Teknologi sferoidisasi bubuk Telah menjadi bagian yang tak terpisahkan dari industri modern dan teknologi canggih. Teknologi ini meningkatkan karakteristik permukaan dan sifat fisik serbuk, mengoptimalkan kinerja material, dan memenuhi persyaratan multifungsi. Saat ini, teknologi sferoidisasi serbuk telah merambah berbagai bidang, termasuk farmasi, makanan, kimia, perlindungan lingkungan, ilmu material, metalurgi, dan pencetakan 3D.
Pembuatan bubuk berbentuk bola melibatkan berbagai disiplin ilmu, termasuk kimia, ilmu material, dan teknik. Berikut adalah gambaran umum teknologi sferoidisasi bubuk utama.
1. Metode Pembentukan Mekanis
Metode pembentukan mekanis terutama bergantung pada gaya mekanis seperti tumbukan, gesekan, dan geser untuk menginduksi deformasi plastis dan adhesi partikel. Setelah pemrosesan berkelanjutan, partikel menjadi lebih padat. Tepi-tepi tajamnya secara bertahap dipoles halus dan membulat di bawah benturan berulang.
Metode ini biasanya menggunakan kecepatan tinggi. pabrik dampak dan penggiling media pengaduk untuk menyiapkan bahan bubuk halus. Dikombinasikan dengan penggilingan kering atau basah, dapat menghasilkan bubuk dengan ukuran yang lebih halus. ukuran partikel, distribusi ukuran yang lebih sempit, dan tingkat sferoidisasi tertentu.
Pembentukan mekanis banyak diterapkan dalam proses pembulatan grafit alami, grafit buatan, dan partikel semen. Metode ini juga cocok untuk penghancuran dan produksi bubuk logam rapuh atau bubuk paduan.
Bahan baku yang digunakan dalam metode ini mudah didapatkan dan berbiaya rendah. Sumber daya yang ada dapat dimanfaatkan sepenuhnya. Prosesnya sederhana, ramah lingkungan, dan cocok untuk produksi skala industri. Namun, metode ini memiliki selektivitas material yang terbatas. Bentuk bulat, kepadatan curah, dan hasil setelah pemrosesan tidak selalu dapat dijamin dengan baik. Oleh karena itu, metode ini terutama cocok untuk bubuk bulat dengan persyaratan kualitas yang relatif rendah.
2. Metode Pengeringan Semprot
Pengeringan semprot melibatkan pengatomisasian bahan cair menjadi tetesan-tetesan halus. Kelembapan menguap dengan cepat dalam aliran udara panas, menyebabkan tetesan-tetesan tersebut mengeras menjadi partikel.
Keunggulan pengeringan semprot meliputi proses yang sederhana dan kontrol kinerja produk yang mudah. Metode ini terutama diterapkan di bidang bahan peledak militer dan material baterai.
3. Metode Reaksi Kimia Fase Gas
Metode ini menggunakan bahan baku berupa gas, atau bahan padat yang diuapkan menjadi bentuk gas. Bahan kimia Reaksi-reaksi tersebut menghasilkan senyawa yang diinginkan, yang kemudian dengan cepat dikondensasi untuk menghasilkan bubuk bulat ultrahalus.
Kisaran suhu reaksinya luas. Reaksi ini dapat diterapkan pada suhu tinggi, rendah, atau bahkan suhu ruangan. Produk yang dihasilkan biasanya menunjukkan struktur kristal yang baik dan mikrostruktur yang seragam. Serbuk bulat ultrahalus (skala nano) dapat diproduksi.
4. Metode Hidrotermal
Metode hidrotermal menggunakan reaktor dalam kondisi suhu dan tekanan tinggi. Air atau pelarut organik berfungsi sebagai media reaksi.
Dengan menyesuaikan parameter seperti suhu hidrotermal, waktu reaksi, pH, dan konsentrasi larutan, ukuran partikel dapat dikontrol secara efektif. Keunggulannya meliputi kemampuan beradaptasi dengan berbagai sistem reaksi dan ukuran partikel, morfologi, serta kristalinitas yang dapat dikontrol.
Namun, kondisi reaksinya sangat ketat. Diperlukan suhu dan tekanan tinggi, dan sangat bergantung pada peralatan khusus. Metode ini terutama digunakan untuk pembuatan oksida.
5. Metode Presipitasi
Metode pengendapan melibatkan reaksi kimia dalam larutan. Ion logam bergabung dengan pengendap tertentu untuk membentuk partikel koloid semi-padat halus, yang menciptakan sistem suspensi yang stabil.
