磁性铁粉毕业设计

1、江汉大学JIANGHAN UNIVERSITY 本科生毕业论文（设计） 题 目 草酸盐体系制备超细铁粉的实验研究 学生姓名 指导老师 学 院 机电与建筑工程学院 专业班级 完成时间 2013年6月 摘要3ABSTRACT4第一章 文献综述51.1超细粉体材料的性能51.1.1量子尺寸效应61.1.2小尺寸效应61.1.3表面效应61.1.4宏观量子隧道效应61.2超细粉体的制备方法71.2.1化学法71.2.2物理法91.3超细铁粉的应用111.3.1冶金工程生产中应用111.3.磁性材料工业中的应用111.33粉末冶金中应用131.3.4焊条制造业中应用131.3.5医学生物工程中的应用13

2、1.3.6 电子工程中的应用141.4超细粉体材料的制备方法141.4.1液相法141.4.2气相法151.4.3固相法161.5本课题意义和内容171.5.1本课题研究的意义171.5.2本课题研究的内容17第二章 液相沉淀法制备超细铁粉的机理研究182.1前言182.2 Fe()-NH3-SO42-C2O42-H2O体系热力学平衡分析192.2.1 H2C2O4H2O平衡体系的热力学分析192.2.2 体系Fe(II)-NH3-SO42-C2O42-H2O计算基本思路及过程202.3 体系Fe()-NH3-SO42-C2O42-H2O热力学计算结果及分析222.4.1超细铁粉成核过程242

3、.4.2超细铁粉的形貌和粒度控制262.4.3超细铁粉制备过程中的防团聚机理及方法262.5 本章小结26第三章 草酸盐体系制备超细铁粉的实验研究273.1引言273.2实验仪器及药品283.3实验流程283.4实验装置293.5分析检测303.6实验条件对FeC2O4粉体形貌和粒度的影响303.6.1离子浓度对FeC2O4粉体形貌和粒度的影响303.6.2 pH值对超细铁粉形貌和粒度的影响研究313.6.3反应时间的影响333.6.4反应温度的影响343.6.5加料方式的影响353.6.5陈化时间的影响363.6.6沉淀剂对超细形粒度和形貌的影响363.7最优实验条件确定363.7.1沉淀物

4、的形貌与粒度控制373.7.2沉淀物粉末结晶性状分析383.8超细铁粉的X射线衍射分析393.9本章小结40第四章 结论和建议414.1草酸盐体系制备超细铁粉的结论414.2草酸盐体系制备超细铁粉的建议41参考文献43致 谢45摘要 超细铁粉具有电、磁、光等性质, 不仅影响材料的烧结性能, 而且关系到材料最终物理性能，在电磁屏蔽、材粉末冶金料等领域，得到广泛的应用，它是现代材料科学开发新研究领域之一；可应用在磁性钥匙，高密度金属型磁带，票证，电磁波吸收材料，也可作为成核中心生长碳纤维，广泛用于粉末冶金、减摩材料、润滑剂等制品，在电磁学、医学、冶金等领域有广阔前景1。 本文研究了以液相沉淀法制备

5、超细铁粉，通过体系各因素的分析，确定出了制备超细铁粉合适工艺条件，从溶液化学性质的角度，探讨了沉淀粉末粒度和结构形貌的变化的规律。使得沉淀反应完全，混合均匀，形貌为类球形多面体、粒度分布窄的超细铁粉。在绘制出沉淀过程热力学化学位图的基础之上，结合反应沉淀，结晶动力学等方面的原理和思路对实验结果进行综合分析，研究表明：各实验因素如反应温度、反应物浓度、加料的方式、陈化的时间、添加剂等，对粉末的粒度、形貌的影响不同之处。控制添加剂的用量、低反应物的浓度、并加方式加料、较短的陈化时间，更利于获得粒度分布较窄，粒径较小的粒子。 当pH值在23范围内，加料浓度为0.6mol/L，采用反向加料，温度为40

6、0，加料时间为20min时，制备出的结晶形态良好，表面光滑枝晶少，呈短棒状，得到晶粒之间团聚轻的草酸亚铁粉末。关键词：超细铁粉；化学共沉淀；草酸；粒度ABSTRACTThe ultrafine iron powder having electrical, magnetic, optical and other properties, not only affects the sintering properties of the material, but also to the final physical properties of the material, widely used in

7、 the field of electromagnetic shielding, powder metallurgy materials, such as wood, it is the development of modern materials science new areas of research; magnetic keys can be applied to high-density metal tape, the ticket, the electromagnetic wave absorbing material can also be used as a nucleati

8、on center-grown carbon fiber is widely used in powder metallurgy, antifriction materials, lubricants and other products, the electromagnetic, medicine, metallurgy and other fields and has good prospects 1. This paper studies the liquid phase of ultra-fine iron powder prepared by precipitation throug

9、h the investigation of the factors of the system to determine the appropriate process conditions for the preparation of samarium iron precursor powder, from the point of view of the chemical properties of the solution of the precipitate particle size and structural shape the variation of the appeara

10、nce. Make the precipitation reaction completely, mixed evenly, morphology of spherical polyhedron, narrow particle size distribution of ultrafine iron powder. Draw on the basis of thermodynamic chemical precipitation process bitmap binding reaction precipitate, the principles and ideas of the crysta

