Технология сфероидизации порошка Сфероидизация порошков стала неотъемлемой частью современной промышленности и передовых технологий. Она улучшает поверхностные характеристики и физические свойства порошков, оптимизирует эксплуатационные характеристики материалов и отвечает многофункциональным требованиям. В настоящее время технологии сфероидизации порошков проникли во многие области, включая фармацевтику, пищевую промышленность, химическую промышленность, охрану окружающей среды, материаловедение, металлургию и 3D-печать.
Получение сферических порошков включает в себя множество дисциплин, в том числе химию, материаловедение и инженерию. Ниже представлен обзор основных технологий сфероидизации порошков.
1. Метод механической обработки
Метод механического формования в основном основан на использовании механических сил, таких как столкновение, трение и сдвиг, для вызывания пластической деформации и адгезии частиц. После непрерывной обработки частицы становятся более плотными. Их острые края постепенно полируются до гладкости и закругляются под воздействием многократных ударов.
Этот метод обычно использует высокоскоростной режим. ударные мельницы и шаровые мельницы для получения мелкодисперсных порошкообразных материалов. В сочетании с сухим или мокрым измельчением это позволяет получать порошки с более тонкой фракцией. размер частицы, более узкое распределение по размерам и определенная степень сфероидизации.
Механическое формование широко применяется для сфероидизации природного графита, искусственного графита и частиц цемента. Оно также подходит для дробления и получения порошков из хрупких металлов или сплавов.
В этом методе используются широко доступные и недорогие сырьевые материалы. Существующие ресурсы могут быть использованы в полной мере. Процесс прост, экологичен и подходит для промышленного производства. Однако метод имеет ограниченную селективность по отношению к материалам. Сферичность, насыпная плотность и выход после обработки не всегда могут быть гарантированы. Поэтому он в основном подходит для сферических порошков с относительно низкими требованиями к качеству.
2. Метод распылительной сушки
Распылительная сушка заключается в распылении жидкого материала на мелкие капли. Влага быстро испаряется в потоке горячего воздуха, в результате чего капли затвердевают, превращаясь в частицы.
К преимуществам распылительной сушки относятся простота процесса и лёгкий контроль характеристик продукта. Этот метод в основном применяется в области производства взрывчатых веществ военного назначения и аккумуляторных материалов.
3. Метод газофазной химической реакции
В этом методе используются газообразные сырьевые материалы или твердые материалы, испаряющиеся в газообразную форму. Химическая В результате реакций образуются желаемые соединения, которые затем быстро конденсируются, образуя ультрадисперсные сферические порошки.
Диапазон температур реакции широк. Реакция может проводиться при высоких, низких и даже комнатных температурах. Полученные продукты, как правило, обладают хорошей кристаллической структурой и однородной микроструктурой. Возможно получение ультрадисперсных (наноразмерных) сферических порошков.
4. Гидротермальный метод
Гидротермальный метод использует реактор, работающий в условиях высокой температуры и высокого давления. В качестве реакционной среды используется вода или органические растворители.
Путем регулирования таких параметров, как температура гидротермального процесса, время реакции, pH и концентрация раствора, можно эффективно контролировать размер частиц. К преимуществам относятся адаптивность к различным реакционным системам, а также возможность контролировать размер, морфологию и кристалличность частиц.
Однако условия реакции довольно жёсткие. Требуются высокие температуры и давление, а также сильная зависимость от специализированного оборудования. В основном используется для получения оксидов.
5. Метод выпадения осадков
Метод осаждения включает химические реакции в растворе. Ионы металлов соединяются со специфическими осадителями, образуя мелкие полутвердые коллоидные частицы, которые создают стабильную суспензионную систему.
Дальнейшая корректировка условий, таких как выдержка, медленное перемешивание или изменение среды раствора, приводит к постепенной агрегации и росту коллоидных частиц. Они стремятся к сфероидизации и образуют первичные сферические осадки. После сушки или прокаливания получают сферические порошкообразные материалы.
Этот метод позволяет контролировать скорость роста кристаллов в жидкой фазе. Таким образом, можно регулировать размер и морфологию частиц. Он подходит для получения оксидов металлов и других материалов. Требуется строгий контроль параметров реакции, таких как температура, давление и pH.
6. Золь-гель метод
Золь-гелевый процесс обычно включает три стадии: приготовление золя, образование геля и формирование сферического порошка. Дополнительная термическая обработка может улучшить структуру и характеристики. Можно добиться точного контроля над размером и морфологией частиц.
Полученные порошки обладают высокой чистотой и хорошей монодисперсностью. Этот метод широко используется в лабораториях для получения ультрадисперсных порошков. Однако он не подходит для крупномасштабного массового производства. Промышленное применение остается ограниченным.
7. Метод микроэмульсии
Метод микроэмульсии — это двухфазная жидкостно-жидкостная технология получения. В водную фазу добавляется органический растворитель, содержащий прекурсоры, для образования эмульсии с мельчайшими каплями.
В результате нуклеации, коалесценции, агрегации и термической обработки образуются сферические частицы. Этот метод широко используется для получения наночастиц и органических-неорганических композитных материалов.
8. Метод сфероидизации плазменного порошка
В связи с быстрым развитием высокотехнологичных отраслей промышленности и растущим спросом на наноматериалы и новые методы их получения, плазменная химия привлекает все больше внимания.
Плазменная сфероидизация характеризуется высокой температурой, высокой энтальпией, высокой химической реактивностью, а также контролируемой атмосферой и температурой реакции. Она идеально подходит для получения высокочистых и мелкодисперсных сферических порошков. Особенно эффективна для металлов с высокой температурой плавления.
