Тэхналогія парашковай сферыідацыі стала неад'емнай часткай сучаснай прамысловасці і перадавых тэхналогій. Яна паляпшае характарыстыкі паверхні і фізічныя ўласцівасці парашкоў, аптымізуе характарыстыкі матэрыялаў і адпавядае шматфункцыянальным патрабаванням. У цяперашні час тэхналогіі сферыідызацыі парашкоў праніклі ў многія галіны, у тым ліку ў фармацэўтыку, харчовую прамысловасць, хімічную прамысловасць, ахову навакольнага асяроддзя, матэрыялазнаўства, металургію і 3D-друк.
Падрыхтоўка сферычных парашкоў ахоплівае мноства дысцыплін, у тым ліку хімію, матэрыялазнаўства і інжынерыю. Ніжэй прыведзены агляд асноўных тэхналогій сферыідызацыі парашкоў.
1. Метад механічнага фармавання
Метад механічнага фармавання ў асноўным абапіраецца на механічныя сілы, такія як сутыкненне, трэнне і зрух, якія выклікаюць пластычную дэфармацыю і адгезію часціц. Пасля бесперапыннай апрацоўкі часціцы становяцца шчыльнейшымі. Іх вострыя краі паступова паліруюцца, гладка акругляюцца і закругляюцца пад уздзеяннем шматразовых удараў.
Гэты метад звычайна выкарыстоўвае высокую хуткасць ударныя млыны і млыны з перамешвальным асяроддзем для падрыхтоўкі дробных парашковых матэрыялаў. У спалучэнні з сухім або мокрым памолам гэта можа вырабляць парашкі з больш дробнымі памер часціц, больш вузкае размеркаванне памераў і пэўная ступень сфероідызацыі.
Механічнае фармаванне шырока ўжываецца пры сферыідацыі часціц прыроднага графіту, штучнага графіту і цэменту. Яно таксама падыходзіць для драбнення і вытворчасці парашка далікатных металаў або парашкоў сплаваў.
Сыравіна, якая выкарыстоўваецца ў гэтым метадзе, шырока даступная і недарагая. Існуючыя рэсурсы можна цалкам выкарыстаць. Працэс просты, экалагічна чысты і падыходзіць для прамысловай вытворчасці. Аднак метад мае абмежаваную селектыўнасць для матэрыялаў. Сферычнасць, шчыльнасць пры ўсаджванні і выхад пасля апрацоўкі не заўсёды можна належным чынам гарантаваць. Таму ён у асноўным падыходзіць для сферычных парашкоў з адносна нізкімі патрабаваннямі да якасці.
2. Метад распыляльнай сушкі
Распыляльная сушка прадугледжвае распыленне вадкага матэрыялу на дробныя кроплі. Вільгаць хутка выпараецца ў гарачым патоку паветра, у выніку чаго кроплі зацвярдзеюць у часціцы.
Перавагі распыляльнай сушкі ўключаюць просты працэс і лёгкі кантроль характарыстык прадукту. Гэты метад у асноўным ужываецца ў галіне ваенных выбуховых рэчываў і матэрыялаў для акумулятараў.
3. Метад хімічнай рэакцыі ў газавай фазе
У гэтым метадзе выкарыстоўваюцца газападобныя сыравінныя матэрыялы або цвёрдыя матэрыялы, выпарваныя ў газападобны стан. Хімічны рэакцыі генеруюць патрэбныя злучэнні, якія затым хутка кандэнсуюцца для атрымання ультратонкіх сферычных парашкоў.
Дыяпазон тэмператур рэакцыі шырокі. Яе можна ўжываць пры высокіх, нізкіх або нават пакаёвых тэмпературах. Атрыманыя прадукты звычайна маюць добрую крышталічную структуру і аднастайную мікраструктуру. Можна атрымліваць ультратонкія (нанамаштабныя) сферычныя парашкі.
4. Гідратэрмальны метад
Гідратэрмальны метад выкарыстоўвае рэактар ва ўмовах высокай тэмпературы і высокага ціску. Рэакцыяй служыць вада або арганічныя растваральнікі.
Рэгулюючы такія параметры, як гідратэрмальная тэмпература, час рэакцыі, pH і канцэнтрацыя раствора, можна эфектыўна кантраляваць памер часціц. Да яго пераваг адносяцца адаптыўнасць да розных рэакцыйных сістэм і кантраляваны памер часціц, марфалогія і крышталічнасць.
Аднак умовы рэакцыі жорсткія. Патрабуюцца высокая тэмпература і ціск, а таксама існуе моцная залежнасць ад спецыялізаванага абсталявання. У асноўным выкарыстоўваецца для атрымання аксідаў.
5. Метад ападкаў
Метад асаджэння ўключае хімічныя рэакцыі ў растворы. Іоны металаў злучаюцца са спецыяльнымі асадкамі, утвараючы дробныя, напаўцвёрдыя калоідныя часціцы, якія ствараюць стабільную суспензійную сістэму.
