Tecnologia de esferoidização de pó A esferoidização de pós tornou-se parte indispensável da indústria moderna e da tecnologia avançada. Ela melhora as características superficiais e as propriedades físicas dos pós, otimiza o desempenho dos materiais e atende a requisitos multifuncionais. Atualmente, as tecnologias de esferoidização de pós estão presentes em diversos campos, incluindo os setores farmacêutico, alimentício, químico, de proteção ambiental, ciência dos materiais, metalurgia e impressão 3D.
A preparação de pós esféricos envolve múltiplas disciplinas, incluindo química, ciência dos materiais e engenharia. Abaixo, apresentamos uma visão geral das principais tecnologias de esferoidização de pós.
1. Método de conformação mecânica
O método de conformação mecânica baseia-se principalmente em forças mecânicas, como colisão, fricção e cisalhamento, para induzir a deformação plástica e a adesão das partículas. Após o processamento contínuo, as partículas tornam-se mais densas. Suas arestas vivas são gradualmente polidas, tornando-se lisas e arredondadas sob impacto repetido.
Este método normalmente utiliza alta velocidade moinhos de impacto e moinhos de agitação para preparar materiais em pó fino. Combinado com moagem a seco ou úmido, pode produzir pós com granulometria mais fina. tamanho da partícula, distribuição de tamanho mais estreita e certo grau de esferoidização.
A conformação mecânica é amplamente aplicada na esferoidização de grafite natural, grafite artificial e partículas de cimento. Também é adequada para a trituração e produção de pó de metais frágeis ou pós de ligas metálicas.
As matérias-primas utilizadas neste método são amplamente disponíveis e de baixo custo. Os recursos existentes podem ser totalmente aproveitados. O processo é simples, ecológico e adequado para produção em escala industrial. No entanto, o método apresenta seletividade limitada para os materiais. A esfericidade, a densidade aparente e o rendimento após o processamento nem sempre podem ser bem garantidos. Portanto, é mais adequado para pós esféricos com requisitos de qualidade relativamente baixos.
2. Método de secagem por aspersão
A secagem por aspersão consiste em atomizar um material líquido em gotículas finas. A umidade evapora rapidamente em um fluxo de ar quente, fazendo com que as gotículas se solidifiquem em partículas.
As vantagens da secagem por aspersão incluem um processo simples e fácil controle do desempenho do produto. Este método é aplicado principalmente nas áreas de explosivos militares e materiais para baterias.
3. Método de reação química em fase gasosa
Este método utiliza matérias-primas gasosas ou materiais sólidos evaporados para a forma gasosa. Químico As reações geram os compostos desejados, que são então rapidamente condensados para produzir pós esféricos ultrafinos.
A faixa de temperatura de reação é ampla. Pode ser aplicada em temperaturas altas, baixas ou mesmo à temperatura ambiente. Os produtos resultantes geralmente apresentam boa estrutura cristalina e microestrutura uniforme. Pós esféricos ultrafinos (em nanoescala) podem ser produzidos.
4. Método Hidrotérmico
O método hidrotérmico utiliza um reator sob condições de alta temperatura e alta pressão. Água ou solventes orgânicos servem como meio de reação.
Ajustando parâmetros como temperatura hidrotérmica, tempo de reação, pH e concentração da solução, o tamanho das partículas pode ser controlado de forma eficaz. Suas vantagens incluem a adaptabilidade a diversos sistemas de reação e o controle do tamanho, morfologia e cristalinidade das partículas.
No entanto, as condições de reação são rigorosas. Requerem alta temperatura e pressão, e há uma forte dependência de equipamentos especializados. É utilizada principalmente para a preparação de óxidos.
5. Método de Precipitação
O método de precipitação envolve reações químicas em solução. Íons metálicos combinam-se com precipitantes específicos para formar partículas coloidais finas e semissólidas, que criam um sistema de suspensão estável.
