Teknologi sferoidisasi serbuk telah menjadi bahagian yang sangat penting dalam industri moden dan teknologi canggih. Ia meningkatkan ciri-ciri permukaan dan sifat fizikal serbuk, mengoptimumkan prestasi bahan, dan memenuhi keperluan pelbagai fungsi. Pada masa ini, teknologi sferoidisasi serbuk telah menembusi pelbagai bidang, termasuk farmaseutikal, makanan, bahan kimia, perlindungan alam sekitar, sains bahan, metalurgi, dan percetakan 3D.
Penyediaan serbuk sfera melibatkan pelbagai disiplin, termasuk kimia, sains bahan dan kejuruteraan. Berikut ialah gambaran keseluruhan teknologi sferoidisasi serbuk utama.
1. Kaedah Pembentukan Mekanikal
Kaedah pembentukan mekanikal terutamanya bergantung pada daya mekanikal seperti perlanggaran, geseran, dan ricih untuk mendorong ubah bentuk plastik dan lekatan zarah. Selepas pemprosesan berterusan, zarah menjadi lebih padat. Tepi tajamnya secara beransur-ansur digilap licin dan bulat di bawah hentaman berulang.
Kaedah ini biasanya menggunakan kelajuan tinggi kilang impak dan pengisar media yang dikacau untuk menyediakan bahan serbuk halus. Digabungkan dengan pengisaran kering atau basah, ia boleh menghasilkan serbuk dengan lebih halus saiz Zarah, taburan saiz yang lebih sempit, dan tahap sferoidisasi tertentu.
Pembentukan mekanikal digunakan secara meluas dalam pembentukan sferoid grafit semula jadi, grafit buatan dan zarah simen. Ia juga sesuai untuk penghancuran dan penghasilan serbuk logam rapuh atau serbuk aloi.
Bahan mentah yang digunakan dalam kaedah ini tersedia secara meluas dan berkos rendah. Sumber sedia ada boleh digunakan sepenuhnya. Prosesnya mudah, mesra alam dan sesuai untuk pengeluaran berskala perindustrian. Walau bagaimanapun, kaedah ini mempunyai selektiviti bahan yang terhad. Kesferaan, ketumpatan paip dan hasil selepas pemprosesan tidak selalunya dapat dijamin dengan baik. Oleh itu, ia terutamanya sesuai untuk serbuk sfera dengan keperluan kualiti yang agak rendah.
2. Kaedah Pengeringan Semburan
Pengeringan semburan melibatkan pengatoman bahan cecair menjadi titisan halus. Kelembapan akan tersejat dengan cepat dalam aliran udara panas, menyebabkan titisan memejal menjadi zarah.
Kelebihan pengeringan semburan termasuk proses yang mudah dan kawalan prestasi produk yang mudah. Kaedah ini digunakan terutamanya dalam bidang bahan letupan ketenteraan dan bahan bateri.
3. Kaedah Tindak Balas Kimia Fasa Gas
Kaedah ini menggunakan bahan mentah gas, atau bahan pepejal yang disejat menjadi bentuk gas. kimia Tindak balas menghasilkan sebatian yang dikehendaki, yang kemudiannya dipekatkan dengan cepat untuk menghasilkan serbuk sfera ultrahalus.
Julat suhu tindak balas adalah luas. Ia boleh digunakan pada suhu tinggi, rendah, atau suhu ambien. Produk yang terhasil biasanya mempamerkan struktur kristal yang baik dan mikrostruktur yang seragam. Serbuk sfera ultrahalus (skala nano) boleh dihasilkan.
4. Kaedah Hidroterma
Kaedah hidroterma menggunakan reaktor di bawah keadaan suhu dan tekanan tinggi. Pelarut air atau organik berfungsi sebagai medium tindak balas.
Dengan melaraskan parameter seperti suhu hidroterma, masa tindak balas, pH dan kepekatan larutan, saiz zarah boleh dikawal dengan berkesan. Kelebihannya termasuk kebolehsuaian kepada pelbagai sistem tindak balas dan saiz zarah, morfologi dan kehabluran yang boleh dikawal.
Walau bagaimanapun, keadaan tindak balas adalah ketat. Suhu dan tekanan yang tinggi diperlukan, dan terdapat pergantungan yang kuat pada peralatan khusus. Ia digunakan terutamanya untuk menyediakan oksida.
5. Kaedah Pemendakan
Kaedah pemendakan melibatkan tindak balas kimia dalam larutan. Ion logam bergabung dengan pemendakan tertentu untuk membentuk zarah koloid separa pepejal yang halus, yang menghasilkan sistem penggantungan yang stabil.
