随着先进粉末冶金技术的发展,不仅对先进的制备技术提出新的挑战,对至关重要的粉体原料也提出了新的性能要求。粉末注射成型技术、凝胶注模成形技术、喷射成形技术及3D打印快速成形技术等近净成形技术的快速发展对粉体的粒度和形貌提出了更高的要求,该类技术普遍要求粉体流动性好、松装和振实密度高,传统制粉技术制备的粉体形状不规则、流动性差,难以满足技术要求,而球形粉体可以很好地满足这一要求,粒度微细、可控的高纯球形金属粉末成为粉体制备技术的发展趋势。
球形粉体的制备方法主要分为物理法和化学法。其中,物理法制备的球形粉体结构致密、松装密度高,主要包括雾化法和等离子体法。而液相法制备的球形粉体粒度细小、成分均匀,缺点是粉体团聚现象较严重。液相法制备球形粉体主要包括喷雾热分解法、羰基法和溶胶凝胶法等。近年来,在球形粉体的制备技术方面正朝着工艺简单、粉体性能优良的方向发展。
等离子体球化处理技术的原理是:利用热等离子的高温环境,载气将粉体送入高温等离子体中,粉体颗粒迅速吸热后表面(或整体)熔融,并在表面张力作用下缩聚成球形液滴,进入冷却室后骤冷凝固而将球形固定下来,从而获得球形粉体。等离子熔融球化技术被认为是获得致密、规则球形颗粒的最有效手段之一。
按等离子体的激发方式,等离子体球化处理法可分为直流等离子体和射频等离子体两大类。直流等离子体球化处理技术具有能量转化率高、产品产量高、投资少、易实现规模工业化生产等优点;射频等离子体球化处理技术是在电磁强烈的耦合作用下,诱导电流的焦耳热效应使气流加热到极高温度,形成的可自持续的等离子体。其加热温度范围可达到10000~30000K,骤冷速度可达到105K/S,是制备组分均匀、球形度高、流动性好的球形粉体的良好途径。
目前,国外的等离子体粉体处理技术已具备一定的生产能力,如加拿大的泰克纳(TEKNA)公司已实现W、Mo、Re、Ta、Ni、Cu等金属粉末和SiO2、ZrO2、YSZ、Al2O3等氧化物陶瓷粉体的球化处理,其开发的等离子体粉体处理系统在世界感应等离子体技术方面处于领先地位。
参考资料:
王建军:射频等离子体制备球形粉末及数值模拟的研究.北京科技大学