11、llization kinetics and other aspects of a comprehensive analysis of the experimental results, studies show that: the experimental factors such as reaction temperature, concentration of reactants, feeding the, aging time, additives, the powder particle size, morphology. Low concentration of reactants

12、, control the amount of additives, and add the feeding, the shorter the aging time is more conducive to obtain smaller particle size, narrower particle size distribution of particles; additives on the morphology of the particles have a good role . When the pH value of 2 to 3, the feed concentration

13、for the 0.6 mol / L, a temperature of 400 C, using the reverse feeding, the feeding time for 20min, when preparing a crystalline form good, smooth surface dendrite was short rod-shaped reunion light between the grains of ferrous oxalate powder was obtained.Key words: ultra-fine iron powder;chemical

14、precipitation; oxalic acid; particle size，第一章 文献综述 1.1超细粉体材料的性能 在粉体材料的粒度，从微米级下降至亚微米级，甚至于纳米级时，随着颗粒尺寸的减小，其表面的比表面积将显著增大，粉体界面原子数比例也将极大，因而超细粉体材料出现表面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应，宏观量子隧道效应等特性2。超细铁粉是粉末冶金基础原料之一，具有较大的比表面积及活性，具有电、光、磁及吸附、催化和化学反应等特殊性能。因此超细铁粉用途极广泛，主要用于制造机械零件、粉末冶金、减磨材料、磁性材料、超硬材料、润滑剂及其它制品；另外超细铁粉广泛应用在切割、焊条、发热材料等；

15、近年来，铁粉在电磁、冶金、医学、光学等领域也具有广阔的应用前景1。 1.1.1量子尺寸效应当金属粒子的尺寸降低到某一最低值时，半导体微粒存在的不连续，当晶体尺寸小的范围内的一种新的物质的运动状态，两个不同之处的松散固体，从大的结晶状态的电子的运动，分子不同之处的载流子的运动，限制在一个小的晶格原子的运动，相对于固体散料的大晶体中的电子的状态，在这样的局部的运动状态，增加的电子的动能，原来连续的导带和价带的能级分裂发生3。当能级水平大于磁能、光子能量、热能、静磁能亦或是超导态的凝聚能，就能导致纳米微粒的光、磁、声、电、热的性质与宏观显著的不同之处。 1.1.2小尺寸效应光波超导态相干波长度和波长

16、、在超细粉体材料尺寸与德布罗意波长、透射深度相关物理特征尺寸更小时，晶体周期性边界的条件将被破坏，非静态颗粒表面附件的原子密度将减小，光声电磁热力学等物质特性将显著变化，如同光吸收显著增加，能够产生吸收峰等离子共振频移；超导相向正常相转变、磁有序态向磁无序态、声子谱发生改变等，如此这些都称之为小尺寸效应4。 1.1.3表面效应超细粉末材料的表面能和表面张力的增加，表面附近的原子的配位体原子，缺少相邻原子，有许多悬挂键，导致了大量的不饱和键的悬空键的变化所引起的不饱和配位体超细粉体粒子，此现象被称为表面效应的性质；超细粉材料表面的原子的总原子数的比例作为超细粉末颗粒尺寸减小显着增加5。 1.1.

17、4宏观量子隧道效应隧道效应意味着总能量小于势垒高度的微观粒子，粒子仍然可以跨越这个势垒。近年来，人们发现一些宏观量，如微细粒子，量子相干的通量和充电的器件，还具有一个隧道效应的磁化，他们可以通过势的宏系统的变化，它被称为宏观量子隧道效应。 1.2超细粉体的制备方法 1.2.1化学法 (1) 固相还原法在H2环境下，将FeC2O42H20前驱体或铁的氧化物分解，还原来制备超细铁粉。如FeC2O42H20，前驱体的形貌及性能将影响Fe粉形貌、粒度及磁学性能。对FeC2O42H20的热分解还原过程，分解温度以及时间，对热分解产物氧化亚铁或氧化铁的粒度有影响，一般最终保温时间越长，热分解温度越高，导致

18、粒子越大；较佳的热解温度为260左右，保温时间0.51h，得到的氧化亚铁或氧化铁粒度较细小；如果还原时间和还原温度对产物a-Fe是否充分还原以及形貌，极其重要。如果还原温度低或还原保温时间不够，产物还原不充分，会使得产物形貌破坏。实验研究表明，一般情况下还原的时间为2.5小时，还原的温度为510，可得到形貌较好，粒度较较小的铁粉。在铁盐溶液中析出来的沉淀，将FeC2O42H20作为前驱体，经热分解，氢气还原以及表面钝化后，能够制取短棒状或者长径为50nm的椭球a-Fe金属磁粉6。此工艺特点是使用了纯化学的试剂，投资设备费用少，过程简洁，成本低，实际工业生产上，前景将会很好。 (2)液相还原法金