Dengan melaraskan keadaan selanjutnya seperti penuaan, pengacakan perlahan, atau mengubah suai persekitaran larutan, zarah koloid secara beransur-ansur beragregat dan membesar. Ia cenderung ke arah pembentukan sferoid dan membentuk mendakan sfera primer. Selepas pengeringan atau pengkalsinan, bahan serbuk sfera diperoleh.
Kaedah ini membolehkan kawalan ke atas kadar pertumbuhan kristal dalam fasa cecair. Oleh itu, saiz dan morfologi zarah dapat dikawal selia. Ia sesuai untuk menyediakan oksida logam dan bahan lain. Kawalan ketat terhadap parameter tindak balas seperti suhu, tekanan dan pH diperlukan.
6. Kaedah Sol-Gel
Proses sol-gel secara amnya merangkumi tiga peringkat: penyediaan sol, pembentukan gel, dan pembentukan serbuk sfera. Rawatan haba selanjutnya dapat meningkatkan struktur dan prestasi. Kawalan tepat ke atas saiz dan morfologi zarah dapat dicapai.
Serbuk yang disediakan mempunyai ketulenan yang tinggi dan monodispersiti yang baik. Kaedah ini digunakan secara meluas di makmal untuk menyediakan serbuk ultrahalus. Walau bagaimanapun, ia tidak sesuai untuk pengeluaran besar-besaran berskala besar. Aplikasi perindustrian masih terhad.
7. Kaedah Mikroemulsi
Kaedah mikroemulsi ialah teknik penyediaan dua fasa cecair-cecair. Pelarut organik yang mengandungi prekursor ditambah ke dalam fasa akueus untuk membentuk emulsi dengan titisan kecil.
Melalui nukleasi, penggabungan, pengagregatan dan rawatan haba, zarah sfera terbentuk. Kaedah ini digunakan secara meluas untuk menyediakan nanopartikel dan bahan komposit organik-bukan organik.
8. Kaedah Sferoidisasi Serbuk Plasma
Dengan perkembangan pesat industri berteknologi tinggi dan permintaan yang semakin meningkat untuk bahan nano dan proses penyediaan baharu, kimia plasma telah mendapat perhatian yang semakin meningkat.
Pembentukan sferoid plasma mempunyai suhu tinggi, entalpi tinggi, kereaktifan kimia yang tinggi, dan atmosfera serta suhu tindak balas yang boleh dikawal. Ia sangat sesuai untuk menyediakan serbuk sfera halus dan berketulenan tinggi. Ia amat berkesan untuk logam bertakat lebur tinggi.
Proses ini merangkumi penjanaan plasma, tindak balas kimia, dan peringkat pelindapkejutan pantas. Berdasarkan kaedah penjanaan plasma, ia boleh dibahagikan kepada sferoidisasi plasma terma arka DC dan sferoidisasi plasma induksi RF.
Sistem pemprosesan serbuk plasma yang dibangunkan oleh Tekna di Kanada merupakan peneraju global. Mereka telah merealisasikan sferoidisasi serbuk logam seperti tungsten, molibdenum, nikel dan kuprum, serta serbuk seramik oksida seperti silika dan alumina.
9. Kaedah Pengatomisasian Gas
Pengabusan gas melibatkan pemanasan bahan mentah kepada keadaan lebur. Aliran gas berkelajuan tinggi memberi kesan kepada aliran cecair lebur. Tenaga kinetik cecair serta-merta ditukar menjadi tenaga permukaan, menyebabkan pemecahan yang kuat menjadi banyak titisan kecil.
Titisan-titisan ini cepat menyejuk dan memejal apabila bersentuhan dengan persekitaran, membentuk serbuk sfera dengan saiz zarah yang seragam.
Pada mulanya, gas seperti udara dan wap telah digunakan. Dengan perkembangan teknologi, pengabusan gas lengai menyelesaikan cabaran penyediaan serbuk sfera logam reaktif. Serbuk yang dihasilkan melalui pengabusan gas lengai mempunyai kandungan bendasing yang rendah, permukaan licin, kebolehaliran yang baik, dan kesferaan yang tinggi.
Kaedah pengabusan gas yang biasa termasuk pengabusan gas peleburan aruhan elektrod dan pengabusan gas lengai peleburan vakum.
10. Kaedah Atomisasi Emparan
Pengabusan emparan menggunakan daya emparan untuk menyebarkan filem logam cair ke dalam titisan. Titisan-titisan ini dipejalkan dengan cepat melalui penyejukan perolakan paksa dengan gas pelindung.
Ia merangkumi pengabusan cakera berputar dan pengabusan elektrod berputar plasma. Antaranya, pengabusan elektrod berputar plasma adalah yang paling banyak digunakan.