Процесс включает стадии генерации плазмы, химической реакции и быстрого гашения. В зависимости от методов генерации плазмы его можно разделить на сфероидизацию плазмы с помощью термической дуговой обработки постоянным током и сфероидизацию плазмы с помощью индукционной радиочастотной обработки.
Разработанные канадской компанией Tekna системы плазменной обработки порошков являются ведущими в мире. С их помощью удалось осуществить сфероидизацию металлических порошков, таких как вольфрам, молибден, никель и медь, а также оксидных керамических порошков, таких как диоксид кремния и оксид алюминия.
9. Метод газовой атомизации
Газовая атомизация включает в себя нагрев исходного материала до расплавленного состояния. Высокоскоростной поток газа воздействует на поток расплавленной жидкости. Кинетическая энергия жидкости мгновенно преобразуется в поверхностную энергию, вызывая интенсивное разрушение на множество мелких капель.
Эти капли быстро охлаждаются и затвердевают при контакте с окружающей средой, образуя сферические порошки с однородным размером частиц.
Первоначально использовались такие газы, как воздух и пар. С развитием технологий распыление инертными газами решило задачу получения сферических порошков реактивных металлов. Порошки, полученные методом распыления инертными газами, обладают низким содержанием примесей, гладкой поверхностью, хорошей сыпучестью и высокой сферичностью.
К распространенным методам газового распыления относятся индукционное распыление расплава с использованием электродов и вакуумное распыление инертного газа.
10. Метод центробежного распыления
Центробежное распыление использует центробежную силу для диспергирования расплавленной металлической пленки в капли. Эти капли быстро затвердевают за счет принудительного конвекционного охлаждения с использованием защитного газа.
К ним относятся распыление с вращающимся диском и плазменное распыление с вращающимся электродом. Среди них наиболее широко применяется плазменное распыление с вращающимся электродом.
В этом методе металлический анодный стержень устанавливается на высокоскоростной вращающийся вал. Под воздействием плазменной дуги металл плавится. Расплавленные капли рассеиваются тангенциально под действием центробежной силы. Затем они затвердевают, образуя сферические порошки. Весь процесс происходит в вакууме или под защитой инертного газа.
11. Метод ультразвукового распыления для сфероидизации порошка
Ультразвуковое распыление использует энергию ультразвуковых колебаний для диспергирования расплавленного металла в газовой фазе в мелкие капли. Затем эти капли охлаждаются и затвердевают, образуя сферические металлические порошки.
Полученные порошки обладают высокой сферичностью и узким распределением частиц по размерам. По сравнению с распылением в инертном газе, ультразвуковое распыление не требует больших объемов инертного газа для измельчения. Оно производит меньше полых частиц и частиц-спутников. Однако из-за недостаточной теоретической проработки этот метод в основном используется для низкоплавких металлов или сплавов.
12. Сжигание газа. Сфероидизация пламени.
В этом методе в качестве источников тепла используются промышленные топливные газы, такие как ацетилен, водород или природный газ. Чистое, не загрязняющее окружающую среду пламя температурой 1600–2000 °C генерируется с помощью высокотемпературного газового пистолета.
Предварительно обработанный качественный порошок подается в печь для сфероидизации. Струи кислородно-топливного газа нагревают и расплавляют порошок при высокой температуре. После охлаждения образуется высокочистый сферический порошок.
Этот метод в основном используется для производства сферического кремниевого микропорошка и сферического порошка оксида алюминия.
13. Метод сжигания (VMC)
Метод сжигания, также известный как метод парофазного сжигания металла (VMC), был впервые разработан в Японии. Он использует взрывное сгорание металлического порошка для получения сферических микрочастиц оксида.
Например, порошок металлического кремния непосредственно реагирует с кислородом, образуя высокочистые мелкодисперсные микросферы диоксида кремния с относительно контролируемым распределением частиц по размерам.
14. Метод резки проволоки и переплавки
Процесс включает в себя вытягивание припоя в проволоку и ее разрезание на однородные микросегменты. Затем эти сегменты помещаются в формовочное оборудование с температурным градиентом. Путем переплавки и затвердевания они образуют стандартные сферы.
Этот метод обеспечивает хорошую управляемость процесса и низкую стоимость. Однако процедура сложна, что приводит к низкой эффективности производства. Требуется высокая точность оборудования. В процессе волочения может возникать несоответствие диаметра проволоки. Метод ограничен низкотемпературными и пластичными материалами, что сужает область его применения.
15. Метод импульсного микроотверстия для выброса жидкости
Метод импульсного микроотверстия для выброса капель — это технология генерации микрокапель, используемая для получения монодисперсных сферических частиц микронного размера. Он относится к пьезоэлектрическому методу капельного впрыскивания по требованию.
Расплавленные металлы, сплавы или суспензии использовались в качестве сырья для получения монодисперсных капель.
Принцип работы следующий. Сначала металлическое сырье расплавляется в тигле из нержавеющей стали. Расплав поступает в подающий канал и заполняет секцию впрыска. В тигель подается инертный газ для создания положительной разницы давлений. Запрограммирован импульсный сигнал. Под действием импульсного сигнала пьезоэлектрическая керамика вибрирует. Вибрация приводит к пластической деформации прессовальной пластины. Это создает экструзионное давление на расплав в секции впрыска.
Небольшой объем расплава выдавливается через микроотверстие в нижней части тигля, образуя капли. Поскольку амплитуда колебаний одинакова, объем каждой капли практически одинаков. В результате получаются сферические порошки однородного размера.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано пользователем Эмили Чен