19、属铁盐在强作用还原剂下，将之还原为单质的金属Fe粒子；有人分别用FeSO4、FeC13与大量的NaBH4反应，还原得到了的零价Fe颗粒，其90在纳米级别的尺度范围内；程起林等以三乙基硼氢化钠作为原料，并以甲苯为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮为分散剂，制得粒径约50nm的Fe微粒。此法可在较低温度下，制备非晶态纳米铁磁粒子，而且硼在合金中共沉积，利于非晶态结构的稳定7。 (3) 气相还原法在气相还原法中Fe瞬间成核，Fe粒径小，粒度分布集中，成核温度低，利于生产较高质量的纳米级别超细铁粉；因为超细铁粉在气相时反应时，稳定性不好，易受装置等的影响，目前未见大批量生产；此法一般是将FeC12等铁盐，在较高温度

20、下蒸发，用NH3和H2还原剂来制备超细铁粉；反应过程由Fe盐脱水、气相还原以及蒸发三个步骤组成。曹茂盛利用此法制备了a- Fe粉末，即FeC12晶体粉末，在热管炉中进行加热气相，用NH3和H2作还原剂制备超细a- Fe粉末6。 (4)微乳液法分子层的总厚度或颗粒的大小，在微乳液结构附近的纳米级材料的制备中，提供了有效的反应器。形成透明的单分散体系中散质点具有直径为5100nm之间，其结构如图1中所示的水滴。超细铁粉，微乳液法的乳液体系中使用的强还原剂低铁盐，和有机化合物，水和其他悬浮固体去除，最后在真空中干燥，借用选出的铁颗粒的悬浮。微乳技术制备纳米粉体颗粒均匀，并通过调节微乳液，可以调整产品

21、的粒度，成本低，产量高，易于实现工业生产6。 (5)电解法粉末由弯曲板定时刮取采集，电解液为硫酸盐或氯化物的水溶液，用高度抛光不锈钢作阳极，以黑色金属废料作为阴极，例如低品位矿石、轧钢铁鳞、钢铁压块等；电流通过电解槽，产生Fe2+并沉积在阴极上，使靠近阴极面的金属离子被耗尽，进而引起离子迁移，进而继续用从阳极材料获得金属离子，供给电解槽，这样阳极板上沉积出海绵状或固体状物质，进而不断地制造粉末8。 (6)沉淀法沉淀法制备超细粉末方法主要有：均相沉淀法、直接沉淀法、共沉淀法、水解沉淀法等多种。直接沉淀法，共沉淀法，共沉淀法的制备相同的超细粉末。近年来，已引进超声波技术沉淀超声波沉淀法。沉淀法添加

22、在溶液中含有所需的离子适当的沉淀剂制备超细粉末前体沉淀物，该沉淀物进行干燥或煅烧，进而得到相应的超细粉末。均匀分布的沉淀粉体组成和颗粒大小，纯度高，活性，分散，容易达到化学计量公式的要求，是最活跃的研究领域，但由于其成本高，生产规模不应该扩增只是小规模的工业应用。根据不同之处的沉淀剂的共沉淀法可分为草酸，氢氧化物，碳酸氢盐，丙酮盐析法。碳酸法沉淀工艺简单，操作方便，成本低;微粉分散9。（a)碳酸氢铵加氨水共沉淀法：该法采用NH4OH-NH4HCO3作沉淀剂，随反应的进行，碳酸氢铵单独作为沉淀剂，沉淀出的相同的条件下形成了大量的核的混合沉淀剂，粉末的目的，进而使更小的晶粒尺寸一般是在200nm左

23、右，将沉淀物洗涤是比较困难的，但在一定条件下，例如提高反应温度和减少的进给速率的控制仍然可以取得所需的粉末，并且所得颗粒活性高、颗粒均匀、结晶完整，目前也得到小规模工业应用10。（b)碳酸氢盐共沉淀法：该法以FeSO4为原料，根据配制成碳酸氢铵作为沉淀剂的混合溶液中，得到前驱体沉淀物通过洗涤和脱水的细铁粉粒子的热分解和还原的要求。因为速率的影响，会发生沉淀反应中形成的核较少的晶粒，洗涤并过滤析出的粉末很容易；这个过程很简单，操作方便，成本低;粉具有良好的分散粒径一般为26um，易于清洗过滤器不需调节pH值（pH值=7.0左右），可以有高活性的沉淀颗粒，产品粒度均匀，结晶，并具有良好的经济价值，

24、目前已得到工业化应用11。 (7)冷冻干燥法冷冻干燥法其基本思路是先将溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然后在低压低温下真空干燥，将溶剂升华去除，就可以得到相应物质超微颗粒；它是近年来开发出来的新型制备无机材料方法；从熔融铁盐出发，冻结后进一步需进行分解，最后得到超细铁粉12。此方法在200下还原制成由超细赤铁矿，和这个特细的赤铁矿转动冷冻干燥的铁氮化物的前体分解制备超细铁粉。另一个出发从熔融铁盐，冷冻后需分解，并最终获得超细铁粉。 1.2.2物理法 (1)等离子体化学物理法 (a)普通的等离子体法：在容器为真空状况下，利用产生的高温热源，进行将纯铁工件熔化、加热，在高温下，迅速蒸发，充入定压的气体，如