Пры далейшай карэкціроўцы ўмоў, такіх як вытрымка, павольнае перамешванне або змяненне асяроддзя раствора, калоідныя часціцы паступова агрэгуюцца і растуць. Яны імкнуцца да сферыідацыі і ўтвараюць першасныя сферычныя асадкі. Пасля сушкі або кальцынацыі атрымліваюць сферычныя парашкападобныя матэрыялы.
Гэты метад дазваляе кантраляваць хуткасць росту крышталяў у вадкай фазе. Такім чынам, можна рэгуляваць памер і марфалогію часціц. Ён падыходзіць для падрыхтоўкі аксідаў металаў і іншых матэрыялаў. Патрабуецца строгі кантроль параметраў рэакцыі, такіх як тэмпература, ціск і pH.
6. Золь-гель метад
Золь-гель працэс звычайна ўключае тры этапы: падрыхтоўка золя, утварэнне геля і ўтварэнне сферычнага парашка. Далейшая тэрмічная апрацоўка можа палепшыць структуру і характарыстыкі. Можна дасягнуць дакладнага кантролю памеру і марфалогіі часціц.
Атрыманыя парашкі маюць высокую чысціню і добрую монадысперснасць. Гэты метад шырока выкарыстоўваецца ў лабараторыях для падрыхтоўкі ультратонкіх парашкоў. Аднак ён не падыходзіць для масавай вытворчасці ў вялікіх маштабах. Прамысловае прымяненне застаецца абмежаваным.
7. Метад мікраэмульсіі
Метад мікраэмульсіі — гэта двухфазны метад падрыхтоўкі вадкасць-вадкасць. Арганічны растваральнік, які змяшчае папярэднікі, дадаецца ў водную фазу для ўтварэння эмульсіі з драбнюткімі кропелькамі.
Шляхам нуклеацыі, каалесцэнцыі, агрэгацыі і тэрмічнай апрацоўкі ўтвараюцца сферычныя часціцы. Гэты метад шырока выкарыстоўваецца для атрымання наначасціц і арганічна-неарганічных кампазітных матэрыялаў.
8. Метад сферыдызацыі плазменнага парашка
З хуткім развіццём высокатэхналагічных галін прамысловасці і ростам попыту на нанаматэрыялы і новыя працэсы атрымання, плазмахімія прыцягвае ўсё большую ўвагу.
Плазменная сфераідаізацыя характарызуецца высокай тэмпературай, высокай энтальпіяй, высокай хімічнай рэакцыйнай здольнасцю і кантраляванай рэакцыйнай атмасферай і тэмпературай. Яна выдатна падыходзіць для атрымання высакаякасных і дробных сферычных парашкоў. Яна асабліва эфектыўная для металаў з высокай тэмпературай плаўлення.
Працэс уключае ў сябе стадыі генерацыі плазмы, хімічнай рэакцыі і хуткага загартоўвання. У залежнасці ад метадаў генерацыі плазмы яго можна падзяліць на тэрмічную плазменную сферыадызацыю з дапамогай дугі пастаяннага току і плазменную сферыадызацыю з дапамогай індукцыі радыёчастотных токаў.
Сістэмы плазменнай апрацоўкі парашка, распрацаваныя канадскай кампаніяй Tekna, з'яўляюцца вядучымі ў свеце. Яны дазваляюць дасягнуць сферыідацыі металічных парашкоў, такіх як вальфрам, малібдэн, нікель і медзь, а таксама аксідных керамічных парашкоў, такіх як дыяксід крэмнію і аксід алюмінію.
9. Метад распылення газу
Распыленне газу прадугледжвае награванне сыравіны да расплаўленага стану. Высокахуткасны газавы струмень уздзейнічае на паток расплаўленай вадкасці. Кінетычная энергія вадкасці імгненна пераўтвараецца ў павярхоўную энергію, што выклікае інтэнсіўнае драбненне на мноства дробных кропель.
Гэтыя кроплі хутка астываюць і застываюць пры кантакце з навакольным асяроддзем, утвараючы сферычныя парашкі з аднастайным памерам часціц.
Спачатку выкарыстоўваліся такія газы, як паветра і пара. З развіццём тэхналогій распыленне інэртным газам вырашыла праблему атрымання сферычных парашкоў рэакцыйных металаў. Парашкі, атрыманыя шляхам распылення інэртным газам, маюць нізкае ўтрыманне прымешак, гладкія паверхні, добрую цякучасць і высокую сферычнасць.
Распаўсюджаныя метады распылення газу ўключаюць распыленне індукцыйнага плаўлення электродамі і распыленне інэртнага газу ў вакууме.
10. Метад цэнтрабежнага распылення
Цэнтрабежнае распыленне выкарыстоўвае цэнтрабежную сілу для размеркавання расплаўленай металічнай плёнкі на кроплі. Гэтыя кроплі хутка застываюць дзякуючы прымусоваму канвекцыйнаму астуджэнню ахоўным газам.
Яна ўключае ў сябе распыленне з дапамогай круцільнага дыска і распыленне з дапамогай плазменнага круцільнага электрода. Сярод іх распыленне з дапамогай плазменнага круцільнага электрода з'яўляецца найбольш шырока ўжывальным.
