球形粉体材料火焰法量产制备与应用

中国粉体网讯  球形粉体由于具有更好的流动性和均匀性被广泛应用于增强材料、涂料、陶瓷、3D打印等领域。球形粉体较普通粉体具有明显优势，主要体现在以下几个方面： 

1）球形粉体表面形貌规则，缺陷少，在生产加工至成品时可减小对模具的损耗；

2）球形粉体的颗粒粒径分布范围窄，且粒度分布较为均匀；

3）球形粉体具有良好的流动性，能够提高粉体的填充量，在粉末冶金领域可以显著提升成型件的致密度；

4）球形粉体在烧结时收缩更均匀，对晶粒尺寸的有效调控更易实现。

球形粉体由于在表面形貌、粒径分布和流动性等方面表现出优异的性能，因此在高端产业中得到了广泛应用：

●球形硅微粉因具有优异的绝缘性和耐热性而被广泛应用于高端产业，如用作超大规模集成电路的封装材料和电子信息领域；

●球形钛粉及其合金粉体因具有球形度高、流动性好、松装密度大、氧含量低（质量分数＜0.15%）和粒度细小等特点，在先进粉末冶金、激光增材制造、 热喷涂等领域大放异彩；

●球形钨粉具有流动性好、松装密度和振实密度高，且氧含量低等诸多优势，在阴极发射、多孔材料以及微晶硬质合金等领域具有十分广阔的应用前景。

球形粉体材料常见的制备方法可分为：传统物理法、化学法、高温熔融法3类。其中，高温熔融法是将粉体原料高温熔融后骤冷收缩成球形，该方法依赖于高温热源，是目前最有希望实现大规模工业生产高性能球形粉体材料的制备技术。高温熔融法广泛适用于具有高熔点的粉体材料，如石英粉、氧化铝粉体以及大多数金属粉体材料（钨粉、铬粉、钼粉、铁粉、钛粉及其合金等）。高温熔融法的能量主要来源于等离子体和高温火焰，根据熔融方式和分散收集方法的不同，可归纳为等离子体球化法、雾化法和气体燃烧火焰成球法这3类方法。

气体燃烧火焰成球法是以乙炔气、氢气、天然气等工业燃料气体作为产生洁净无污染火焰的热源，通过高温火焰喷枪喷出1600~2000℃的高温火焰，将预处理后合格的粉体通过送粉器送入球化炉中。采用氧气-燃料气体射流对粉体进行加热驱动和高温熔融、而后冷却成球，最终形成高纯度球形粉体，此方法多用于球形硅微粉体以及球形氧化铝粉体的制备。

气体燃烧火焰成球法示意图

火焰法是一种拥有较强“平台性”属性的技术，其可以灵活生产不同种类的纳米粉体材料，并保证大规模生产和实验室级别拥有同样的产品性能。相比于发展多年的传统工艺，如固相法、液相法等，火焰法的应用能够更灵活，技术迭代方向也会更多。但它属于新型技术，相关生产设备没有完善的产业链。山东物元高端装备科技有限公司成立于2019年12月，是国内首家集研发制造“高温熔融球化炉整套设备”为一体的民营企业。其主营产品高温熔融球化炉，可实现二氧化硅粉、氧化铝粉、氧化镁、氮化硼、氧化锆等粉体的高效球化处理，球化率超过95%，并且采用全自动化控制，减少人工需求，有效控制大气污染。

2024年10月29-31日在上海跨国采购会展中心，由北京粉体技术协会与柏德英思展览(上海)有限公司联合主办“2024先进陶瓷粉体制备及应用技术研讨会”，届时，来自山东物元高端装备科技有限公司技术工程师李斌将带来《球形粉体材料火焰法量产制备与应用》的报告。

来源：

彭琳等：球形粉体制备技术研究进展

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（中国粉体网编辑整理/空青）

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