25、此同时熔化金属和等离子体发生化学物理反应，使得铁水蒸发13。由循环泵将铁蒸汽输送到集粉器，进行沉积、冷凝，最后再经稳定化的工艺处理，就可获得纳米级别铁粉。(b)直流电弧等离子体法：电弧等离子体的使用，导致金属粉末技术的移动设备作为加热源的大量生产是困难的，超细粉的生产一次性供给量限制了很长时间的稳定运行。无氢等离子体的金属反应的方法是一种有用的方法，熔融金属电弧蒸发的混合气氛中的氢气和氦气的压力接近大气压。超细金属粉末的生产，该方法中，生产率和电弧参数的气氛中的金属的熔点，熔球的表面上的氧化程度和其他相关的蒸气压14。有人曾用该方法发现了一种连续生产金属超细微粉的装置，利用钨铁混合物和斜阴极作

26、为原料，来连续制备超细铁粉，提高生产率。 (2)溅射法用溅射现象作为蒸发来制备粉末，主要分为激光侵蚀与离子溅射，在不同之处的溅射角处，来进行收集，得到不同之处粒径、不同之处结构高纯超细粉末。使用氧化铝材料隔离铁制成靶，然后把氧化铝和Fe，如此同时溅射到想通过的衬底上，最后可得到纳米级铁微粒；此方法的缺点是产额不高，主要起因是阴极上被溅射区域很小。采用环形靶来作阴极，通过调整阳极与靶的垂直距离和选择靶的半径，来确定入射角，进而可以在整个靶环上形成溅射，由此可提高一定的产额。用该法可以制备出Ni、Fe、Cu等多种超细金属和合金粉末，然而溅射法需在真空中进行，由此工业化生产有一定的困难。 (3)蒸发

27、法 (a) 真空蒸发法：在真空中使金属蒸发，然后得到的超细金属粉末的蒸汽冷却和冷凝，被称为真空蒸发法。此方法大致均匀的粒度分布是通过以下方式获得的超细金属粉末。如果当前的液体表面采用真空蒸发法，特细微粒的表面上形成的流体的流动，使金属原子，更好的分散性在高真空中蒸发。聚焦粒度分布的方法制备的超细粉末，颗粒均匀，由于真空环境的限制，在工业生产中难于实现。(b) 蒸发凝聚法：在超真空蒸发室内，引入低压惰性气体，来将金属Fe加热，使之气化产生原子雾，失去能量，急剧冷却后形成了纳米级Fe颗粒。有人在近似真空的蒸发腔内通入高纯度的氩气，并以金属Mo为热源，来对金属Fe进行加热蒸发，最后对粉体进行长时间钝

28、化处理；这样制成的纳米Fe颗粒呈球形，在空气中表现稳定，平均粒径为10nm，没有进一步的氧化15。 (4)高能球磨法球磨强度、球磨时间以及球料比对产物粒度有较大的影响；高能球磨法是利用球磨机振动或转动，使得硬球对原料进行强烈碾磨和搅拌，把粉末粉碎，成为超细微粒的方法；磨削的开始阶段，超细铁粉的粒径下降的时间到来后，在一定的时间内生长，粒径小的非常缓慢或者甚至相当长的时间的变化，Fe粉的制备，最佳的研磨时间为60h；球磨时间，球粉碎强度不一样，就会有该产品的粒度分布差异。至磨削介质，其强度必须匹配和原料应使用高硬度的硬质合金球的原料，可磨性好的原料可用于陶瓷球，是必要的，以确保中等硬度，不会带来

29、污染的原料16。球与粉末的比例增加，产品的粒度一般呈下降趋势。 (5)雾化法(a) 真空雾化法：此方法所用的装置与气雾化法真空熔炼炉有所不同之处，前者是一种内径3m，高15cm的大型装置，雾化过程通过虹吸喷释压来进行。(b) 气雾化法：在气雾基础之上，将超声波加载于雾化用气源中，便制得分布更均与更细的Fe粉。此法是雾化真空熔炼炉中金属采用高压的N2或H2，与水雾化不同之处的是此法可生产球状的粉末粒子，冷却速度可达10/S。 (6)醇盐水解法 此法采用有机溶剂，制备高纯度的氧化物粉末，以形成一种均匀的复合金属氧化物粉末。纳米二氧化钛不仅可以用作吸附剂，传感器的材料也可以被用作催化剂载体，特种玻璃

30、制备的复合纤维，纳米氧化钛的电子设备的一个重要部分，也可以形成和二氧化硅。稀释乙醇钛酸丁酯缓慢滴入蒸馏水中，水解共沉淀。以下三种方法：CH3COOH溶液中加入的沉淀物，用乙醇洗涤，直接干燥的沉淀物，将沉淀物用乙醇洗涤，干燥后，最后，所得到的粉末的粒径为16纳米和结晶好第一粉末结块明显减少，失重小煅烧，这将有助于降低烧结温度的纳米块体材料。 1.3超细铁粉的应用近年来通过众多研究者的努力，超细铁粉已经在、医学、电磁、生物光学等许多领域得到了应用；超细铁粉的颗粒因直径较小，因而具有良好的光、电、磁及化学特性 17。 1.3.1冶金工程生产中应用为了使钛溶液中Fe2(SO4)3还原成硫酸亚铁,在传统

