粉體包覆改性是伴隨著粉體技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用而發(fā)展起來的新技術(shù)。包覆技術(shù)對于提高其分散性能、解決其團聚問題起到了重要作用，另外，還可以改善粉體粒子的活性、光學性質(zhì)、耐熱性、耐光性、表面色澤等。目前，包覆技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到對復合粉體進行包覆，將2種或2種以上的粉體顆粒經(jīng)表面包覆或復合處理后可以得到高性能復合粉體，其具有的復合協(xié)同多功能特點，在新型材料的復合和開發(fā)方面也起著極其重要的作用，被廣泛應(yīng)用于軍事、航空、航天、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域。

一、復合粉體包覆方法

復合粉體是新型多功能材料，對復合粉體進行包覆改性具有重要意義。復合粉體的包覆主要有2種方式：（1）對復合處理后的粒子進行包覆；（2）對包覆式復合粒子再進行包覆，形成雙層或多層膜。

復合粉體包覆方法主要有機械化學改性、沉積法、溶膠一凝膠法、化學鍍法等。

1、機械化學改性

機械化學改性是借助于強機械攪拌、沖擊、剪切、研磨等作用激活粉體和用于表面包覆的改性劑，并使粉體顆粒與改性劑發(fā)生化學作用從而將改性劑包覆在粉體顆粒外表面。其實質(zhì)是將機械能轉(zhuǎn)化為化學能，因而稱之為機械化學改性。目前，應(yīng)用機械化學改性的方法主要有球石研磨法、攪拌研磨法和高速氣流沖擊法。

長沙萬榮推出的先進改性設(shè)備-蜂巢磨

機械化學改性法優(yōu)點是：具有處理時間短（從幾秒到幾分鐘），反應(yīng)過程容易控制，可連續(xù)批量生產(chǎn)等。

缺點是：存在著機械處理過程中無機粒子的晶型被破壞、包覆不均勻等問題。

2、沉積法

沉積法是利用過飽和體系中改性劑有在種子顆粒表面沉積析出的趨勢或大小粒子的吸附作用，從而形成對粉體顆粒包覆的一類方法。沉積法可分為氣相沉積法和液相沉積法。氣相沉積法又可分為化學氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）。

（1）化學氣相沉積

化學氣相沉積（CVD）對粉體進行包覆，是通過氣相中的化學反應(yīng)生成改性雜質(zhì)分子或微核，在顆粒表面沉積或與顆粒表面發(fā)生化學鍵合，從而形成均勻致密的薄膜包覆。

化學氣相沉積法優(yōu)點是：具有多功能性、所得產(chǎn)品的高純性、工藝過程的精密及可調(diào)控性。

化學氣相沉積設(shè)備

目前，對于復合粉體包覆，為了強化成膜，可采取的措施有：降低氣相反應(yīng)溫度和系統(tǒng)壓力以抑制均相成核，控制粒子形成；降低反應(yīng)器壁溫度，減少壁上成膜；提高生長面的溫度和成膜關(guān)鍵組分的濃度，促進生長面上發(fā)生的化學反應(yīng)。

（2）液相沉淀法

沉淀法包覆改性是利用化學反應(yīng)并將生成物沉積在顆粒表面形成單層或多層膜，從而實現(xiàn)對顆粒包覆的方法。沉淀法依據(jù)沉淀方式的不同，可以分為均勻沉淀法、非均勻彤核法、直接沉淀法、共沉淀法、水解法等。

其工藝過程實質(zhì)是控制溶液中溶質(zhì)濃度，使體系既有一定的過飽和度，又不超過臨界飽和濃度（均相成核的界限），從而使溶質(zhì)以被包覆顆粒為核沉淀析出，形成包覆層。可以通過調(diào)節(jié)體系溫度、蒸發(fā)溶劑等方法來增大體系的過飽和度，也可以加人反應(yīng)劑與溶液中已有離子生成沉淀，還可以直接加入能與溶劑生成沉淀的物質(zhì)（如水解法等）。

沉淀法優(yōu)點是過程可控性好，包覆均勻，特別適合對超細粉體進行無機包覆。

缺點是：要求加入的被包覆粒子的濃度很低，否則易導致團聚。

3、溶膠一凝膠法

溶膠凝膠法是化學和材料領(lǐng)域中的重要制備過程，除用于薄膜、粉體的制備外，還可以對粉體進行包覆。

溶膠-凝膠法制備SiO₂包覆Fe₈₅Si_9.6Al_5.4軟磁復合粉體SEM圖片

（左圖為未包覆，右圖為包覆處理后復合粉體）

溶膠一凝膠法包覆的工藝過程是：首先將改性劑前驅(qū)物溶于水或有機溶劑形成均勻溶液，溶質(zhì)與溶劑經(jīng)水解或醇解反應(yīng)得到改性劑（或其前驅(qū)物）溶膠；再將經(jīng)過預處理的被包覆顆粒與溶膠均勻混合，使顆粒均勻分散于溶膠中，溶膠經(jīng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，最后高溫煅燒凝膠得到外表面包覆有改性劑的粉體，從而實現(xiàn)了粉體的包覆改性”。

