等离子技术在难熔金属粉体球化及致密化的研究展望

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 等离子技术在难熔金属粉体球化及 致密化的研究展望 摘要：等离子技术在难熔金属 粉体的制备领域已得到广泛的应用，其 制备的粉体具有球形度好、纯度高、粒 度细等特点。本文介绍了不同类型等离 子法制粉的原理及特点，对等离子法制 粉的研究现状和存在的问题进行了分析， 并展望了热等离子技术制备致密球形粉 的发展 中国论文网 /2/view-12834566.htm 趋势。 关键词：等离子技术球形粉体 中图分类号：O53 文献标识码： A 文章编号： 1、前言 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 在粉末冶金、喷涂等领域，粉体 的表面形貌、颗粒内部致密化程度等指 标，对终端产品的品质有着关键的影响。 近年来，随着多孔材料、高致密粉体在 喷涂以及粉末冶金注射成型等技术的发 展，球形致密粉体的发展日益受到人们 的关注1,2。在热喷涂领域，经过高温 处理的球形粉体流动性好，在喷涂过程 中粉体输送会更加均匀，所制得的涂层 组织均匀，因此其耐磨性更佳。粉末冶 金工艺中，因球形粉体的流动性好，具 有大的堆积密度，烧结过程体积收缩小， 压坯在烧结过程中收缩非常均匀，可实 现好的尺寸控制，获得理想烧结坯体材 料，利于烧结坯的后续加工。在制备多 孔材料时，粉体的粒度、形貌等指标对 材料的孔结构有很大影响，并最终影响 材料的性能。例如多孔钼基体若以球形 钼粉为原料，该基体就具有均匀的连通 孔结构，在铜的熔渗过程中，可确保其 熔渗通道畅通，这样就可以制备出组织 均匀的钼铜合金材料，防止因为材料组 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 织不均匀而产生的局部过渡烧蚀或击穿， 提升触头的性能。 2、 数种典型等离子球化制粉方 法简介 热等离子球化造粒设备主要包括 反应、冷却、收集这三大部分。 2.1 直流(DC)等离子法 直流等离子制粉就是靠直流电源 来产生等离子体，该设备以紫铜等离子 枪产生高温等离子炬，以惰性气体为载 体，将原料粉体送入等离子炬，使其被 加热收缩而生成致密球形粉体5,6。直 流等离子气相蒸发制粉具有电源不怕干 扰、弧柱稳定、辐射小、功率大等优点， 但存在电极腐蚀及污染等问题。如尚书 勇等以微米级铝粉为原料，制备了超细 氮化铝粉体。 2.2 高频感应等离子法 高频等离子法制粉就是靠高频电 磁感应水冷铜圈提供能量来产生等离子 体，从而制备致密球形粉体。由于该方 法无电极，因此等离子炬非常纯净，而 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 且其等离子气的流速较小，加热效率较 高，但等离子炬易受干扰而不稳定，且 其电效率较低。其原料形态可以是气态 物质，也可以是固态的粉体，还可以是 液体，不过需将其喷雾后送入。总体说 来，以前两者效果为好。 2.3 微波(MV)等离子气相蒸发法 微波放电是将微波能量转换为气 体分子的内能，使之激发、电离以产生 等离子体的一种放电方式。在微波放电 中，通常采用波导管或天线将由微波电 源产生的微波耦合到放电管内，放电气 体存在的少量初始电子被微波电场加速 后，与气体分子发生非弹性碰撞并使之 电离。若微波的输出功率适当，可以使 气体击穿，实现持续放电，这样产生的 等离子体称为微波等离子体。由于这种 放电无需在放电管中设置电极而输出的 微波功率可以局域地集中，因此能获得 高密度的等离子体。微波等离子技术除 可以制备金属纳米粉外，还可广泛应用 于合成氧化物、氮化物及纳米复合材料 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 的制备与合成。 3、研究现状及存在的问题 3.1 国内外研究现状 近二十年来国内外对热等离子体 法制粉研究都给予了高度重视。国外， 一些主要的发达国家都在大力进行这一 方面的研究工作。比如，美国明尼苏达 大学的 E.Pfender 研究组，他们主要从 事基本原理及其传热、传质等基础理论 研究和开发方面的研究工作。 国内，中科院袁方利等制备出了 球形 SiO2 粉、 AL2O3 粉、ZnO 粉及 Ni 粉等。核工业西南物理研究所和兵器科 学研究院等也在等离子制粉方面开展了 大量的研究工作，并取得了丰硕的成果， 比如制备出了纳米级 Ta 粉、SiO2 粉、 及 W 粉等。笔者用自行设计的等离子 设备实现了钼粉的球化、致密化。等离 子体处理后产品仍为纯金属钼粉，形状 由不规则变为球形，颗粒的粒度从数十 微米到上百位米不等，振实密度由 1.2 g/cm3 提高到 5.0 g/cm3。研究表明等离 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 子气相蒸发法是制备高振实密度球形钼 粉的有效手段。如图 1 所示为等离子体 处理前后钼粉的扫描电镜(SEM)照片。 （a） （b） 图 1 原料钼粉(a)和等离子体处 理后钼粉(b)的 SEM 照片 Fig.1High resolution SEM images of molybdenum powders before(a) and after(b) spheroidization 3.2 存在的问题 虽然热热等离子技术制备高致密 球难熔金属形粉优势，但热等离子设备 昂贵的价格和较低的生产效率是制约等 离子制备球形粉技术快速发展的重要原 因。其存在问题具体如下： (1)设备复杂、昂贵。热等离子制 粉设备一般包括等离子发生装置、水冷 却及气体循环系统、控制系统等，设备 构造非常复杂。目前我国用于工业生产 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 的产率较高的等离子制粉设备绝大部分 依靠进口，价格非常昂贵。 (2)生产成本高、产率低下。等 离子法制粉时等离子体产生与维持过程 能耗很大，气体（Ar 和 H2）消耗量大， 热利用率很低，加之原料粉通常都需要 经过传统工艺预处理后，大大提高了生 产成本。此外，等离子处理后的粉体活 性极高通常需要经过长时间钝化后处理 才能取出，致使产率降低。 (3)热等离子生产球形粉技术还 不完善。目前，直流电弧等离子技术、 感应等离子等技术已经用于工业化生产， 而微波等离子尚未达到大规模工业化生 产的条件，这主要是由于该技术还不完 善，如制约微波等离子气相蒸发法制备 纳米材料发展的主要问题是微波发生装 置中磁控管的功率低、寿命短，只能局 限于实验室研究。 4 未来发展趋势展望 虽然等离子制备超细粉技术存在 上述一些不足，但作为可制备高球化率、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 高致密性粉体的新