Dengan menyesuaikan kondisi lebih lanjut seperti penuaan, pengadukan lambat, atau memodifikasi lingkungan larutan, partikel koloid secara bertahap menggumpal dan tumbuh. Partikel-partikel tersebut cenderung mengalami sferoidisasi dan membentuk endapan bulat primer. Setelah pengeringan atau kalsinasi, diperoleh material bubuk berbentuk bulat.
Metode ini memungkinkan pengendalian laju pertumbuhan kristal dalam fase cair. Dengan demikian, ukuran dan morfologi partikel dapat diatur. Metode ini cocok untuk pembuatan oksida logam dan material lainnya. Pengendalian ketat terhadap parameter reaksi seperti suhu, tekanan, dan pH diperlukan.
6. Metode Sol-Gel
Proses sol-gel umumnya meliputi tiga tahap: persiapan sol, pembentukan gel, dan pembentukan bubuk bulat. Perlakuan panas lebih lanjut dapat meningkatkan struktur dan kinerja. Kontrol yang tepat terhadap ukuran dan morfologi partikel dapat dicapai.
Serbuk yang dihasilkan memiliki kemurnian tinggi dan monodispersitas yang baik. Metode ini banyak digunakan di laboratorium untuk menyiapkan serbuk ultrahalus. Namun, metode ini tidak cocok untuk produksi massal skala besar. Penerapan di industri masih terbatas.
7. Metode Mikroemulsi
Metode mikroemulsi adalah teknik preparasi dua fase cair-cair. Pelarut organik yang mengandung prekursor ditambahkan ke fase air untuk membentuk emulsi dengan tetesan kecil.
Melalui nukleasi, koalesensi, agregasi, dan perlakuan panas, partikel berbentuk bola terbentuk. Metode ini banyak digunakan untuk pembuatan nanopartikel dan material komposit organik-anorganik.
8. Metode Sferoidisasi Serbuk Plasma
Dengan perkembangan pesat industri teknologi tinggi dan meningkatnya permintaan akan nanomaterial serta proses preparasi baru, kimia plasma semakin mendapat perhatian.
Sferoidisasi plasma memiliki karakteristik suhu tinggi, entalpi tinggi, reaktivitas kimia tinggi, dan atmosfer serta suhu reaksi yang dapat dikontrol. Metode ini sangat cocok untuk menghasilkan bubuk bulat halus dan murni. Metode ini sangat efektif untuk logam dengan titik leleh tinggi.
Proses ini meliputi tahap pembangkitan plasma, reaksi kimia, dan pendinginan cepat. Berdasarkan metode pembangkitan plasma, proses ini dapat dibagi menjadi sferoidisasi plasma termal busur DC dan sferoidisasi plasma induksi RF.
Sistem pemrosesan bubuk plasma yang dikembangkan oleh Tekna di Kanada merupakan yang terdepan di dunia. Mereka telah berhasil melakukan sferoidisasi bubuk logam seperti tungsten, molibdenum, nikel, dan tembaga, serta bubuk keramik oksida seperti silika dan alumina.
9. Metode Atomisasi Gas
Atomisasi gas melibatkan pemanasan bahan baku hingga mencapai keadaan cair. Aliran gas berkecepatan tinggi menumbuk aliran cairan cair. Energi kinetik cairan langsung diubah menjadi energi permukaan, menyebabkan fragmentasi hebat menjadi banyak tetesan kecil.
Tetesan-tetesan ini dengan cepat mendingin dan mengeras saat bersentuhan dengan lingkungan sekitarnya, membentuk bubuk bulat dengan ukuran partikel yang seragam.
Awalnya, gas seperti udara dan uap digunakan. Dengan perkembangan teknologi, atomisasi gas inert memecahkan tantangan dalam pembuatan bubuk bulat dari logam reaktif. Bubuk yang dihasilkan melalui atomisasi gas inert memiliki kandungan pengotor rendah, permukaan halus, daya alir yang baik, dan bentuk bulat yang tinggi.
Metode atomisasi gas yang umum meliputi atomisasi gas peleburan induksi elektroda dan atomisasi gas inert peleburan vakum.
10. Metode Atomisasi Sentrifugal
Atomisasi sentrifugal menggunakan gaya sentrifugal untuk mendispersikan lapisan logam cair menjadi tetesan. Tetesan ini dengan cepat dipadatkan melalui pendinginan konveksi paksa dengan gas pelindung.
Metode ini mencakup atomisasi cakram berputar dan atomisasi elektroda berputar plasma. Di antara keduanya, atomisasi elektroda berputar plasma adalah yang paling banyak diterapkan.
Dalam metode ini, batang logam anoda dipasang pada poros berputar berkecepatan tinggi. Di bawah pemanasan busur plasma, logam meleleh. Tetesan lelehan menyebar secara tangensial di bawah gaya sentrifugal. Kemudian mengeras menjadi bubuk berbentuk bola. Seluruh proses terjadi di bawah perlindungan vakum atau gas inert.
