เทคโนโลยีการสร้างอนุภาคทรงกลมของผง เทคโนโลยีการทำให้ผงเป็นทรงกลมได้กลายเป็นส่วนสำคัญที่ขาดไม่ได้ของอุตสาหกรรมสมัยใหม่และเทคโนโลยีขั้นสูง ช่วยปรับปรุงลักษณะพื้นผิวและคุณสมบัติทางกายภาพของผง เพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุ และตอบสนองความต้องการที่หลากหลาย ปัจจุบัน เทคโนโลยีการทำให้ผงเป็นทรงกลมได้แทรกซึมเข้าไปในหลายสาขา รวมถึงเภสัชกรรม อาหาร เคมีภัณฑ์ การรักษาสิ่งแวดล้อม วิทยาศาสตร์วัสดุ โลหะวิทยา และการพิมพ์ 3 มิติ.
การเตรียมผงทรงกลมเกี่ยวข้องกับหลายสาขาวิชา รวมถึงเคมี วิทยาศาสตร์วัสดุ และวิศวกรรม ด้านล่างนี้คือภาพรวมของเทคโนโลยีหลักๆ ในการผลิตผงทรงกลม.
1. วิธีการขึ้นรูปเชิงกล
วิธีการขึ้นรูปเชิงกลส่วนใหญ่อาศัยแรงเชิงกล เช่น การชน แรงเสียดทาน และแรงเฉือน เพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนรูปพลาสติกและการยึดเกาะของอนุภาค หลังจากการประมวลผลอย่างต่อเนื่อง อนุภาคจะมีความหนาแน่นมากขึ้น ขอบที่คมของอนุภาคจะค่อยๆ ถูกขัดให้เรียบและกลมมนภายใต้แรงกระแทกซ้ำๆ.
โดยทั่วไปแล้ว วิธีนี้จะใช้ความเร็วสูง เครื่องบดกระแทก และใช้เครื่องบดแบบกวนเพื่อเตรียมวัสดุผงละเอียด เมื่อรวมกับการบดแห้งหรือบดเปียก จะสามารถผลิตผงที่มีความละเอียดมากขึ้นได้ ขนาดอนุภาค, มีการกระจายขนาดที่แคบลง และมีความเป็นทรงกลมในระดับหนึ่ง.
การขึ้นรูปเชิงกลมีการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในการทำให้กราไฟต์ธรรมชาติ กราไฟต์สังเคราะห์ และอนุภาคซีเมนต์มีรูปร่างทรงกลม นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับการบดและการผลิตผงโลหะที่เปราะหรือผงโลหะผสมอีกด้วย.
วัตถุดิบที่ใช้ในวิธีการนี้หาได้ง่ายและราคาถูก สามารถใช้ทรัพยากรที่มีอยู่ได้อย่างเต็มที่ กระบวนการไม่ซับซ้อน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และเหมาะสมสำหรับการผลิตในระดับอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีข้อจำกัดในการเลือกวัสดุ ความเป็นทรงกลม ความหนาแน่น และผลผลิตหลังการแปรรูปไม่สามารถรับประกันได้เสมอไป ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับผงทรงกลมที่มีข้อกำหนดด้านคุณภาพค่อนข้างต่ำเป็นหลัก.
2. วิธีการอบแห้งแบบพ่นฝอย
การอบแห้งแบบสเปรย์เกี่ยวข้องกับการทำให้วัสดุที่เป็นของเหลวกลายเป็นละอองขนาดเล็ก ความชื้นจะระเหยอย่างรวดเร็วในกระแสลมร้อน ทำให้ละอองเหล่านั้นแข็งตัวกลายเป็นอนุภาค.
ข้อดีของการอบแห้งแบบสเปรย์ ได้แก่ กระบวนการที่ไม่ซับซ้อนและควบคุมประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ได้ง่าย วิธีนี้ส่วนใหญ่ใช้ในด้านวัตถุระเบิดทางทหารและวัสดุสำหรับแบตเตอรี่.