31、工艺中，还原剂经常使用钛金属。在硫酸法生产的周白，第一钛铁矿用硫酸分解反应，转化为可溶的硫酸氧钛溶液的液体钛配合物的组合物，其中含有大量的硫酸亚铁、硫酸铁，硫酸亚铁杂质相对稳定, 硫酸铁在pH值为2，水解生成Fe(OH)S04，如果不及时清除这些杂质，直接进行水解，它不能获得优良品质的钛粉。实验结果表明，铁粉作为还原剂，三价铁易于控制，相对酸水解的材料稳定性，钛液的合格率，具有明显的经济效益18。 1.3.2磁性材料工业中的应用 (1)磁性液体超细铁粉被包裹的液体在磁场中运动，该液体具有流动性，可以被磁化，因此被称为磁流体19。磁性流体可以在磁控管的特性，使用环形磁铁中产生的旋转密封部约束在磁

32、场中的磁场分布的环形磁性流体形成磁液环，无磨损，寿命长，可动密封也可以使用较磁压的磁性液体被磁化，以及对象将浮在磁性流体，使用这个基本的想法可以设计磁性液体比重计，磁流体也可以用于磁性印刷，磁流体润滑轴承，磁性液体回收废油；磁流体的电声转换材料磁性流体的研究和开发活跃在将成为金属领域的一个后期之秀。磁性流体在旋转密封，阻尼，扬声器，润滑，磁分离装置的比例具有实用和商业化；日本阿尔伯特化学公司开发了一种具有带磁性的粘度变化的磁性粘性流体。通过含有磁性细颗粒如铁粉，硅系，烃系油，约2的稳定剂组合物，稳定剂覆盖的表面的磁性粒子，抑制它们的聚集和沉淀，从而使均匀地分散在石油20。具有磁性颗粒的流体分散

33、定向电桥的形成，以增加粘度。电通过电场来改变它的粘度的粘性流体相比，没有高电压，且易于使用。它可以是高功能的电粘性流体相媲美，价格是不到1/10，在振动控制方面，可应用于建筑物和机械零件。 (2)电磁波吸收材料吸收材料是能够吸收它的表面上的电磁波能量，由介电损耗的材料，使电磁波能量转换为热或其他形式的能量和特殊材料。铁、镍及其合金制成的磁纤维的超细铁粉的良好性能，屏蔽层可以阻碍电磁辐射，还可以防止其他的电磁干扰。盾这种磁性纤维板材，重量轻，吸收电磁波的频率范围宽，可用于计算机设备和军事装备之间21。金属磁性材料具有高的饱和磁化强度，居里温度，但由于它的低电阻率，从而在高频和微波的情况下使用的大

34、部分材料是不适合的。因此唯一的金属纳米材料作为吸收材料。金属纳米吸波材料吸收电磁波，通过磁滞损耗，涡流损耗，主要分为两类：转账是一种微粉吸波材料，通过蒸发，恢复过程中磁性金属粉末，有机醇盐吸波材料。超细铁粉制成的吸收材料是一种重要的功能性材料，它可以吸收在一定的频率范围内的电磁波，减少或消除反射的电磁波，电损耗，磁损耗较大的吸收剂。首先，电阻损耗材料的电导率，电导率越高，载流子引起的的宏观电流（涡电流）的电场引起的电流和磁场引起由利于宏观电流成热能；其次，与第二电极的介电损耗，电介质极化的电子云位移极化，离子位移极化电矩的极性分子电介质极化转向转向极化的铁电体的铁电畴，畴壁移动，本地的电力的时

35、刻的组原子在的聚合物转向偏振和缺陷偶极子极化，磁损耗有关的动态磁化过程中，其主要来源的滞后，畴壁移动，畴壁移动。随着粒径的减小，纳米磁材料从多畴的单域，然后由掺杂过渡，有相当一部分的超顺磁性粒子的一个单畴颗粒的单畴。稳定的单畴颗粒收集的高性能材料的矫顽力，从而使材料的性能，具有良好的吸收性能22。 (3)高密度磁记录材料随着信息化社会发展，越来越多的高密度存储介质朝小型化发展。传统胶片磁记录密度接近极限，提高存储密度已经成为一种趋势。超细铁粉拥有单磁畴结构，高矫顽力，单位面积所存储的大量的信息，用它来制作的磁记录材料的是一个极好的密度高的磁记录介质。 1.3.3粉末冶金中应用近年来，中国汽车产

36、业已经相当发展，汽车粉末冶金零部件的需求增加，但大部分粉末冶金部分依靠进口，主要的原因是，的粉末冶金零部件的国内生产水平的滞后背后。对于一些特殊的要求，需要使用特殊的制造工艺的铁粉。生产的铁粉制造粉末冶金零件的85，其中大部分用于汽车工业的粉末冶金零件，因此，世界上的铁粉的生产中，经常用的汽车产业的发展和波动。如冰箱，空调压缩机，粉末冶金件，由于其密封，切割和磨削表面光洁度更高的特殊要求，需要添加适当的合金。某些高温，耐磨损的机械零件的要求，使用一种特殊的铁粉末材料。因此，当利用超细铁粉作为高密度的合金添加剂，以防止形成脆性相。水雾化铁粉的还原铁粉，制造相同的密度比压实特性，水雾化铁粉的按压力

