粉体球形化技术有哪些

随着工业的发展，粉体技术特别是颗粒球化整形技术及装备越来越受到产业的重视，球形粉体因具有高比表面积、高振实密度、良好的流动性等一般粉体不具备的优点而广泛应用于锂离子电池、食品、医药、化工、建材、矿业、微电子、３Ｄ打印等行业，逐渐成为不可替代的新材料，高品质的球形颗粒的制备一直是行业的重点与难点。

球形粉体颗粒

高温法在高温球化、超细-纳米材料合成、等离子体喷涂等方面具有重要用途，尤其在球形硅微粉行业中得到广泛应用。该方法的特点是产品颗粒的振实密度、球化率和流动性均高于原料颗粒的，且生产过程环保，对环境损害小，但仍存在产率低、难以进行连续加工生产等缺点。

▼▼几种高温法球形化技术的特点见下表

高温法在高温球化、超细-纳米材料合成、等离子体喷涂等方面具有重要用途，尤其在球形硅微粉行业中得到广泛应用。该方法的特点是产品颗粒的振实密度、球化率和流动性均高于原料颗粒的，且生产过程环保，对环境损害小，但仍存在产率低、难以进行连续加工生产等缺点。

▼▼几种高温法球形化技术的特点见下表

 

目前行业内应用物理方法制备球化颗粒的技术较多，主要包括高温法和塑性变形法等，以下将重点介绍这些技术的优势及主要应用领域。

高温法在高温球化、超细-纳米材料合成、等离子体喷涂等方面具有重要用途，尤其在球形硅微粉行业中

▲制备难熔金属纳米粉的直流电弧等离子体系统装置

现阶段高速气流冲击球化法具有分级精度高、分级精度可调、产能较大等优势，因此在天然石墨、人造石墨和水泥颗粒球化整形处理领域广泛使用。

该方法的原理如下：高速气流冲击粉碎机利用围绕水平或垂直轴高速旋转的回转体，使物料受到来自高速气流、锤头的碰撞、摩擦和剪切等一系列作用而获得超细粉，之后通过分级收集得到合格物料。其关键是通过控制磨盘转速、分级轮转速、球化时间、风量、锤头高度和齿圈形状等参数实现对颗粒球形率、振实密度、球化产率、粒径分布等产品指标的提升。

以天然鳞片石墨的球化过程为例，大致分为４个步骤，即弯曲—成球—吸附—紧实。

▲天然鳞片石墨的球化过程

现存的大多数高速气流整形机加工之后的颗粒粉体球形率、振实密度等指标不能很好地与加工产率进行兼顾等问题亟待解决。

天然石墨具有易获取和优异的电化学性能等特点，广泛应用在锂离子电池负极材料中。人造石墨具有循环性能好、成本低和结构稳定等优点，因此逐渐成为研究的重点。球形石墨具有高速率容量、高库仑效率、低不可逆容量、粒度分布集中、比表面积小和振实密度大等优势，现阶段天然鳞片石墨和人造石墨主要通过高速气流冲击等方式得到球形石墨，可提升电化学性能。

球形硅微粉形状好，化学纯度高，放射性元素含量低，其应用能极大地降低塑封料的热膨胀系数、改善塑封料的热稳定性等独特的优势，因此大规模应用于集成电路的生产，是集成电路中最主要的封装填充材料。

球形硅微粉主要通过高温等离子体熔融法、高温熔融喷射法、气体燃烧火焰法、气相法、沉淀法等方法进行制备。

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普通水泥具有多孔的特性，且孔隙结构复杂，在水化反应中会降低流动性并逐渐硬化。将普通水泥球化得到球形水泥可在以下几个方面提升材料的物理性能：降低需水性、降低孔隙率、提升流动性、提升水泥强度。

现阶段球形水泥的制备主要使用高速气流冲击球化法，相较于球磨机，可提高颗粒球形度、比表面积和振实密度等。

难熔金属指熔点高于1650℃并有一定储量的金属，主要有钨、钛、钼等，并广泛应用于航空航天、热喷涂层、3D打印、生物医疗等领域。与传统金属粉末相比，金属球形粉末具有球形度高、流动性好、松装密度高等优异性能，目前高性能球形金属粉体原料是限制行业发展的重要因素。

目前利用传统技术生产球形颗粒球化率低、团聚现象严重、易氧化，而使用射频等离子体进行加工，所得样品的流动性好，振实密度、松装密度、球化率也较原料有了大幅提高。提高超细难熔金属粉的性能，减小制备过程的污染排放，降低热等离子体法生产成本，推进该技术的大规模的工业化生产是未来的发展方向。