3. วิธีปฏิกิริยาเคมีในเฟสแก๊ส
วิธีนี้ใช้วัตถุดิบที่เป็นก๊าซ หรือวัตถุดิบที่เป็นของแข็งที่ระเหยกลายเป็นก๊าซ. เคมี ปฏิกิริยาจะสร้างสารประกอบที่ต้องการ จากนั้นสารประกอบเหล่านั้นจะถูกควบแน่นอย่างรวดเร็วเพื่อผลิตผงทรงกลมละเอียดพิเศษ.
ช่วงอุณหภูมิปฏิกิริยาค่อนข้างกว้าง สามารถใช้ได้ทั้งในอุณหภูมิสูง ต่ำ หรือแม้แต่ที่อุณหภูมิห้อง ผลิตภัณฑ์ที่ได้มักมีโครงสร้างผลึกที่ดีและโครงสร้างจุลภาคที่สม่ำเสมอ สามารถผลิตผงทรงกลมละเอียดพิเศษ (ระดับนาโน) ได้.
4. วิธีการไฮโดรเทอร์มอล
วิธีการไฮโดรเทอร์มอลใช้เครื่องปฏิกรณ์ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันสูง โดยใช้น้ำหรือตัวทำละลายอินทรีย์เป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยา.
ด้วยการปรับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิไฮโดรเทอร์มอล เวลาปฏิกิริยา ค่า pH และความเข้มข้นของสารละลาย ขนาดอนุภาคสามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ข้อดีของวิธีนี้ ได้แก่ ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับระบบปฏิกิริยาต่างๆ และการควบคุมขนาดอนุภาค รูปร่าง และความเป็นผลึกได้.
อย่างไรก็ตาม สภาวะปฏิกิริยาค่อนข้างเข้มงวด ต้องใช้ความร้อนและความดันสูง และต้องพึ่งพาอุปกรณ์เฉพาะทางเป็นอย่างมาก โดยส่วนใหญ่ใช้ในการเตรียมออกไซด์.
5. วิธีการหาปริมาณน้ำฝน
วิธีการตกตะกอนเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีในสารละลาย ไอออนของโลหะจะรวมตัวกับสารตกตะกอนเฉพาะเพื่อสร้างอนุภาคคอลลอยด์กึ่งของแข็งขนาดเล็ก ซึ่งสร้างระบบแขวนลอยที่เสถียร.
โดยการปรับสภาวะเพิ่มเติม เช่น การบ่ม การกวนช้าๆ หรือการปรับเปลี่ยนสภาพแวดล้อมของสารละลาย อนุภาคคอลลอยด์จะค่อยๆ รวมตัวและเติบโตขึ้น พวกมันมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นทรงกลมและก่อตัวเป็นตะกอนทรงกลมขั้นต้น หลังจากอบแห้งหรือเผาแล้วจะได้วัสดุผงทรงกลม.
วิธีนี้ช่วยให้สามารถควบคุมอัตราการเติบโตของผลึกในเฟสของเหลวได้ ดังนั้นจึงสามารถควบคุมขนาดและรูปร่างของอนุภาคได้ เหมาะสำหรับการเตรียมโลหะออกไซด์และวัสดุอื่นๆ จำเป็นต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์ของปฏิกิริยาอย่างเข้มงวด เช่น อุณหภูมิ ความดัน และค่า pH.
6. วิธีโซล-เจล
กระบวนการโซล-เจลโดยทั่วไปประกอบด้วยสามขั้นตอน ได้แก่ การเตรียมโซล การขึ้นรูปเจล และการขึ้นรูปผงทรงกลม การให้ความร้อนเพิ่มเติมสามารถปรับปรุงโครงสร้างและประสิทธิภาพได้ สามารถควบคุมขนาดและรูปร่างของอนุภาคได้อย่างแม่นยำ.
ผงที่เตรียมได้มีความบริสุทธิ์สูงและมีการกระจายตัวที่ดี วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการสำหรับการเตรียมผงละเอียดพิเศษ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่เหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณมาก การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมจึงยังคงมีข้อจำกัด.