37、小于还原铁粉末，更有利于大规模生产的机械部件，以提高产品的尺寸精度，降低成形过程中的制造成本。1.3.4焊条制造业中应用超微细铁粉是开发有效的电极制造的主要原料，铁粉消耗的总量占1420。粒径为0.150.5nm的焊接电极中使用的海绵铁粉。铁粉焊条，由于其自身具有许多优点，已被广泛应用于发达国家，中国的铁粉焊条使用较少，没有成熟的经验，在建设管道焊接。铁粉焊条目前国际上推广使用一个特殊的电极相比，与普通的酸，碱性药皮焊条焊接，效率高，良好的冶金作用，已被广泛应用。1.3.5医学生物工程中的应用可以作为药物载体，纳米技术与先进的生物技术，结合超细铁粉为载体，一个外部磁场的作用下，药物可能会导致病

38、变，在医疗中发挥了特殊的作用。外国医学界治疗癌症等疑难杂症的诊断和治疗中的使用，另外可以帮助经血，与其他铁粉体是难以吸收。第一铁氧体的磁微粒作为药物载体，外部磁场进行本地化的某些部分，为了有效地发挥药物作用，达到治疗疾病的目的。人们也在研究水基磁流体钡代替射线造影剂，其优点是，一个可控制的外部磁场造影站点，以实现细致的观察的病变。特细微粒的有机物质，可以成为疏水性和亲水性，氟碳特细微粒与水形成的乳状液作为人类造血。金溶胶可用于妊娠试剂，可以制备含0.5克的万毫升金溶胶，孕妇尿中滴入试剂，非妊娠是一种无色，妊娠明亮的红色，金微粒抗体结合的可用于复合材料体的胞内组分的特定引脚，有利于在显微镜下观察

39、。颗粒和植皮，切成颗粒表面覆盖大面积创伤患者皮肤严重烧伤患者得到较大面积的皮肤再生。1.3.6 电子工程中的应用广义的电子工程，包括电子，半导体，磁，声，光，和其他学科，超细颗粒，是极为重要的功能材料类，电子工程。其应用十分广泛，例如：作为一种磁记录介质材料，磁性粒子的超微粒子可以提高记录密度，改善的材料的信噪比。高矫顽力的强磁性颗粒可制成磁性信用卡，磁性钥匙。超顺磁性的磁性颗粒可以由磁性液体，在电声装置的广角，阻尼装置的移动设备，润滑剂和其他方面的旋转密封。超微粒子的强的光吸收能力，因此通常呈现黑色，光吸收材料也可以用电子显微镜，核磁共振波谱法和微波吸收材料的使用太阳能作为。金超微粒子膜，从

40、可见光到红外光的吸收率，光吸收率的波长依赖性的很少，可制成的红外线传感器。可用于低温烧结的导电性涂层的银超微粒子；与微电子元件更小的尺寸，在半导体材料的电子能级将发生变化，一方面，可能是微电子器件的限制，通常的概念，另一方面是另一个创新的新一代微电子器件。它已被用于制造半导体器件的设想根据原子“超原子”，核心和这些颗粒的表面模型的构成，分别由不同的半导体材料25。1.4超细粉体材料的制备方法1.4.1液相法(l)沉淀法根据最终产品的性质，还可以从时间来进行热分解步骤，在沉淀过程是必不可少的。当其被添加到在一个合适的沉淀剂的原料溶液中，使原料溶液中的阳离子形成各种形式析出，然后过滤的过程中，通过

41、以下方式获得的重新析出的粉末，洗涤，干燥，加热分解的方法称为。沉淀法可广泛用于在一个单一的或复合氧化物粉末颗粒的合成方法，该方法原料易得，工艺简单，可大规模生产的，但很容易聚集颗粒容易混入杂质，因此同时分离麻烦。(a)均匀沉淀法: 使用的化学反应，使溶液中的离子在溶液中缓慢地释放，沉淀剂不会立即发生离子头发应添加到该溶液中，而是通过化学反应在整个溶液中产生缓慢沉淀。通过该方法得到的沉淀物粒子是均匀且致密，易冲洗，避免了杂质离子混入共沉淀物中。(b)共沉淀法:一个合适的沉淀剂的加入形成沉淀物中混入的金属的盐溶液的方法被称为共沉淀法。该方法很容易制备纯度高，成分均匀，烧结性良好的超细铁粉材料。 (

42、2)微乳液法微乳化法是由两种不混溶的液体，宏观均匀，微观非均相混合物，其特征在于，所述分散相的液滴的形式存在。微乳液的结构接近到纳米级的颗粒大小或聚合的分子层的厚度，从而提供了一种有效的用于制备纳米材料的反应器。该反应可以由分别进行封装的微乳液的两种反应物的混合物，从而使液滴碰撞，产生沉淀物，沉淀物的微乳液的另一种反应物的相互作用的反应物之一；铂，铅，银和其他金属超细粉末，可以用这种方法制备；此方法具有的优点是设备简单，适应面广，但可控的微乳状液的制备方法是困难的26。这种方法是看好它们的制备方法，工艺条件，值得进一步研究。(3)水解法水解法可分为水解无机盐和金属醇盐溶液两大类，尤其是在金属醇