Ajustando-se ainda mais as condições, como envelhecimento, agitação lenta ou modificação do ambiente da solução, as partículas coloidais agregam-se e crescem gradualmente. Elas tendem à esferoidização e formam precipitados esféricos primários. Após secagem ou calcinação, obtêm-se materiais em pó esféricos.
Este método permite o controle da taxa de crescimento cristalino na fase líquida. Assim, o tamanho e a morfologia das partículas podem ser regulados. É adequado para a preparação de óxidos metálicos e outros materiais. Requer-se um controle rigoroso dos parâmetros de reação, como temperatura, pressão e pH.
6. Método Sol-Gel
O processo sol-gel geralmente inclui três etapas: preparação do sol, formação do gel e formação do pó esférico. Tratamentos térmicos adicionais podem melhorar a estrutura e o desempenho. É possível obter um controle preciso sobre o tamanho e a morfologia das partículas.
Os pós preparados apresentam alta pureza e boa monodispersão. Este método é amplamente utilizado em laboratórios para a preparação de pós ultrafinos. No entanto, não é adequado para produção em massa em larga escala. A aplicação industrial permanece limitada.
7. Método de Microemulsão
O método de microemulsão é uma técnica de preparação bifásica líquido-líquido. Um solvente orgânico contendo precursores é adicionado à fase aquosa para formar uma emulsão com minúsculas gotículas.
Por meio de nucleação, coalescência, agregação e tratamento térmico, formam-se partículas esféricas. Este método é amplamente utilizado para a preparação de nanopartículas e materiais compósitos orgânico-inorgânicos.
8. Método de esferoidização de pó de plasma
Com o rápido desenvolvimento das indústrias de alta tecnologia e a crescente demanda por nanomateriais e novos processos de preparação, a química de plasma tem recebido cada vez mais atenção.
A esferoidização por plasma caracteriza-se por alta temperatura, alta entalpia, alta reatividade química e atmosfera e temperatura de reação controláveis. É altamente adequada para a preparação de pós esféricos finos e de alta pureza. É especialmente eficaz para metais com alto ponto de fusão.
O processo inclui etapas de geração de plasma, reação química e resfriamento rápido. Com base nos métodos de geração de plasma, pode ser dividido em esferoidização por plasma térmico de arco CC e esferoidização por plasma de indução de RF.
Os sistemas de processamento de pó por plasma desenvolvidos pela Tekna no Canadá são líderes mundiais. Eles possibilitaram a esferoidização de pós metálicos como tungstênio, molibdênio, níquel e cobre, bem como de pós cerâmicos de óxido, como sílica e alumina.
9. Método de atomização a gás
A atomização a gás envolve o aquecimento da matéria-prima até o estado fundido. Um fluxo de gás em alta velocidade impacta o líquido fundido. A energia cinética do líquido é instantaneamente convertida em energia superficial, causando intensa fragmentação em inúmeras gotículas minúsculas.
Essas gotículas resfriam e solidificam rapidamente ao entrarem em contato com o ambiente circundante, formando pós esféricos com tamanho de partícula uniforme.
Inicialmente, gases como ar e vapor eram utilizados. Com o desenvolvimento tecnológico, a atomização por gás inerte resolveu o desafio de preparar pós esféricos de metais reativos. Os pós produzidos por atomização por gás inerte apresentam baixo teor de impurezas, superfícies lisas, boa fluidez e alta esfericidade.
Os métodos comuns de atomização a gás incluem a atomização a gás por fusão por indução em eletrodo e a atomização a gás inerte por fusão a vácuo.
10. Método de Atomização Centrífuga
A atomização centrífuga utiliza a força centrífuga para dispersar o filme de metal fundido em gotículas. Essas gotículas são solidificadas rapidamente por resfriamento por convecção forçada com gás protetor.
Inclui atomização por disco rotativo e atomização por eletrodo rotativo a plasma. Dentre elas, a atomização por eletrodo rotativo a plasma é a mais amplamente aplicada.