7. วิธีไมโครอิมัลชัน
วิธีการไมโครอิมัลชันเป็นเทคนิคการเตรียมสารสองเฟสแบบของเหลวต่อของเหลว โดยเติมตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีสารตั้งต้นลงในเฟสของเหลวเพื่อสร้างอิมัลชันที่มีหยดเล็กๆ.
กระบวนการก่อตัวนิวเคลียส การรวมตัว การจับกลุ่ม และการให้ความร้อน ทำให้เกิดอนุภาคทรงกลมขึ้น วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมนาโนอนุภาคและวัสดุคอมโพสิตอินทรีย์-อนินทรีย์.
8. วิธีการทำให้ผงเป็นทรงกลมด้วยพลาสมา
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมไฮเทคและความต้องการวัสดุนาโนและกระบวนการเตรียมใหม่ๆ ที่เพิ่มมากขึ้น เคมีพลาสมาจึงได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง.
กระบวนการสร้างอนุภาคทรงกลมด้วยพลาสมามีคุณสมบัติเด่นคือ อุณหภูมิสูง พลังงานความร้อนสูง ปฏิกิริยาเคมีสูง และสามารถควบคุมบรรยากาศและอุณหภูมิของปฏิกิริยาได้ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเตรียมผงทรงกลมที่มีความบริสุทธิ์สูงและละเอียด โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประสิทธิภาพสำหรับโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูง.
กระบวนการนี้ประกอบด้วยขั้นตอนการสร้างพลาสมา ปฏิกิริยาเคมี และการทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว โดยแบ่งตามวิธีการสร้างพลาสมาได้เป็น การสร้างพลาสมาทรงกลมด้วยความร้อนจากอาร์คกระแสตรง และการสร้างพลาสมาทรงกลมด้วยการเหนี่ยวนำคลื่นความถี่วิทยุ.
ระบบการแปรรูปผงด้วยพลาสมาที่พัฒนาโดย Tekna ในแคนาดาเป็นผู้นำระดับโลก ระบบนี้ประสบความสำเร็จในการทำให้ผงโลหะ เช่น ทังสเตน โมลิบเดนัม นิกเกล และทองแดง รวมถึงผงเซรามิกออกไซด์ เช่น ซิลิกาและอะลูมินา มีรูปร่างเป็นทรงกลม.
9. วิธีการทำให้เป็นละอองด้วยแก๊ส
การทำให้เป็นละอองด้วยแก๊สเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่วัตถุดิบจนกลายเป็นของเหลวหลอมเหลว กระแสแก๊สความเร็วสูงจะพุ่งชนกระแสของเหลวหลอมเหลว พลังงานจลน์ของของเหลวจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานพื้นผิวในทันที ทำให้เกิดการแตกตัวอย่างรุนแรงเป็นหย droplets เล็กๆ จำนวนมาก.
หยดเหล่านี้จะเย็นตัวและแข็งตัวอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมโดยรอบ ก่อตัวเป็นผงทรงกลมที่มีขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ.
ในระยะแรกมีการใช้ก๊าซ เช่น อากาศและไอน้ำ ต่อมาด้วยการพัฒนาทางเทคโนโลยี การทำให้เป็นผงด้วยก๊าซเฉื่อยได้แก้ปัญหาความท้าทายในการเตรียมผงทรงกลมของโลหะที่ทำปฏิกิริยาได้ ผงที่ผลิตโดยการทำให้เป็นผงด้วยก๊าซเฉื่อยมีปริมาณสิ่งเจือปนต่ำ พื้นผิวเรียบ ไหลได้ดี และมีความเป็นทรงกลมสูง.
วิธีการทำให้เป็นละอองด้วยแก๊สที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การทำให้เป็นละอองด้วยการเหนี่ยวนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรด และการทำให้เป็นละอองด้วยแก๊สเฉื่อยในสุญญากาศ.