4、化學鍍法

化學鍍法在陶瓷粉體表面包覆改性方面應(yīng)用較多，其工藝過程是：首先配制鍍液，而后將被包覆的粉料加入到鍍液中，并不斷攪拌，鍍液中的金屬離子在催化作用下被還原劑還原成金屬粒子沉積在粉體表面上形成覆層，最后將粉料與鍍液分離，再干燥處理。

化學鍍法優(yōu)點是：工藝較成熟，包覆后粉體鍍層厚度均勻，孔隙率低。化學鍍的關(guān)鍵步驟是鍍液的配制，鍍液中穩(wěn)定劑、絡(luò)合物與金屬離子濃度的配比對鍍液的鍍覆能力影響較大。

5、其他方法

除了傳統(tǒng)的固、液、氣相法以外，研究人員還研究開發(fā)了其他獨特的方法， 例如應(yīng)用較廣泛的高能量法和噴霧熱分解法。

（1）高能量法

利用紅外線、紫外線、γ射線、等離子體等對納米粉體進行包覆的方法，統(tǒng)稱高能量法。高能量法常常是利用一些具有活性官能團的物質(zhì)在高能粒子作用下實現(xiàn)在納米顆粒的表面包覆。

高能量法的優(yōu)點是：納米復合粉體包覆過程中，對尺寸和形貌控制比較簡單而且同步進行。

（2）噴霧熱分解法

噴霧熱解工藝的原理是將含有所需正離子的幾種鹽類的混合溶液噴成霧狀， 送入加熱至設(shè)定溫度的反應(yīng)室 內(nèi)，通過反應(yīng)，生成微細的復合粉體顆粒。在該工藝中，從原料到產(chǎn)品粉末，包括配溶液、噴霧、反應(yīng)和收集等4個基本環(huán)節(jié)。

噴霧熱分解法制備Ni-BaTiO₃復合粉體

（左圖為Ni粉SEM圖片，右圖為包裹BaTiO₃的Ni粉SEM圖片）

目前采用噴霧熱分解技術(shù)，在Ni表面成功包覆了一層BaTiO₃復合粉體，改善了在陶瓷電容器中內(nèi)電極Ni和介電層BaTiO₃之間的燒結(jié)收縮性，并提高了Ni粉的抗氧化性。

二、復合粉體包覆技術(shù)應(yīng)用

1、TiO₂表面無機包覆

TiO₂無機包覆的目的是使其表面包覆一層保護膜，使之與周圍介質(zhì)之間形成一道屏障，從而降低光化學活性，提高分散性、耐侯性及抗粉化性。

常見的有Fe₂O₃包覆TiO₂、SiO₂包覆TiO₂、Al₂O₃包覆TiO₂和SiO₂、Al₂O₃復合包覆TiO₂等。

2、TiO₂包覆云母

在云母表面包覆二氧化鈦等金屬氧化物以制備珠光云母的方法，主要是在水溶液中進行沉淀反應(yīng)。以包覆二氧化鈦為例，常用的工藝有四氯化鈦加堿法、有機酸鈦法、熱水解法和緩沖法，常用的包覆原料是可溶性鈦鹽（四氯化鈦和硫酸氧鈦）。

新型珠光顏料

TiO₂包覆云母材料無毒，其耐熱性、耐侯性、化學穩(wěn)定性都很好，且具有高的折射率和遮蓋力，被廣泛應(yīng)用于涂料、油漆、塑料、造紙、化妝品、陶瓷和建筑材料等領(lǐng)域，是最有發(fā)展前途的新型珠光顏料。

3、SiO₂包覆超細CaCO₃

碳酸鈣粉末表面具有較多水羥基，表面是親水疏油性的，易形成聚集體，分散性能差，而且比表面積較小，耐酸性差，直接應(yīng)用效果不好。在碳酸鈣表面包覆無機SiO₂層，可使其在一定程度上具有SiO₂的性質(zhì)，表面光滑度、白度、耐酸性、分散性、比表面積等都有較大的提高，能大大改善其在造紙、食品、牙膏、涂料等行業(yè)中的應(yīng)用性。

4、Ti或Al化合物包覆納米ZnO

中國科學院化工冶金研究所研究開發(fā)出Ti或Al化合物包覆納米ZnO復合粉體，其ZnO球狀粒徑為50~ 90 nm，包覆層的厚度為2~10 nm，復合粉體具有優(yōu)異的紫外線吸收特性，同時可見光反射率高，廣泛應(yīng)用于氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等領(lǐng)域。

5、Al₂O₃包覆硅灰石

硅灰石粉經(jīng)三氧化二鋁包膜以后，測試其分散性、流動性均有明顯改善，其白度也有提高，用于油漆、涂料可替代部分鈦白粉、立得粉，既降低成本又提高和改善了其他性能；用于建筑陶瓷、塑料、橡膠、造紙、電子等工業(yè)領(lǐng)域，國內(nèi)外都有實例和成熟技術(shù)。

作者：李波濤

參考文獻：

1、岳林海，蔡菊香，華益苗，SiO₂包覆超細CaCO₃的結(jié)構(gòu)和機理分析[ J]，浙江大學學報。

2、丁延偉，范崇政，納米二氧化鈦表面包覆的研究[ J]，現(xiàn)代化工。

3、華明，邱冠周，攪拌磨機械化學改性制備復合粉體的研究[ J]，中南工業(yè)大學學報。