11. Metode Atomisasi Ultrasonik untuk Sferoidisasi Serbuk
Atomisasi ultrasonik memanfaatkan energi getaran ultrasonik untuk mendispersikan logam cair menjadi tetesan-tetesan halus dalam fase gas. Tetesan-tetesan ini kemudian mendingin dan memadat menjadi bubuk logam berbentuk bola.
Serbuk yang dihasilkan menunjukkan bentuk bulat yang tinggi dan distribusi ukuran partikel yang sempit. Dibandingkan dengan atomisasi gas inert, atomisasi ultrasonik tidak memerlukan sejumlah besar gas inert untuk fragmentasi. Metode ini menghasilkan lebih sedikit partikel berongga dan partikel satelit. Namun, karena perkembangan teori yang belum matang, metode ini terutama digunakan untuk logam atau paduan dengan titik leleh rendah.
12. Sferoidisasi Nyala Api Pembakaran Gas
Metode ini menggunakan gas bahan bakar industri seperti asetilen, hidrogen, atau gas alam sebagai sumber panas. Nyala api bersih dan bebas polusi dengan suhu 1600–2000°C dihasilkan melalui pistol api suhu tinggi.
Bubuk berkualitas yang telah diolah sebelumnya dimasukkan ke dalam tungku sferoidisasi. Pancaran gas oksigen-bahan bakar memanaskan dan melelehkan bubuk pada suhu tinggi. Setelah pendinginan, terbentuk bubuk bulat dengan kemurnian tinggi.
Metode ini terutama digunakan untuk memproduksi serbuk mikro silikon berbentuk bola dan serbuk alumina berbentuk bola.
13. Metode Pembakaran (VMC)
Metode pembakaran, yang juga dikenal sebagai metode Pembakaran Logam yang Diuapkan (Vaporized Metal Combustion/VMC), pertama kali dikembangkan di Jepang. Metode ini memanfaatkan pembakaran eksplosif bubuk logam untuk menghasilkan mikropartikel oksida berbentuk bulat.
Sebagai contoh, bubuk silikon logam bereaksi langsung dengan oksigen untuk menghasilkan mikrosfer silika halus dengan kemurnian tinggi dan distribusi ukuran partikel yang relatif mudah dikendalikan.
14. Metode Pemotongan dan Peleburan Ulang Kawat
Proses ini melibatkan penarikan paduan solder menjadi kawat dan pemotongannya menjadi segmen mikro yang seragam. Segmen-segmen ini kemudian ditempatkan ke dalam peralatan pembentuk dengan gradien suhu. Melalui peleburan ulang dan pembekuan, segmen-segmen tersebut membentuk bola-bola standar.
Metode ini menawarkan kontrol proses yang baik dan biaya rendah. Namun, prosedurnya kompleks, sehingga menyebabkan efisiensi produksi rendah. Diperlukan presisi peralatan yang tinggi. Ketidaksesuaian diameter kawat dapat terjadi selama proses penarikan. Metode ini terbatas pada material suhu rendah dan ulet, sehingga membatasi jangkauan aplikasinya.
15. Metode Ejeksi Mikro-Orifice Berdenyut
Metode ejeksi mikro-orifice berdenyut adalah teknologi pembangkitan tetesan mikro yang digunakan untuk menyiapkan partikel bulat berukuran mikron monodispersi. Metode ini termasuk dalam injeksi tetes sesuai permintaan yang digerakkan oleh piezoelektrik.
Logam cair, paduan, atau suspensi telah digunakan sebagai bahan baku untuk menghasilkan tetesan monodispersi.
Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut. Pertama, bahan baku logam dilelehkan dalam wadah baja tahan karat. Lelehan mengalir ke saluran pasokan dan mengisi bagian injeksi. Gas inert dimasukkan ke dalam wadah untuk menciptakan perbedaan tekanan positif. Sinyal pulsa diprogram. Di bawah sinyal pulsa, keramik piezoelektrik bergetar. Getaran tersebut mendorong pelat penekan untuk mengalami deformasi plastis. Hal ini memberikan tekanan ekstrusi pada lelehan di bagian injeksi.
Sejumlah kecil lelehan diperas keluar dari lubang mikro di bagian bawah wadah, membentuk tetesan. Karena setiap amplitudo getaran identik, volume setiap tetesan hampir sama. Hasilnya, diperoleh bubuk bulat dengan ukuran seragam.
Terima kasih sudah membaca. Semoga artikel saya bermanfaat. Silakan tinggalkan komentar di bawah. Anda juga bisa menghubungi perwakilan pelanggan Zelda online untuk pertanyaan lebih lanjut.
— Diposting oleh Emily Chen