10. วิธีการทำให้เป็นละอองด้วยแรงเหวี่ยง
การทำให้เป็นละอองด้วยแรงเหวี่ยงใช้แรงเหวี่ยงในการกระจายฟิล์มโลหะหลอมเหลวออกเป็นหย droplets หย droplets เหล่านี้จะแข็งตัวอย่างรวดเร็วด้วยการระบายความร้อนแบบพาความร้อนโดยใช้ก๊าซป้องกัน.
เทคโนโลยีนี้รวมถึงการสร้างละอองด้วยจานหมุนและการสร้างละอองด้วยอิเล็กโทรดหมุนแบบพลาสมา โดยในบรรดาเทคโนโลยีเหล่านี้ การสร้างละอองด้วยอิเล็กโทรดหมุนแบบพลาสมาเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด.
ในวิธีการนี้ แท่งโลหะขั้วบวกจะถูกติดตั้งบนเพลาหมุนความเร็วสูง ภายใต้ความร้อนจากพลาสมาอาร์ค โลหะจะหลอมเหลว หยดโลหะหลอมเหลวจะกระจายตัวออกไปในแนวสัมผัสภายใต้แรงเหวี่ยง จากนั้นจะแข็งตัวกลายเป็นผงทรงกลม กระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นภายใต้สุญญากาศหรือการป้องกันด้วยก๊าซเฉื่อย.
11. วิธีการทำให้ผงเป็นทรงกลมโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิค
การทำให้เป็นละอองด้วยคลื่นอัลตราโซนิคใช้พลังงานการสั่นสะเทือนของคลื่นอัลตราโซนิคในการกระจายโลหะหลอมเหลวให้เป็นละอองขนาดเล็กในสถานะแก๊ส จากนั้นละอองเหล่านี้จะเย็นตัวและแข็งตัวกลายเป็นผงโลหะทรงกลม.
ผงที่ได้มีลักษณะทรงกลมสูงและมีการกระจายขนาดอนุภาคแคบ เมื่อเปรียบเทียบกับการทำให้เป็นละอองด้วยก๊าซเฉื่อย การทำให้เป็นละอองด้วยคลื่นอัลตราโซนิคไม่จำเป็นต้องใช้ก๊าซเฉื่อยปริมาณมากในการแตกตัว ทำให้เกิดอนุภาคกลวงและอนุภาคขนาดเล็กน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม เนื่องจากทฤษฎีที่เกี่ยวข้องยังไม่ได้รับการพัฒนาอย่างเต็มที่ จึงส่วนใหญ่ใช้กับโลหะหรือโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ.
12. การเกิดทรงกลมของเปลวไฟจากการเผาไหม้ของแก๊ส
วิธีนี้ใช้ก๊าซเชื้อเพลิงอุตสาหกรรม เช่น อะเซทิลีน ไฮโดรเจน หรือก๊าซธรรมชาติ เป็นแหล่งความร้อน โดยจะสร้างเปลวไฟที่สะอาด ปราศจากมลพิษ มีอุณหภูมิ 1600–2000°C ผ่านปืนพ่นไฟอุณหภูมิสูง.
ผงที่ผ่านการปรับสภาพเบื้องต้นแล้วจะถูกป้อนเข้าไปในเตาเผาเพื่อสร้างทรงกลม ก๊าซออกซิเจนที่เป็นเชื้อเพลิงจะให้ความร้อนและหลอมผงที่อุณหภูมิสูง หลังจากเย็นตัวลงแล้ว จะได้ผงทรงกลมที่มีความบริสุทธิ์สูง.
วิธีการนี้ใช้เป็นหลักในการผลิตผงไมโครซิลิคอนทรงกลมและผงอลูมินาทรงกลม.
13. วิธีการเผาไหม้ (VMC)
วิธีการเผาไหม้ หรือที่รู้จักกันในชื่อวิธีการเผาไหม้โลหะแบบไอระเหย (Vaporized Metal Combustion: VMC) ได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกในประเทศญี่ปุ่น โดยใช้การเผาไหม้แบบระเบิดของผงโลหะเพื่อผลิตอนุภาคขนาดเล็กของออกไซด์ทรงกลม.