У гэтым метадзе металічны стрыжань анода мацуецца на хуткасным круцільным вале. Пад уздзеяннем плазменнай дугі метал плавіцца. Расплаўленыя кроплі рассейваюцца тангенцыяльна пад уздзеяннем цэнтрабежнай сілы. Затым яны застываюць у сферычныя парашкі. Увесь працэс адбываецца пад вакуумам або абаронай інэртнага газу.
11. Метад ультрагукавой атамізацыі для сферыідацыі парашка
Ультрагукавая атамізацыя выкарыстоўвае энергію ультрагукавых ваганняў для рассейвання расплаўленага металу ў дробныя кроплі ў газавай фазе. Затым гэтыя кроплі астываюць і застываюць у сферычныя металічныя парашкі.
Атрыманыя парашкі дэманструюць высокую сферычнасць і вузкае размеркаванне памераў часціц. У параўнанні з распыленнем інэртным газам, ультрагукавое распыленне не патрабуе вялікай колькасці інэртнага газу для фрагментацыі. Яно ўтварае менш полых часціц і часціц-спадарожнікаў. Аднак з-за няспелых тэарэтычных распрацовак яно ў асноўным выкарыстоўваецца для металаў або сплаваў з нізкай тэмпературай плаўлення.
12. Сфераідызацыя полымя гарэння газу
У гэтым метадзе ў якасці крыніц цяпла выкарыстоўваюцца прамысловыя газы, такія як ацэтылен, вадарод або прыродны газ. Чыстае полымя тэмпературай 1600–2000°C ствараецца з дапамогай высокатэмпературнай полымявай гарматы.
Папярэдне апрацаваны кваліфікаваны парашок падаецца ў печ для сферыідацыі. Струмень кіслародна-паліўнага газу награвае і плавіць парашок пры высокай тэмпературы. Пасля астуджэння ўтвараецца сферычны парашок высокай чысціні.
Гэты метад у асноўным выкарыстоўваецца для атрымання сферычнага мікрапарашка крэмнію і сферычнага парашка аксіду алюмінію.
13. Метад гарэння (VMC)
Метад гарэння, таксама вядомы як метад гарэння выпарэння металу (VMC), быў упершыню распрацаваны ў Японіі. Ён выкарыстоўвае выбуховае гарэнне металічнага парашка для атрымання сферычных аксідных мікрачасціц.
Напрыклад, парашок металічнага крэмнію непасрэдна рэагуе з кіслародам, утвараючы высакаякасныя, дробныя мікрасферы крэмнію з адносна кантраляваным размеркаваннем памераў часціц.
14. Метад рэзкі і пераплаўлення дроту
Працэс прадугледжвае расцяжэнне прыпою ў выглядзе правадоў і іх нарэзку на аднастайныя мікрасегменты. Затым гэтыя сегменты змяшчаюцца ў фармавальнае абсталяванне з градыентам тэмпературы. Шляхам пераплаўлення і зацвярдзення яны ўтвараюць стандартныя сферы.
Гэты метад забяспечвае добрую кіравальнасць працэсам і нізкі кошт. Аднак працэдура складаная, што прыводзіць да нізкай эфектыўнасці вытворчасці. Патрабуецца высокая дакладнасць абсталявання. Падчас валачэння можа ўзнікаць неадпаведнасць дыяметра дроту. Метад абмежаваны нізкатэмпературнымі і пластычнымі матэрыяламі, што абмяжоўвае яго дыяпазон прымянення.
15. Імпульсны метад выкіду мікраадтулін
Імпульсны метад выкіду мікраадтулін — гэта тэхналогія атрымання мікракропель, якая выкарыстоўваецца для падрыхтоўкі монадысперсных сферычных часціц мікроннага памеру. Яна адносіцца да п'езаэлектрычнай ін'екцыі кропель па патрабаванні.
Расплаўленыя металы, сплавы або суспензіі выкарыстоўваліся ў якасці сыравіны для атрымання монадысперсных кропель.
Прынцып працы наступны. Спачатку металічная сыравіна плавіцца ў тыглі з нержавеючай сталі. Расплаў паступае ў падаючы канал і запаўняе секцыю ўпырску. У тыгель падаецца інэртны газ для стварэння станоўчага перападу ціску. Праграмуецца імпульсны сігнал. Пад уздзеяннем імпульснага сігналу п'езаэлектрычная кераміка вібруе. Вібрацыя прымушае прэсавальную пласціну пластычна дэфармавацца. Гэта прыводзіць да стварэння экструзійнага ціску расплаву ў секцыі ўпырску.
Невялікі аб'ём расплаву выціскаецца з мікраадтуліны ў ніжняй частцы тыгля, утвараючы кроплі. Паколькі кожная амплітуда ваганняў аднолькавая, аб'ём кожнай кроплі практычна аднолькавы. У выніку атрымліваюцца сферычныя парашкі аднастайнага памеру.
«Дзякуй за чытанне. Спадзяюся, мой артыкул будзе карысным. Калі ласка, пакіньце каментар ніжэй. Вы таксама можаце звязацца з прадстаўніком службы падтрымкі кліентаў Zelda онлайн, калі ў вас ёсць дадатковыя пытанні».
— Апублікавана Эмілі Чэн