沈陽佳美機(jī)械設(shè)備有限公司

陳工

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隨著工業(yè)的發(fā)展，粉體技術(shù)特別是顆粒球化整形技術(shù)及裝備越來越受到產(chǎn)業(yè)的重視，球形粉體因具有高比表面積、高振實(shí)密度、良好的流動(dòng)性等一般粉體不具備的優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、食品、醫(yī)藥、化工、建材、礦業(yè)、微電子、３Ｄ打印等行業(yè)，逐漸成為不可替代的新材料，高品質(zhì)的球形顆粒的制備一直是行業(yè)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

目前行業(yè)內(nèi)應(yīng)用物理方法制備球化顆粒的技術(shù)較多，主要包括高溫法和塑性變形法等，以下將重點(diǎn)介紹這些技術(shù)的優(yōu)勢及主要應(yīng)用領(lǐng)域。

一、典型物理法球形技術(shù)

1、高溫法

高溫法在高溫球化、超細(xì)-納米材料合成、等離子體噴涂等方面具有重要用途，尤其在球形硅微粉行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。該方法的特點(diǎn)是產(chǎn)品顆粒的振實(shí)密度、球化率和流動(dòng)性均高于原料顆粒的，且生產(chǎn)過程環(huán)保，對環(huán)境損害小，但仍存在產(chǎn)率低、難以進(jìn)行連續(xù)加工生產(chǎn)等缺點(diǎn)。

2、高速氣流沖擊球化法

現(xiàn)階段高速氣流沖擊球化法具有分級(jí)精度高、分級(jí)精度可調(diào)、產(chǎn)能較大等優(yōu)勢，因此在天然石墨、人造石墨和水泥顆粒球化整形處理領(lǐng)域廣泛使用。

該方法的原理如下：高速氣流沖擊粉碎機(jī)利用圍繞水平或垂直軸高速旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)體，使物料受到來自高速氣流、錘頭的碰撞、摩擦和剪切等一系列作用而獲得超細(xì)粉，之后通過分級(jí)收集得到合格物料。其關(guān)鍵是通過控制磨盤轉(zhuǎn)速、分級(jí)輪轉(zhuǎn)速、球化時(shí)間、風(fēng)量、錘頭高度和齒圈形狀等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對顆粒球形率、振實(shí)密度、球化產(chǎn)率、粒徑分布等產(chǎn)品指標(biāo)的提升。現(xiàn)存的大多數(shù)高速氣流整形機(jī)加工之后的顆粒粉體球形率、振實(shí)密度等指標(biāo)不能很好地與加工產(chǎn)率進(jìn)行兼顧等問題亟待解決。

二、幾種應(yīng)用廣泛的球形粉體

01鋰離子電池負(fù)極材料粉體

天然石墨具有易獲取和優(yōu)異的電化學(xué)性能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在鋰離子電池負(fù)極材料中。人造石墨具有循環(huán)性能好、成本低和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此逐漸成為研究的重點(diǎn)。球形石墨具有高速率容量、高庫侖效率、低不可逆容量、粒度分布集中、比表面積小和振實(shí)密度大等優(yōu)勢，現(xiàn)階段天然鱗片石墨和人造石墨主要通過高速氣流沖擊等方式得到球形石墨，可提升電化學(xué)性能。

02球形硅微粉

球形硅微粉形狀好，化學(xué)純度高，放射性元素含量低，其應(yīng)用能極大地降低塑封料的熱膨脹系數(shù)、改善塑封料的熱穩(wěn)定性等獨(dú)特的優(yōu)勢，因此大規(guī)模應(yīng)用于集成電路的生產(chǎn)，是集成電路中最主要的封裝填充材料。球形硅微粉主要通過高溫等離子體熔融法、高溫熔融噴射法、氣體燃燒火焰法、氣相法、沉淀法等方法進(jìn)行制備。

03球形水泥粉體

普通水泥具有多孔的特性，且孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在水化反應(yīng)中會(huì)降低流動(dòng)性并逐漸硬化。將普通水泥球化得到球形水泥可在以下幾個(gè)方面提升材料的物理性能：降低需水性、降低孔隙率、提升流動(dòng)性、提升水泥強(qiáng)度?，F(xiàn)階段球形水泥的制備主要使用高速氣流沖擊球化法，相較于球磨機(jī)，可提高顆粒球形度、比表面積和振實(shí)密度等。

04球形難熔金屬粉體

難熔金屬指熔點(diǎn)高于1650℃并有一定儲(chǔ)量的金屬，主要有鎢、鈦、鉬等，并廣泛應(yīng)用于航空航天、熱噴涂層、3D打印、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)金屬粉末相比，金屬球形粉末具有球形度高、流動(dòng)性好、松裝密度高等優(yōu)異性能，目前高性能球形金屬粉體原料是限制行業(yè)發(fā)展的重要因素。

目前利用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)球形顆粒球化率低、團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重、易氧化，而使用射頻等離子體進(jìn)行加工，所得樣品的流動(dòng)性好，振實(shí)密度、松裝密度、球化率也較原料有了大幅提高。提高超細(xì)難熔金屬粉的性能，減小制備過程的污染排放，降低熱等離子體法生產(chǎn)成本，推進(jìn)該技術(shù)的大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)是未來的發(fā)展方向。