Neste método, uma haste metálica anódica é montada em um eixo rotativo de alta velocidade. Sob aquecimento por arco de plasma, o metal derrete. As gotículas fundidas dispersam-se tangencialmente sob a ação da força centrífuga. Em seguida, solidificam-se em pós esféricos. Todo o processo ocorre sob vácuo ou proteção de gás inerte.
11. Método de atomização ultrassônica para esferoidização de pós
A atomização ultrassônica utiliza a energia de vibração ultrassônica para dispersar o metal fundido em gotículas finas na fase gasosa. Essas gotículas, então, resfriam e solidificam-se, transformando-se em pós metálicos esféricos.
Os pós resultantes apresentam alta esfericidade e distribuição granulométrica estreita. Comparada à atomização com gás inerte, a atomização ultrassônica não requer grandes quantidades de gás inerte para a fragmentação. Ela produz menos partículas ocas e partículas satélite. No entanto, devido ao desenvolvimento teórico ainda incipiente, é utilizada principalmente para metais ou ligas com baixo ponto de fusão.
12. Esferoidização da Chama de Combustão de Gás
Este método utiliza gases combustíveis industriais, como acetileno, hidrogênio ou gás natural, como fontes de calor. Uma chama limpa e não poluente de 1600–2000°C é gerada por meio de um maçarico de alta temperatura.
O pó qualificado e pré-tratado é alimentado no forno de esferoidização. Jatos de gás oxigênio-combustível aquecem e fundem o pó a alta temperatura. Após o resfriamento, forma-se um pó esférico de alta pureza.
Este método é utilizado principalmente para a produção de micropó de silício esférico e pó de alumina esférico.
13. Método de Combustão (VMC)
O método de combustão, também conhecido como método de Combustão de Metal Vaporizado (VMC), foi desenvolvido inicialmente no Japão. Ele utiliza a combustão explosiva de pó metálico para produzir micropartículas esféricas de óxido.
Por exemplo, o pó de silício metálico reage diretamente com o oxigênio para produzir microesferas de sílica finas e de alta pureza, com distribuição de tamanho de partícula relativamente controlável.
14. Método de Corte e Refusão de Fios
O processo envolve a trefilação da liga de solda em fios e o seu corte em microsegmentos uniformes. Esses segmentos são então colocados em um equipamento de conformação com gradiente de temperatura. Através da refusão e solidificação, eles formam esferas padronizadas.
Este método oferece bom controle do processo e baixo custo. No entanto, o procedimento é complexo, resultando em baixa eficiência de produção. Requer alta precisão do equipamento. Pode ocorrer inconsistência no diâmetro do fio durante a trefilação. O método é limitado a materiais dúcteis e de baixa temperatura, restringindo seu alcance de aplicação.
15. Método de Ejeção por Micro-Orifício Pulsado
O método de ejeção por micro-orifício pulsado é uma tecnologia de geração de microgotículas utilizada para preparar partículas esféricas monodispersas de tamanho micrométrico. Pertence à injeção de gotas sob demanda acionada por piezoeletricidade.
Metais fundidos, ligas metálicas ou suspensões têm sido usados como matérias-primas para produzir gotículas monodispersas.
O princípio de funcionamento é o seguinte: primeiro, a matéria-prima metálica é fundida em um cadinho de aço inoxidável. O metal fundido flui para o canal de alimentação e preenche a seção de injeção. Um gás inerte é introduzido no cadinho para criar uma diferença de pressão positiva. Um sinal de pulso é programado. Sob o sinal de pulso, a cerâmica piezoelétrica vibra. A vibração aciona a placa de pressão, deformando-a plasticamente. Isso aplica pressão de extrusão ao metal fundido na seção de injeção.
Um pequeno volume de material fundido é expelido através do micro-orifício na parte inferior do cadinho, formando gotículas. Como a amplitude de vibração de cada gotícula é idêntica, o volume de cada uma é praticamente o mesmo. Consequentemente, obtêm-se pós esféricos com tamanho uniforme.
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- Postado por Emily Chen