43、盐溶液中的大部分，金属醇盐与水反应后，过滤并干燥，颗粒大小可以通过以下方式获得从几十至几百纳米氢氧化超细粉末27。水解过程是简单和容易控制，产品纯度高，粒径小，分散性好，大规模的生产，但使用昂贵的有机金属化合物的特定，但作为有机溶剂常常是有毒的物质。此外，慢的反应过程和碳的存在下，引起的还原反应，既不经济也不实惠。1.4.2气相法使用气相法可以制备纯度高，粒子的分散性好，超细粉末的颗粒尺寸分布窄。特别是通过在受控气氛可以通过液相方法制备是难以制备的金属，碳化物，氮化物等的非氧化物超细粉的制备。(1)等离子体法等离子金属熔化，蒸发和冷凝的超细粉末材料的使用，等离子体的温度高，反应速度快，可用的超

44、细粉的颗粒大小均匀材料。热等离子体法是制备高纯度，均匀，粒径较小的氧化物，氮化物，碳化物，金属系列，合金系列超细粉体在最有效的方式，在同一时间，各种系列超高沸点金属细粉和制备含有挥发性成分的合金粉末在前台打开28。等离子的方法是很容易实现批量生产，几乎任何可制备纳米材料。能量消耗，比传统方法的成本相对高。(2)化学燃烧法该方法运用的原理：金属的盐溶解在水溶液中，然后通过雾化喷嘴的同轴圆筒形的燃烧器，高度的空气，加热金属盐的氧化还原反应，析出金属的超微粒子。该方法已成功地合成了银，银合金超细粉末。和多晶型物的产品颗粒的燃烧器的控制，通过控制火焰温度的大小。化学燃烧法可用于金属和合金的特细微粒的制

45、备，但只为原则，不能在实际生产中使用。(3)激光加热蒸发法该方案的基本思路是基于激光快速加热源，迅速被吸收，并在气相反应器中，增长和终止的瞬时成核的气相反应物分子内的能量转移。这种方法可以快速地生成清洁的表面，粒径小于50nm，控制纳米粉末的颗粒大小均匀。通过控制的合成参数，激光结晶和无定形的纳米粒子的制备方法，但由于存在下的激光效率低功耗，投资等缺点，这是难以实现大规模生产29。 (4)金属丝电爆炸法在该方法中，只有几微秒的高功率脉冲施加在氢气保护上的金属丝，导线变成等离子体，等离子体柱加热至15000K的高温下，电阻的急剧增加，引起崩溃的特殊领域。高压金属蒸气引起爆炸产生的冲击波，形成气体

46、金属溶胶快速绝热冷却，得到的超细粉末。这种方法可以产生镍，银，铂，在W和他们的合金粉末。该方法已应用在编写的推进剂，炸药，烟花爆竹，粘接金属，陶瓷，烧结助剂，催化剂，合成的有机金属化合物29。1.4.3固相法该方法包括固相物质热分解法和物理粉碎法,容易烧结的粉末，需要再次粉碎，成本也较高。物理粉碎方法，是利用超精细研磨的超细粉的制备方法，其基本思想是利用研磨和影响之间的介质和材料，为了达到超细粉末，但很难使颗粒尺寸小于l00nm。(1)机械合金化法机械合金化方法，是利用机械合金化技术已制备纯金属的铬，铁，钛，铜，铌等纳米材料的合金的金属粉末的混合设备，如高能量球磨机中长时间操作，将能量传递给金

47、属粉末，在冷态下反复破碎和挤压，因此成为超细粉末分散和重复。该方法是一个简单的过程，生产效率高，并且可以在常规方法中制备难以得到高的高熔点金属或合金纳米材料容易引入杂质，但在研磨过程中，只适合的金属材料的制备。近年来，助磨剂物理粉碎方法，使用超声波粉碎法，可制备颗粒尺寸小于颗粒的l00nm，但仍有产量低，成本高的粒度分布不均匀和其他缺点，该方法需要要继续研究。(2)机械粉碎法使用的高能球磨机中，用球磨机的机械粉碎的大块的金属或金属合金材料，这是最古老的金属粉末的制备方法，其优点在于该方法是简单的，可以通过常规方法制备难以得到高的熔点的金属或合金的超细粉体材料；但在研磨过程中，由于涉及到杂质的机

48、械粉碎和粉末特性，因此难以控制和粉碎效率很低30。1.5本课题意义和内容1.5.1本课题研究的意义随着经济的快速发展国内出现了许多高科技产业，在中国的超细铁粉的需求的快速增长。超细铁粉具有特殊的光学，催化，电学，磁学，吸附和化学活性高的特点，被广泛使用。但是，与国外相比，中国自己的超细铁粉末在数量和质量方面是一个很大的差距，从而提高研究超细铁粉末生产过程中，尤其是高尖端的超细铁粉末的研究，将有利于提高我们的特殊的超细铁粉生产能力，避免技术上受制于他国，为国家节约外汇。超细铁粉有许多形态，一个一维棒状形式的超细铁粉等金属粉末混合制备的材料具有良好的吸收性能和电磁性能。这篇文章是对研究一维棒状超细

