隨著粉末材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用性能的要求也逐漸提高。為了滿(mǎn)足更好的性能，滿(mǎn)足現(xiàn)代技術(shù)產(chǎn)品的微型化和集成功能要求，必須生產(chǎn)純度更高、粒徑分布更均勻、流動(dòng)性更好的優(yōu)質(zhì)粉末。與普通粉末相比，球形粉末顆粒的表面形狀規(guī)則顯著增加了粉末的積累密度，可以大大提高粉末的流動(dòng)性和分散性，最大限度地消除團(tuán)聚的影響。由于球形粉末具有優(yōu)異的物理和工藝性能，廣泛應(yīng)用于新技術(shù)、新技術(shù)和新產(chǎn)品中。

等離子體具有高溫、高焓、高化學(xué)反應(yīng)活性、反應(yīng)氛圍和可控反應(yīng)溫度的特點(diǎn)，非常適合制備純度高、粒度小的球形粉末。與其他方法相比，工藝流程短，效率高，可一步制成球形粉末。

1等離子體技術(shù)簡(jiǎn)介

等離子體技術(shù)是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)研究的前沿。早在19世紀(jì)，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了等離子體，這是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)。研究這種基本物質(zhì)形式的特征、規(guī)律和用途，形成了等離子體物理學(xué)，并產(chǎn)生了許多交叉學(xué)科。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，等離子體是由電子、離子、原子、分子和自由集團(tuán)等離子體組成的電離氣體。因此，等離子體具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)：

（1）導(dǎo)電性：由于等離子體是由自由電子和帶電離子組成的帶電粒子的集合體，具有類(lèi)似金屬的導(dǎo)電性；

(2)溫度高，粒子動(dòng)能大；

（3）化學(xué)性質(zhì)活潑，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

(4)發(fā)光特性，可用于照明光源。

根據(jù)不同的溫度，等離子體可分為：高溫等離子體（約106~108）Ｋ）低溫等離子體(室溫至3)×104Ｋ），低溫等離子體可分為電弧等離子體、高頻等離子體和微波等離子體。等離子體由于其高溫和可控的反應(yīng)氛圍而被引入材料領(lǐng)域，主要用于粉末冶金、材料加工、噴涂、焊接等方面。

該技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)：1）通過(guò)改變粉末形狀，有效提高粉末的流動(dòng)性。這將有效減少粉末特別是細(xì)粉末的聚集和團(tuán)聚，有效控制粉末冶金過(guò)程中混合粉末、裝載和壓坯的工藝質(zhì)量；2）有效提高粉末的振動(dòng)密度；3）控制和減少粉末顆粒內(nèi)部的孔洞和缺陷；4）能有效改善粉末形狀，使材料微觀形狀呈標(biāo)準(zhǔn)球形；5）制備過(guò)程中還原氣氛的引入，可大大降低氧含量

2.等離子體技術(shù)制備球形粉體的研究現(xiàn)狀

2.1感應(yīng)耦合熱等離子體制備球形WC金屬陶瓷粉末制備球形WC金屬陶瓷粉末

為了提高粉末的流動(dòng)性，探索球形粉末的制備工藝，陳倫江等人將感應(yīng)耦合熱等離子體作為高溫?zé)嵩矗瑢?duì)不規(guī)則形狀的微米碳化鎢進(jìn)行處理（WC）粉末進(jìn)行了球化處理實(shí)驗(yàn)，研究了粉末輸送量對(duì)粉末流動(dòng)性、振實(shí)密度和粒徑分布的影響，采用掃描電子顯微鏡（SEM）、霍爾流速計(jì)、能譜分析儀（EDS）激光粒度分析儀分別對(duì)球化前后粉末的微觀形態(tài)、流動(dòng)性、元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和粒度分布進(jìn)行了表征和分析。結(jié)果表明，WC粉末經(jīng)過(guò)感應(yīng)耦合熱等離子體球化處理后，可獲得表面光滑、分散性好、流動(dòng)性好、振實(shí)密度高的球形粉末；球化后，粉末氧鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低；球化處理后，球形WC粉末粒徑略大；隨著球化率的降低，球形粉末的流動(dòng)性和振實(shí)密度減弱，粉末粒徑分布范圍變寬。

2.2高頻熱等離子體制備特種粉體

高頻感應(yīng)熱等離子體具有能量密度高、溫度高、冷卻速率快的特點(diǎn)，是制備特種粉體的重要手段之一。中國(guó)科學(xué)院工藝工程研究所袁方利等人利用熱等離子體的高溫和快速冷卻過(guò)程，通過(guò)等離子體弧高溫氣化粗顆粒，通過(guò)控制冷卻速率獲得納米粉體。該方法制備了納米球形硅、鐵、鈷、鎳等粉體。納米硅粉可用于鋰離子電池的負(fù)極材料。具有固定熔點(diǎn)的不規(guī)則顆粒在等離子體弧中熔化形成球形液滴，快速冷卻可獲得規(guī)則致密的球形顆粒。通過(guò)等離子體球化，制備了高熔點(diǎn)的鎢、鉬、鈮、鉻等規(guī)則致密的球形粉體。利用活性氫的瞬時(shí)強(qiáng)化還原反應(yīng)，利用化學(xué)氣相沉積制備超細(xì)鎢、鉬、鎳、銅等球形金屬超細(xì)粉體。活性氧有助于調(diào)節(jié)顆粒的氧化生長(zhǎng)過(guò)程，利用金屬等氧化反應(yīng)獲得各種特殊形狀的氧化物。

