电弧加热蒸发法制备二元合金纳米粉末的相生成规律研究

摘要

近年来,基于机械力化学发展起来的反应球磨技术在新材料的开发和研制中占着越来越重要的作用。在现有的研究中，对固-固和固-气体系的研究较多，而对固-液体系的研究较少。在对固-液体系的研究中，大多数是针对金属粉末在有机溶剂中球磨而进行的，对金属粉末在无机溶剂中球磨的研究就更少了。 本文根据机械合金化及机械力化学等理论，在已有的研究基础上加入适当创新，研究在水溶液中球磨Mn、Zn、Sn 等金属粉末的固液球磨反应和球磨参数对反应产物和速度的影响。主要实验结果如下： (1)对于Mn-H2O 系，通过高能行星式球磨机，在50ml 蒸馏水中球磨5gMn粉末，球料比为40:1，转速为380rpm，球磨一定时间后获得了纳米级单相γ-Mn3O4。 随着球磨时间的延长，生成的γ-Mn3O4 会继续被氧化或发生晶型转变。加入微量HCl 或MnSO4 会明显加快Mn 的反应，加入HCl 后，球磨1.5h 后即获得粒径为20～100nm 的单相γ-Mn3O4 粉末；加入微量的NaOH 会抑制Mn 反应生成γ-Mn3O4。 增大球料比，使产物的结晶度减弱。氧气的加入对球磨过程的影响不大。 (2)对于Zn-H2O 系，在50ml 蒸馏水中球磨5gZn 粉末，球料比为40:1，转速为380rpm，球磨20h 后生成纳米级ZnO+ Zn(OH)2 的混合物，随着球磨时间延长，Zn(OH)2 逐渐转变为ZnO，但球磨90h 后仍未获得单一相ZnO。加入少量HCl 的后，球磨反应速度明显减慢；加入少量的NaOH 后，球磨反应速增加，球磨40h 后获得了单相ZnO。充入氧气能加快球磨反应速度，球磨40h 后，获得了平均粒径在30nm 以下，且粒度分布均匀的单相ZnO。增大球料比至100:1，反应速度明显增快，球磨20h 后即获得了单一相ZnO。 (3)对于Sn-H2O 系，在50ml 蒸馏水中球磨5gSn 粉末，球料比为30:1，转速为380rpm，即使球磨110h 后，也只有少量的SnO。增大球料比、加入少量HCl和充入氧气都能加快球磨反应速度。加入少量HCl 的后，球磨110h 后获得单一相SnO,充入氧气后球磨86h 后获得了SnO2。 根据上述实验结果，并结合溶液对金属的化学腐蚀作用和机械力对固体的作用，初步探讨了金属在水溶液中球磨的相生成规律和反应球磨机理。