片状金属粉体的制备及应用研究综述

发布日期：2021-10-11 来源:粉体网

金属粉体的应用性能与它的结构形状有着十分密切的关系，不同形状的粉体在相同使用条件下，其性能有很大的差异。片状金属粉体，其在三维尺寸中只有一维处于亚微米或纳米级，另外二维处于微米级。如此特殊的平面结构，不但使其保持了微米粉体较好的分散性，也使其能够充分发挥纳米粉体的功能特性。它不仅具有普通纳米粉体表面活性较高和能与其它活性基团有效结合的性质，而且保持了微米粉体不易团聚和便于分散的特点。[1]同时，片状金属粉末所具有的良好的附着力、显著的屏蔽效应、较强的反射光线能力以及优良的导电性能，也使其在颜料、涂料以及导电浆料等领域，显示出优于其它形状金属粉体的性能[2]。

片状金属粉体的制备方法

目前应用较广泛的片状金属粉体主要有：锌粉、铝粉、银粉、铜金粉、铅粉以及它们的合金粉等。[3]

2.1制备方法概述

目前，片状金属粉体的制备方法包括：气相沉积法(PVD法)、化学还原法、电解法、球磨压延法等。其中，球磨法应用较普遍。按球磨方式可以分为搅拌球磨、转筒球磨、振动球磨和高能球磨等；按配料方式又分为湿法球磨和干法球磨。其中，湿法球磨设备简单，研磨效果好，制备的锌粉成片均匀，质量较高，但需过滤、烘干，工艺较复杂。干法球磨较湿法球磨效率高，尤其适用于制备片状不锈钢粉等惰性片状金属粉体材料，当用于制备活性较高的金属粉体时，需要惰性气体保护，对设备要求较高。[4]

以不锈钢球和硬质合金球为球磨介质制备的片状铝粉具有较大的径厚比，这是由于不锈钢球和硬质合金球具有较大的密度和硬度，在球磨过程中能将较大的动能传递给金属粒子使其完成片状化过程。［5］

2.2片状锌粉的制备

片状锌粉的生产通常采用机械粉碎和物理挤压的方法，如干式球磨法、湿式球磨法和振动球磨法等。湿式球磨法设备简单，研磨效果好，产品合格率较高，但其工艺较复杂；干式球磨法的生产工艺流程短，成本低，在目前的经济技术条件下，当要求产品粒度D97大于5μm时，应优先选择干式球磨生产工艺。[6]

2.3片状铝粉的制备

目前制备片状铝粉的方法主要有两种：机械球磨法和物理气相沉积法(PVD)。

2.3.1机械球磨法

舒波等以300目球状铝粉为原料，以硬脂酸为助剂研究了湿式球磨制备片状铝粉的工艺。[7]该研究发现，在球料比为40∶1、助剂料比为1∶25以及磨介料比为2∶1的条件下，磨制14h左右，可制得片径为18～23μm、片厚为100～200nm的片状铝粉。

2.3.2物理气相沉积法(PVD)

物理气相沉积法，包括蒸发-冷凝法和溅射沉积法，是制备片状金属铝粉的主要方法。蒸发冷凝法是在真空或惰性气体中，采用等离子体、电子束激光和高频感应等加热方式，使铝块蒸发气化，使其在基片(铝丝或铝片)表面沉积形成铝薄膜。溅射-沉积法是采用低电压、大电流的电弧放电技术，使惰性气体电离，轰击作为靶材的铝块，使其表面上的物质以粒子形式被打出。再利用电场的加速作用，使其在基片表面沉积形成铝薄膜，然后用有机试剂将两种方法沉积的铝薄膜与基片洗脱分离，机械粉碎铝膜，即可得到片状铝粉。[8]

2.4片状银粉的制备

2.4.1还原-球磨法

传统片状银粉的制备采用还原-球磨法。即首先通过化学还原得到球状或树枝状银粉，然后经过机械研磨，使银粉形成不规则的片状银片。该方法虽简单，但是耗能高，银粉易受研磨过程中杂质的污染，同时还会产生硬化，且不易达到要求的粒度，因此，化学一步法制取片状银粉的研究引起了人们的重视。[3]

2.4.2光诱导法

光诱导法是将银溶胶用适当的保护剂保护后，置于一定波长的可见光下进行辐照，使银溶胶粒子在生长过程中发生变形，通过改变光强度和分散剂种类等参数，可制得具有片状外形的纳米级银粉。[9]

2.4.3异质晶核法

异质晶核法是通过在反应溶液中引入其它贵金属催化剂。如梁焕珍等以氯铂酸为催化剂，在银粉还原前使氯铂酸先被还原出来，形成外来晶核，由它提供一个平面，促进银(111)面的形成与生长，所形成的(111)面堆积密度*大，能量*小，在被有机保护剂(如PVP)分子吸附覆盖后，阻碍Ag+在该面上的扩散、还原与沉积，使银不能长成立方晶体，只能在侧面继续生长，形成保留着(111)面的片状银粉。[10]

片状金属粉体的应用

3.1应用概述

3.1.1作为颜料用的片状金属粉体

在颜料中，金属颜料是一个特殊品种，由片状金属或片状合金粉末构成。作为装饰性颜料，可使被涂装的物品绚丽多彩，具有明亮的金属光泽和金属闪光效果。以金属粉体做颜料的涂料都具相当强的防腐蚀能力，尤其是以片状金属粉体做颜料的涂料。在涂装成膜时有与被涂物平行的特性，金属粉体在成膜物质内呈多层排列，阻断了涂料膜的气孔，防止空气中的水分、有害气体的渗透，同时其反射光、热的性能又保护了涂料膜本身。[3]