2.3射頻等離子體制球形鈦粉

盛艷偉等人以不規(guī)則形狀的大顆粒TiH2粉末為原料，采用射頻等離子球化處理技術(shù)制備微球形Ti粉末。粉末的形狀、物相和粒度通過(guò)掃描電子顯微鏡、X射線(xiàn)衍射和激光粒度分析來(lái)測(cè)試。結(jié)果表明，大顆粒TiH2粉末的脫氫分解、破碎和球化處理在等離子體中一步完成，得到微球形粉末。相組成主要為T(mén)i和殘留TiH相；球形粉末為1.3×在10-4Pa真空條件下，經(jīng)750℃、經(jīng)過(guò)2小時(shí)脫氫處理，得到單相球形Ti粉。平均粒徑為原來(lái)的100~150μm減小至20~50μm，球化率可達(dá)100%。隨著進(jìn)料率的提高，粉末的球化率降低。TiH2粉采用射頻等離子體處理是制備微細(xì)球形鈦粉的一種新方法

2.4高頻等離子體法制備微細(xì)球形鎳粉

白柳楊和其他公司制備了微細(xì)球形鎳粉（包括細(xì)化和粗化過(guò)程），研究了載氣量和加料量對(duì)產(chǎn)品鎳粉形狀和粒度的影響。結(jié)果表明，等離子體處理后的產(chǎn)品仍為純金屬鎳粉，形狀由不規(guī)則變?yōu)榍蛐危骄接稍系?～5μm降至100nm左右，振實(shí)密度由2.44g/cm3提高到3.72g/cm3。高頻等離子體法是制備電極用高振實(shí)密度微細(xì)球形粉體的有效技術(shù)

2.5射頻等離子體制球形鎢粉

顧忠濤等人使用射頻(RF)等離子體研究了加料速率和鎢粉分散方式對(duì)球化率的影響。通過(guò)電子掃描顯微鏡(SEM)球化效率由球化粉末的百分比評(píng)估。球化處理鎢粉的X射線(xiàn)衍射譜(XRD)該測(cè)試驗(yàn)證了球化過(guò)程中的無(wú)氧化和其他雜質(zhì)介入。當(dāng)鎢粉在很短的時(shí)間內(nèi)（約幾毫秒）迅速穿過(guò)等離子體火炬時(shí)，球形鎢粉顆粒被加熱熔化成液滴，迅速冷卻，形成致密的球形固體顆粒。

3發(fā)展趨勢(shì)

目前，國(guó)外等離子體粉體處理技術(shù)具有一定的生產(chǎn)能力。加拿大泰克納納加拿大。（TEKNA）公司開(kāi)發(fā)的等離子體粉體處理系統(tǒng)在世界感應(yīng)等離子體技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。TEKNA公司實(shí)現(xiàn)了WW、Mo、Re、Ta、Ni、金屬粉末如Cu和SiO2、ZrO2、YSZ、Al2O3等氧化物陶瓷粉末的球化處理。

圖片

雖然等離子制備超細(xì)粉末技術(shù)設(shè)備復(fù)雜、昂貴，生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)率低，但作為一種可制備高球化率、高致密粉末的新技術(shù)，引起了極大的關(guān)注。目前，等離子制粉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)如下：（1）等離子控制技術(shù)的優(yōu)化和等離子發(fā)生器的改進(jìn)是熱等離子技術(shù)工業(yè)化的關(guān)鍵。有前途的是新型等離子反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，如多火炬裝置、直流火炬和射頻火炬的混合反應(yīng)器，以及其他創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量，而且提高了加工效率。（2）用其他熱源制備的球形粉末是熱等離子技術(shù)制粉的優(yōu)點(diǎn)。難熔金屬和陶瓷的高熔點(diǎn)決定了其他熱源難以實(shí)現(xiàn)熔融球化和致密化。

目前，隨著高新技術(shù)的蓬勃發(fā)展和對(duì)納米新材料和新制備工藝的迫切需求，等離子體化學(xué)的研究和利用越來(lái)越受到重視。隨著等離子體控制技術(shù)的改進(jìn)、裝置的改進(jìn)和生產(chǎn)成本的降低，熱等離子體將廣泛應(yīng)用于制備和合成高純度、高球化率、窄粒度分布的超細(xì)粉體。球形鎢粉