Dalam kaedah ini, rod logam anod dipasang pada aci berputar berkelajuan tinggi. Di bawah pemanasan arka plasma, logam akan cair. Titisan lebur tersebar secara tangensial di bawah daya emparan. Kemudian ia memejal menjadi serbuk sfera. Keseluruhan proses berlaku di bawah perlindungan vakum atau gas lengai.
11. Kaedah Pengatomisasi Ultrasonik untuk Sferoidisasi Serbuk
Pengabusan ultrasonik menggunakan tenaga getaran ultrasonik untuk menyebarkan logam cair menjadi titisan halus dalam fasa gas. Titisan ini kemudian menyejuk dan memejal menjadi serbuk logam sfera.
Serbuk yang terhasil mempamerkan kesferaan yang tinggi dan taburan saiz zarah yang sempit. Berbanding dengan pengabusan gas lengai, pengabusan ultrasonik tidak memerlukan sejumlah besar gas lengai untuk pemecahan. Ia menghasilkan lebih sedikit zarah berongga dan zarah satelit. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh perkembangan teori yang belum matang, ia digunakan terutamanya untuk logam atau aloi bertakat lebur rendah.
12. Sferoidisasi Api Pembakaran Gas
Kaedah ini menggunakan gas bahan api perindustrian seperti asetilena, hidrogen atau gas asli sebagai sumber haba. Api yang bersih dan bebas pencemaran pada suhu 1600–2000°C dijana melalui pistol api suhu tinggi.
Serbuk berkelayakan yang telah dirawat terlebih dahulu dimasukkan ke dalam relau sferoidisasi. Pancutan gas oksigen-bahan api memanaskan dan mencairkan serbuk pada suhu tinggi. Selepas penyejukan, serbuk sfera berketulenan tinggi terbentuk.
Kaedah ini digunakan terutamanya untuk menghasilkan serbuk mikro silikon sfera dan serbuk alumina sfera.
13. Kaedah Pembakaran (VMC)
Kaedah pembakaran, juga dikenali sebagai kaedah Pembakaran Logam Terwap (VMC), mula-mula dibangunkan di Jepun. Ia menggunakan pembakaran serbuk logam secara letupan untuk menghasilkan mikropartikel oksida sfera.
Contohnya, serbuk silikon metalik bertindak balas secara langsung dengan oksigen untuk menghasilkan mikrosfera silika halus yang berketulenan tinggi dengan taburan saiz zarah yang agak terkawal.
14. Kaedah Pemotongan dan Peleburan Semula Wayar
Proses ini melibatkan penarikan aloi pateri ke dalam wayar dan memotongnya menjadi segmen mikro yang seragam. Segmen-segmen ini kemudiannya diletakkan ke dalam peralatan pembentuk dengan kecerunan suhu. Melalui peleburan semula dan pemejalan, ia membentuk sfera piawai.
Kaedah ini menawarkan kawalan proses yang baik dan kos yang rendah. Walau bagaimanapun, prosedurnya kompleks, yang membawa kepada kecekapan pengeluaran yang rendah. Ketepatan peralatan yang tinggi diperlukan. Ketidakseragaman diameter dawai mungkin berlaku semasa proses penarikan. Kaedah ini terhad kepada bahan suhu rendah dan mulur, sekali gus menyekat julat aplikasinya.
15. Kaedah Lontaran Mikro-Orifis Berdenyut
Kaedah lontaran mikro-orifis berdenyut ialah teknologi penjanaan mikrotitisan yang digunakan untuk menyediakan zarah sfera bersaiz mikron monodispers. Ia tergolong dalam suntikan jatuh atas permintaan yang dipacu piezoelektrik.
Logam, aloi atau ampaian cair telah digunakan sebagai bahan mentah untuk menghasilkan titisan monodisperse.
Prinsip kerja adalah seperti berikut. Pertama, bahan mentah logam dicairkan dalam mangkuk pijar keluli tahan karat. Cairan mengalir ke saluran bekalan dan mengisi bahagian suntikan. Gas lengai dimasukkan ke dalam mangkuk pijar untuk menghasilkan perbezaan tekanan positif. Isyarat denyut diprogramkan. Di bawah isyarat denyut, seramik piezoelektrik bergetar. Getaran memacu plat penekan untuk berubah bentuk secara plastik. Ini mengenakan tekanan penyemperitan pada cair di bahagian suntikan.
Sedikit cecair dicurahkan keluar dari mikro-orifis di bahagian bawah mangkuk pijar, membentuk titisan. Oleh kerana setiap amplitud getaran adalah sama, isipadu setiap titisan hampir sama. Hasilnya, serbuk sfera dengan saiz seragam diperolehi.
"Terima kasih kerana membaca. Saya harap artikel saya membantu. Sila tinggalkan komen di bawah. Anda juga boleh menghubungi wakil pelanggan dalam talian Zelda untuk sebarang pertanyaan lanjut."
— Dihantar oleh Emily Chen