ตัวอย่างเช่น ผงซิลิคอนโลหะทำปฏิกิริยาโดยตรงกับออกซิเจนเพื่อผลิตไมโครสเฟียร์ซิลิกาละเอียดที่มีความบริสุทธิ์สูงและสามารถควบคุมการกระจายขนาดอนุภาคได้ค่อนข้างแม่นยำ.
14. วิธีการตัดและหลอมลวดใหม่
กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการดึงโลหะผสมบัดกรีให้เป็นเส้นลวดแล้วตัดเป็นชิ้นส่วนขนาดเล็กที่มีขนาดสม่ำเสมอ จากนั้นจึงนำชิ้นส่วนเหล่านี้ไปใส่ในอุปกรณ์ขึ้นรูปที่มีการไล่ระดับอุณหภูมิ ผ่านกระบวนการหลอมใหม่และการแข็งตัว พวกมันจะก่อตัวเป็นทรงกลมมาตรฐาน.
วิธีการนี้มีข้อดีคือควบคุมกระบวนการได้ดีและต้นทุนต่ำ อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนมีความซับซ้อน ส่งผลให้ประสิทธิภาพการผลิตต่ำ ต้องใช้ความแม่นยำสูงในการควบคุมอุปกรณ์ และอาจเกิดความไม่สม่ำเสมอของเส้นผ่านศูนย์กลางลวดระหว่างการดึง นอกจากนี้ วิธีการนี้จำกัดเฉพาะวัสดุที่อุณหภูมิต่ำและมีความยืดหยุ่นสูง ซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งาน.
15. วิธีการฉีดผ่านรูเล็กๆ แบบเป็นจังหวะ
วิธีการพ่นไมโครออริฟิสแบบพัลส์เป็นเทคโนโลยีการสร้างไมโครดรอปเล็ตที่ใช้ในการเตรียมอนุภาคทรงกลมขนาดไมครอนที่มีขนาดสม่ำเสมอ จัดอยู่ในกลุ่มการฉีดแบบหยดตามต้องการโดยใช้ตัวขับเคลื่อนเพียโซอิเล็กทริก.
โลหะหลอมเหลว โลหะผสม หรือสารแขวนลอยถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตหยดน้ำที่มีขนาดสม่ำเสมอ.
หลักการทำงานมีดังนี้ ขั้นแรก โลหะดิบจะถูกหลอมในเบ้าหลอมสแตนเลส โลหะหลอมเหลวจะไหลเข้าสู่ช่องป้อนและเติมเต็มส่วนฉีด จากนั้นจะมีการอัดก๊าซเฉื่อยเข้าไปในเบ้าหลอมเพื่อสร้างความแตกต่างของความดันที่เป็นบวก มีการตั้งโปรแกรมสัญญาณพัลส์ ภายใต้สัญญาณพัลส์ เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกจะสั่น การสั่นจะทำให้แผ่นกดเสียรูปพลาสติก ส่งผลให้เกิดแรงดันในการอัดขึ้นรูปต่อโลหะหลอมเหลวในส่วนฉีด.
โลหะหลอมเหลวปริมาณเล็กน้อยถูกบีบออกมาจากรูเล็กๆ ที่ก้นเบ้าหลอม ทำให้เกิดเป็นหย droplets เนื่องจากความ amplitud ของการสั่นสะเทือนแต่ละครั้งเท่ากัน ปริมาตรของแต่ละหย droplets จึงเกือบเท่ากัน ส่งผลให้ได้ผงทรงกลมที่มีขนาดสม่ำเสมอ.
ขอบคุณที่อ่านนะคะ หวังว่าบทความของฉันจะเป็นประโยชน์นะคะ แสดงความคิดเห็นไว้ด้านล่างได้เลยค่ะ หรือหากมีข้อสงสัยเพิ่มเติม สามารถติดต่อตัวแทนฝ่ายบริการลูกค้าออนไลน์ของ Zelda ได้ค่ะ
- โพสต์โดย เอมิลี่ เฉิน