粉體球形化技術有哪些

隨著工業的發展，粉體技術特別是顆粒球化整形技術及裝備越來越受到產業的重視，球形粉體因具有高比表面積、高振實密度、良好的流動性等一般粉體不具備的優點而廣泛應用于鋰離子電池、食品、醫藥、化工、建材、礦業、微電子、３Ｄ打印等行業，逐漸成為不可替代的新材料，高品質的球形顆粒的制備一直是行業的重點與難點。

球形粉體顆粒

高溫法在高溫球化、超細-納米材料合成、等離子體噴涂等方面具有重要用途，尤其在球形硅微粉行業中得到廣泛應用。該方法的特點是產品顆粒的振實密度、球化率和流動性均高于原料顆粒的，且生產過程環保，對環境損害小，但仍存在產率低、難以進行連續加工生產等缺點。

▼▼幾種高溫法球形化技術的特點見下表

高溫法在高溫球化、超細-納米材料合成、等離子體噴涂等方面具有重要用途，尤其在球形硅微粉行業中得到廣泛應用。該方法的特點是產品顆粒的振實密度、球化率和流動性均高于原料顆粒的，且生產過程環保，對環境損害小，但仍存在產率低、難以進行連續加工生產等缺點。

▼▼幾種高溫法球形化技術的特點見下表

 

目前行業內應用物理方法制備球化顆粒的技術較多，主要包括高溫法和塑性變形法等，以下將重點介紹這些技術的優勢及主要應用領域。

高溫法在高溫球化、超細-納米材料合成、等離子體噴涂等方面具有重要用途，尤其在球形硅微粉行業中

▲制備難熔金屬納米粉的直流電弧等離子體系統裝置

現階段高速氣流沖擊球化法具有分級精度高、分級精度可調、產能較大等優勢，因此在天然石墨、人造石墨和水泥顆粒球化整形處理領域廣泛使用。

該方法的原理如下：高速氣流沖擊粉碎機利用圍繞水平或垂直軸高速旋轉的回轉體，使物料受到來自高速氣流、錘頭的碰撞、摩擦和剪切等一系列作用而獲得超細粉，之后通過分級收集得到合格物料。其關鍵是通過控制磨盤轉速、分級輪轉速、球化時間、風量、錘頭高度和齒圈形狀等參數實現對顆粒球形率、振實密度、球化產率、粒徑分布等產品指標的提升。

以天然鱗片石墨的球化過程為例，大致分為４個步驟，即彎曲—成球—吸附—緊實。

▲天然鱗片石墨的球化過程

現存的大多數高速氣流整形機加工之后的顆粒粉體球形率、振實密度等指標不能很好地與加工產率進行兼顧等問題亟待解決。

天然石墨具有易獲取和優異的電化學性能等特點，廣泛應用在鋰離子電池負極材料中。人造石墨具有循環性能好、成本低和結構穩定等優點，因此逐漸成為研究的重點。球形石墨具有高速率容量、高庫侖效率、低不可逆容量、粒度分布集中、比表面積小和振實密度大等優勢，現階段天然鱗片石墨和人造石墨主要通過高速氣流沖擊等方式得到球形石墨，可提升電化學性能。

球形硅微粉形狀好，化學純度高，放射性元素含量低，其應用能極大地降低塑封料的熱膨脹系數、改善塑封料的熱穩定性等獨特的優勢，因此大規模應用于集成電路的生產，是集成電路中最主要的封裝填充材料。

球形硅微粉主要通過高溫等離子體熔融法、高溫熔融噴射法、氣體燃燒火焰法、氣相法、沉淀法等方法進行制備。

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普通水泥具有多孔的特性，且孔隙結構復雜，在水化反應中會降低流動性并逐漸硬化。將普通水泥球化得到球形水泥可在以下幾個方面提升材料的物理性能：降低需水性、降低孔隙率、提升流動性、提升水泥強度。

現階段球形水泥的制備主要使用高速氣流沖擊球化法，相較于球磨機，可提高顆粒球形度、比表面積和振實密度等。

難熔金屬指熔點高于1650℃并有一定儲量的金屬，主要有鎢、鈦、鉬等，并廣泛應用于航空航天、熱噴涂層、3D打印、生物醫療等領域。與傳統金屬粉末相比，金屬球形粉末具有球形度高、流動性好、松裝密度高等優異性能，目前高性能球形金屬粉體原料是限制行業發展的重要因素。

目前利用傳統技術生產球形顆粒球化率低、團聚現象嚴重、易氧化，而使用射頻等離子體進行加工，所得樣品的流動性好，振實密度、松裝密度、球化率也較原料有了大幅提高。提高超細難熔金屬粉的性能，減小制備過程的污染排放，降低熱等離子體法生產成本，推進該技術的大規模的工業化生產是未來的發展方向。