3.1.2作为电子浆料用的片状金属粉体

电子浆料通常是指自上世纪60年代以来开发的新型功能性浆料，由功能相、粘结相和有机载体三部分组成，它是制造电子元器件、厚膜混合电路的重要基础材料。对用作制备导电印料的导电微粒来说，还是呈片状、扁平状、针状的为好，其中尤以片状金属粉体更为上乘。球形的粉末相互间是点的接触，而片状粉末就可以形成面与面的接触。印刷后，片状的粉末在一定的厚度时相互呈鱼鳞状重叠，从而显示了更好的导电性能。在同一配比、同一体积的情况下，片状金属粉体制成的导电膜的电阻只有球状金属粉体的百分之一。[11]

3.2片状锌粉的应用

片状锌粉颜料的应用起源于达克罗涂液和富锌涂料的制备。达克罗涂液是由片状锌粉、铝粉和含铬水性涂料组成的，涂覆经烘干、烧结而形成无机涂层，目前被指定用于汽车、飞机、高铁等大型设备的关键零部件，由此推动了片状锌粉颜料的快速发展和商业化。［12］

在富锌涂料应用方面，片状锌粉也发挥了重要作用。以片状锌粉为原料，脂类、醇类等为溶剂，再加入偶联剂、流平剂、树脂、胺类固化剂等配制成溶剂型防腐蚀涂料，结果显示片状锌粉富锌涂料层的外观、柔韧性、抗冲击强度、耐腐蚀性等指标均明显高于球形锌粉富锌涂料。[13]

3.3片状铝粉的应用

片状铝粉颜料不但具有良好的耐热性、耐水性和耐腐蚀性，还具有延展性好、亮度高、能产生各种光学效应等特点，被广泛应用于建筑涂料、汽车面漆、油墨印刷、防腐蚀涂层等领域。由于片状铝粉对可见光、红外光和紫外光都具有很高的反射率，因而在防腐蚀涂层中，一般都和锌粉复配使用，以便提高涂层的亮度。在烧结锌铝防腐蚀涂层中，铝粉能抑制涂层中锌粉发生牺牲阳极反应时的反应速率，延长涂层的耐腐蚀寿命。［14］

尽管片状铝粉颜料的应用技术已很成熟，但随着涂料水性化的发展，对其稳定性提出了更高的要求。铝粉具有负的电极电位，同时片状铝粉具有很大的表面活性，与水接触时会发生反应，发生反应的片状铝粉涂料体系不但会导致涂料发黑，性能下降，而且逸出的氢气还会使涂料容器中的压力增加，产生“涨听效应”，严重时会产生爆炸。因此，提高片状铝粉颜料的稳定性，抑制氢气的产生极其重要，是目前片状铝粉颜料应用于水性涂料的关键技术瓶颈。[4]

目前，对片状铝粉颜料的研究主要集中于其表面的修饰改性，以提高其稳定性和耐候性。现有的片状铝粉颜料表面处理方法有2类:一是向片状铝粉体系中加入缓蚀剂，阻止铝粉和水的反应；第二种方法是直接在片状铝粉表面沉积或添加一层保护层以阻断铝粉表面和水接触，如利用溶胶-凝胶法在铝粉表面沉积一层无机保护膜(如SiO2，TiO2膜)可有效提高铝粉颜料的稳定性。［15、16］

3.4片状锌铝合金粉体的应用

片状锌铝合金粉体颜料综合了两者的优点，兼顾了材料制备、耐腐蚀性能和涂层外观的要求。锌铝合金具有良好的延展性，鳞片大小容易控制、可方便地获得较高的鳞片比表面积；片状锌铝合金颜料既具有纯锌层对钢铁基体有效的阳极保护作用，又因含有足够的铝，能够形成完整的Al2O3保护膜而提高其耐腐蚀性能。由于铝的掺入，片状锌铝合金颜料涂层还具有纯锌粉颜料所不具备的优良的金属光泽；同时，锌铝合金粉还避免了锌粉和铝粉在涂料中由于密度不同导致的涂液不均，是无铬达克罗涂料的理想防腐蚀颜料，其应用空间巨大。[4]

结语

片状金属粉体定向排列性好，不易团聚，对光线有较强的反射能力，具有良好的附着力、优良的导电性能、特殊的屏蔽效应，因此广泛应用于颜料及电子材料中。随着IT行业的迅速发展，带动了电子产品用量的迅速增加，由微纳米片状金属粉组成的导电浆料，作为电子产品必须的材料之一，其品质也密切影响着电子产品质量的稳定和提高，由此可见，金属片状粉体具有重要的应用前景。目前制备片状金属粉体的方法在不断完善，同时新的方法也在研究中[3]。

参考文献

[1]杨毅，刘宏英，姜炜，等.微纳米片状金属粉制备设备[J].微纳电子技术，2005，(10):477-480.

[2]叶红齐，杨鹰，周涛.颜料用片状粉体[J].国外建材科技，2004，25(4):32-34.

[3]吕超君，谈定生，刘书祯.片状金属粉末的制备及研究进展[J].上海有色金属，2009，30(02):89-93.

[4]焦志伟，刘葵.片状金属颜料在防腐蚀涂层中的应用[J].材料保护，2012，45(11):38-41+1.

[5]舒畅，谢光荣，曾鹏，等．不同球磨介质在片状铝粉制备过程中的作用研究［J］．粉末冶金工业，2010，20(4):10～14．

[6]郑水林.超细粉碎工艺设计与设备手册[M].北京:中国建材工业出版社，2002:20-21.

[7]舒波，夏书标，蔡晓兰，等.片状铝粉制备的研究[J].南方金属，2006，150:21-23.

[8]陆必志，陈振兴，黄巧萍，等.纳米片状铝粉的制备及其发展动态[J].材料与冶金学报，

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