁粉高10倍。在海湾战争中，美国的隐身战斗攻击机F-117A号,由于在其表面涂敷了钨钴-铁氧体制成的吸附层，使其在执行1200多次空袭中无一损伤。另外，超微细粉体材料随着粒径的减小，比表面积增大，这种表面效应导致材料机械性能、热传导性能比一般材料优异。超微细粉体材料可使光学性质和电学性质改变，如TiO3、ZnO、PbO等金属氧化物纳米微粒加入到化妆品或某些材料中，具有防止紫外线的效果。铜是良导体，但纳米级铜不导电，而绝缘的二氧化硅在20nm时则开始具有导电性。

无机超微细粉体材料有着广泛的用途。可在造纸、油漆、塑料、轻工、冶金等工业中作填料和功能材料；在涂料、颜料中作阻燃剂；在电子、航空工业尖端领域中还可作电容器材料、敏感元件材料、超硬材料、超导材料及光、电、磁、波的吸收材料（防红外、防雷达隐蔽材料）等。由于无机超微细粉体材料用途广泛及其特殊的性能，其价值大幅度提升。一般而言。超微细粉体材料的价格比普通粉体材料高3-5倍，有的甚至达到几十倍。因此，有针对性的开发超微细粉体材料已是大势所趋。

总体上看，无机超微细粉体材料今后的发展具有以下四大趋势：

1.微细化   在十多年前超微细粉体材料的研究对象是1μm以上的粉体，而近年来超微细粉体材料的研究已进展到纳米级。随着颗粒度的变小，使其本身的性能增强，并可使光、电、磁特性兼于一身。

2.高纯化   高纯化是为实现物质本身的特性，防止外来杂质的干扰，如精细陶瓷的光、电、磁材料及超导材料等均需高纯度。高纯度产品可产生巨大增值，99.998%的ZrO2价格为普通耐火材料用ZrO2的300多倍,是电子材料用ZrO2的50多倍。

3.功能化和复合化   功能化和复合化是人们对材料性能追求的结果，也是高新技术发展的需求。如新型毛细管状苯乙烯-二乙烯基本离子交换树脂中γ-Fe2O3构成的磁粉材料，不仅是一种超顺磁材料，在室温下具有极强的磁性，而且有良好的光透明性。由于具有这种特殊功能，使其在彩色成像和印刷中显示出非常好的效果。功能是材料的核心，科技的发展需要各种功能的材料；而复合的目的是人为地赋予材料新功能改进老功能。比如在氧化锆中添加少量的稳定剂，强度和韧性会大大提高，可使过去只能做耐火材料的ZrO2陶瓷，一跃成为结构陶瓷中的佼佼者，抗断裂强度大大提高。再如，含有氧化锑的亚微米级氧化锡，不但导电而且透明。

4.精细化   材料的精细化是指粉体性能的精细化，如对其颗粒度、粒度分布、颗粒形状、比表面、孔容、孔径、晶相、导电、磁性、光吸收、光导等一系列性能，不同粉体有不同的要求。如对不同类型的纸张要求不同晶相的碳酸钙；封装SiO2不同的形状，会产生不同的效果。

目前，我国无机超微细粉体材料的研究开发刚刚起步，无论天然非金属矿物加工，还是人工合成超微细粉体的研究开发都起步较晚。近年来在磁性记录介质、电子陶瓷、高档油漆、油墨、涂料等行业，引进了十多套以超微细粉末为原料的涂装成型加工生产线，其中许多具有国际先进水平。但至今与之匹配的超细粉体产业仍无法满足他们的需求。超微细粉体材料仍主要靠进口。 

另外，我国目前从事超微细粉体材料的研究开发单位很多，研究开发的品种也不少，但由于技术难度大，应用领域和产品市场的开发较缓慢等多种原因，只有少部分产品已经工业化，大部分产品处于研究开发、推广阶段。因此必须加快发展超微细粉体材料，来满足日益发展的社会需求。