49、铁粉制备有重要的意义。报道的制造超细铁粉，获得相应的形态通常使用外部的电磁场，或将其加入试剂复杂的方式的特定的方法，具有更高的要求，不断改进和社会各方面的环保，医疗和信息技术在这些领域具有良好的性能，超细铁粉的制备方法，将有更加广阔的前景。在本文中，一个简单的液相沉淀法，制备了一个一维棒状超细铁粉，没有外部磁场在反应过程中加入特殊的添加剂，大大减少了实验环境中，这个过程是更容易控制。1.5.2本课题研究的内容该课题讲述了超细铁粉的用途以及制备方法，运用液相沉淀法制备棒状超细铁粉,对Fe(II)-NH3-SO42-C2O42-H2O进行热力学模型的建立和计算，从原理上得到制备超细铁粉前驱体的最佳

50、pH值范围；通过扫描电镜检测手段等，研究实验过程中各种工艺条件，如反应时间、pH值、反应温度添加剂用量、加料方式、阴离子种类及氨的存在等对前驱体形貌和粒度的影响以及前驱体形貌, 进而研究pH值和各配位体平衡体系产生的影响， 最后确定液相沉淀的最佳条件，并通过X-射线衍射分析和热重差热分析法检测超细铁粉和前体进行了表征。第二章 液相沉淀法制备超细铁粉的机理研究2.1前言本课题主要针对如何确保液相沉淀完全，这一关键问题，确定液相沉淀条件的热力学方法；对Fe(II)-NH3-SO42-C2O42-H2O体系进行热力学平衡分析，绘制出浓度对数l g CpH图，最直观的方法是依据该体系的特点，根据这些附

51、图的平衡状态，对系统的各种因素的影响进行了分析，在沉淀反应的形式和各种铁离子的存在下在溶液中的分布，做了全面的了解。用液相沉淀制备超细铁粉，有利于粉末的形貌和粒径的精确控制。化学共沉淀的方法在本质上是组件的金属元素，从该混合盐溶液和沉淀分离的沉淀剂。沉淀反应的热力学平衡分析和讨论，可以揭示多种因素影响沉淀反应的平衡，适宜寻求的共沉淀条件。热力学分析主要是用于提高指超细铁粉的沉淀率，或者确定多种离子液相沉淀达到均匀配比时的最适宜的pH值。对于Fe(II)-NH3-SO42-C2O42-H2O而言，采用其相关配离子关系图和适当浓度lg MeTpH(Me= Fe)图，来进行分析。2.2 Fe()-N

52、H3-SO42-C2O42-H2O体系热力学平衡分析2.2.1 H2C2O4H2O平衡体系的热力学分析工业用的草酸常带有两个结晶水，本课题所用沉淀剂草酸是二元弱酸，在水溶液中发生二级电离反应，如下：H2C2O4=H+ +HC2O4 ，K15.3810-2HC2O4H+ +C2O42 ，K25.4210-5式中K、K分别为一级、二级电离常数。再假设体系平衡时，未电离的H2C2O4、HC2O4及C2O42与初始H2C2O4的浓度比值分别为A0、A1、A2：A0= H2C2O4/CTA1= HC2O4/CTA2= C2O42/CT联立式上述公式，可得A0、A1、A2如下三式所示：A0=H+2/（H+

53、2+K1H+K1K2）A1=K1 H+/(H+2+K1H+K1K2)A2=K1K2/(H+2+K1H+K1K2)因为H+=10-pH，将其代入上述公式，就能得出A0、A1、A2与体系pH值的函数关系式：A0=10-2pH/ (10-2pH+10-pHK1+K1K2)A1=10-pHK1/ (10-2pH+10-pHK1+K1K2)A2=K1K2/ (10-2pH+10-pHK1+K1K2)图21 H2C2O4H2O平衡体系物相组成关系依据图21看出，H2C2O4浓度随pH值的升高而减小；HC2O4的浓度随着pH值的升高，先增后减，当 pH=1.54时，溶液中阴离子以HC2O4为主；C2O42的

54、含量随着pH值的升高而增大， pH值小于2.0时，C2O42可以忽略不计，当体系pH值高于6时， C2O42可忽略不计31。 2.2.2 体系Fe(II)-NH3-SO42-C2O42-H2O计算基本思路及过程沉淀反应体系可确定为Fe(II)-NH3-SO42-C2O42-H2O，体系存在的可能化学反应方程式及相应的电离平衡方程式如表2-1所示。表2-1 Fe- C2O42-NH3-H2O系热力学数据序号反应LogK参考文献1HC2O4- = H+ C2O42-4.27482H2C2O4 = H+ HC2O4-1.25483NH4+ = NH3 H+-9.244484Fe(OH) + = Fe2+ OH-4.50485Fe(OH) 42- = Fe2+ 4 OH-9.60486Fe(OH) 3 - = Fe2+ 3 OH-10.0487Fe2+ 2 OH = Fe(OH)2 (s)15.1488Fe2+ C2O42- = Fe C2O4 (s)6.50489Fe(OH)2 = Fe2+ 2 OH-7.4048则根据表2-1的各反应方程式，