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随着工业的迅猛发展,技术的全面进步,人们日益对现今使用的材料的性能有更高的要求,因此新材料的研究和开发日益重视,新材料近年来得到了飞速的发展,在这些琳琅满目的新材料家族里,超细粉体材料更引人注目。这种材料不仅具有奇特、优异的性能,而且还可能会由此掀起材料领域的革命,为材料科学带来更多的机遇和发展。
本文研究了用高能球磨方法将粉末破碎到超细的粒度,再将球磨后获得的超细氧化铁粉用氢气还原制取超细铁粉的工艺技术,同时探索了超细氧化铁粉的还原特性和还原机理。在高能球磨过程中,调节球磨时间,得到不同粒度的氧化铁粉末,并分析氧化铁粉末的粒度和粒度分布,观察其形貌。在进行氢气还原氧化铁粉末的实验时,分别改变还原温度,还原时间,氢气流量等工艺参数,以获得制取超细铁粉的最佳的工艺条件。对还原后的粉末进行氧含量的测定并计算出氧化铁粉末的还原率,对还原铁粉进行粒度和粒度分布的分析,通过扫描电子显微镜,观察还原铁粉的形貌。找出氧化铁粒度,还原温度,还原时间和氢气流量等参数对氧化铁还原率、铁粉粒度和粒度分布,铁粉的形貌等的影响。
由于采用了高能球磨的方式破碎粉末,大大增加了氧化铁粉末的比表面积和表面能,极大地提高了粉末的活性,结果表明大大降低了还原的温度,即使在280℃温度下,仍然可以被氢气还原,由于还原反应是在很低的温度下进行,大大降低了粉末长大的动力,所以能够制得超细铁粉。球磨在采用无水酒精作为球磨介质,20:1的球料比,200rpm的球磨转速,球磨时间96h的条件下,可以获得最理想的破碎效果,氧化铁粉的粒度细达0.35 μ m。还原结果表明,在360℃的还原温度,氢气流量为1.0L/min的条件下,还原15min,可以制取到粒度在0.2~0.4 μ m的超细铁粉。结果证明,微纳米氧化铁粉的还原可大大降低还原温度,缩短烧结时间,并可制得超细铁粉。
最后,从热力学的角度,讨论了一下氢气还原氧化铁这个反应的生成自由能,并得到了在四个温度下的数值。微纳米氧化铁粉的还原反应热力学遵循吸附理论,反应过程是属于界面化学反应控速和气体内扩散控速混合控速,获得了表观活化能的数据。分析了还原温度和还原率之间的关系后,得到了氢气还原氧化铁的反应所对应的反应机制函数和相应的动力学方程。