張弘毅老師近照
現代高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，傳統產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級要求許多粉體原材料具有微細的顆粒、嚴格的粒度分布、特定的顆粒形狀和極高的純度或極低的污染程度。例如高級陶瓷和耐火材料原料、電子信息材料、高檔紙張的顏料和填料、高聚物基復合材料的填料、高檔和特種油漆涂料的顏料及填料、高級磨料、化妝品原料等等。技術(shù)要求更是嚴格：有的要求顆粒表面光滑、形狀規則；有的要求顆粒形狀接近球形、圓柱形、紡錐形、片形、針形或其他形狀；有的要求有極高的純度，雜質(zhì)允許含量極低；有的要求平均粒徑僅1微米，甚至沒(méi)有大顆粒的存在；有的要求粒度分布狹窄；有的要求超低的含氧量……，技術(shù)的要求就是動(dòng)力，不斷推進(jìn)這粉體行業(yè)的發(fā)展。
當前學(xué)術(shù)界普遍認為：微米級無(wú)機粉體一般用干法工藝進(jìn)行加工，可以取得很好的性?xún)r(jià)比、工藝成熟也已經(jīng)十分成熟。
亞微米級粉體目前普遍使用濕法研磨，由于小旋流分級手段已經(jīng)滿(mǎn)足不了這個(gè)尺度分級，因此，濕法研磨普遍采用反復研磨到要求粒徑。采用的設備是臥式砂磨機和立式砂磨機為主，1毫米以下的磨介球和純凈水為研磨介質(zhì)，然后進(jìn)行干燥處理的工藝。
亞微米級粉體的干法工藝目前是粉體行業(yè)的難點(diǎn)，各大工業(yè)國都在進(jìn)行深入的研究，德國、日本的亞微米干法研磨設備已經(jīng)進(jìn)入了我國，但是誰(shuí)家在使用還不得而知。
納米粉體的生產(chǎn)目前還是以化學(xué)法和約束等離子技術(shù)為主流，由于產(chǎn)能比較低，能耗又很高，因此還沒(méi)有獲得更廣泛的應用。
我是從搞超細粉體高純硅材料開(kāi)始的。硅的最外層有4個(gè)電子即為價(jià)電子，它對硅原子的導電性等方面起著(zhù)主導作用。因為硅原子有如此結構，所以有其一些特殊的性質(zhì)：最外層的4個(gè)價(jià)電子讓硅原子處于亞穩定結構，這些價(jià)電子使硅原子相互之間以共價(jià)鍵結合，由于共價(jià)鍵比較結實(shí)，硅具有較高的熔點(diǎn)和密度；化學(xué)性質(zhì)比較穩定，常溫下很難與其他物質(zhì)（除氟化氫和堿液以外）發(fā)生反應；硅晶體中沒(méi)有明顯的自由電子。
亞穩態(tài)這個(gè)詞在我對粉體的認識中成了一個(gè)非常重要的概念，也是指導進(jìn)行粉體研究的理論基礎。材料粉碎的過(guò)程，就是一個(gè)通過(guò)機械能的作用，將粉體顆粒由一種穩態(tài)向更細的粉體的狀態(tài)過(guò)度的過(guò)程，最重要的是要達到一個(gè)新的平衡。
我們日常所見(jiàn)到的水是按照由地勢高的地方向地勢低的規律順暢地流動(dòng)，運行規律是不斷消耗自己的勢能，尋找著(zhù)一種平衡。太陽(yáng)的巨大能量會(huì )破壞這個(gè)平衡，讓水蒸發(fā)，去追求另一種平衡。無(wú)機粉體顆粒在受到機械能的沖擊時(shí)，顆粒承受不了這樣大的沖擊力，就會(huì )使結構受到破壞；同時(shí)，表面完整、與周?chē)h(huán)境已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的粉體顆粒被打碎以后，新的表面會(huì )出現，這個(gè)表面的分子、晶體、原子和化合物等在能量的作用下就要發(fā)生改變。對于硅晶體而言，就會(huì )在這個(gè)界面上出現亞穩態(tài)的電子結構，不平衡的界面出現了。當硅晶體的粉體越細時(shí)，表面的電子就越多，而越容易與外界進(jìn)行電子交換，從而發(fā)生相應的化學(xué)反應。亞微米超細硅粉在水中研磨，會(huì )產(chǎn)生大量的氣體就是此種原因。
平衡是萬(wàn)物、萬(wàn)事的本質(zhì)，宇宙萬(wàn)物和萬(wàn)事永恒處在平衡循環(huán)過(guò)程中。萬(wàn)物從平衡到不平衡，從不平衡到新平衡；平衡中有不平衡，不平衡中有平衡，不平衡是為了新平衡。我認為這個(gè)過(guò)程、應該說(shuō)這個(gè)哲學(xué)原理也適合于粉體粉碎分級和收集的整個(gè)過(guò)程。
作者：張弘毅老師
