科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得先進(jìn)電子設(shè)備逐漸朝著微型化方向發(fā)展。與此同時(shí)，設(shè)備產(chǎn)生的熱量也在成倍遞增，對系統(tǒng)的散熱提出了很高的要求。球形的導(dǎo)熱粉體材料因具有較高的比表面積、高流動(dòng)性、填充量大、可大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)，在提升導(dǎo)熱產(chǎn)品性能、賦予導(dǎo)熱產(chǎn)品獨(dú)特功能以及提高導(dǎo)熱產(chǎn)品附加值方面具有顯著效果，因而在一眾形貌各異的導(dǎo)熱粉體材料中脫穎而出。接下來，小編將為大家詳細(xì)介紹目前市面上主流的球形導(dǎo)熱粉體材料制備技術(shù)。

1、機(jī)械整形法

機(jī)械整形法是一種通過高速?zèng)_擊式磨機(jī)、介質(zhì)攪拌磨等粉碎設(shè)備產(chǎn)生的碰撞、摩擦、剪切等作用力對顆粒進(jìn)行加工，使其棱角在沖擊力的作用下變得光滑圓整的方法。在加工的過程中往往需要精確調(diào)整磨機(jī)的轉(zhuǎn)速、研磨介質(zhì)的填充、研磨介質(zhì)與物料的配比、研磨介質(zhì)的尺寸等參數(shù)，使設(shè)備產(chǎn)生的研磨破碎作用力控制在合理的范圍內(nèi)，否則會把粉體顆粒破碎，導(dǎo)致顆粒整形的失敗。這種方法具有工藝簡單、環(huán)保、可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)勢，但其對于物料的適用性較弱，無法保障加工后的粉體球形率、振實(shí)密度、加工產(chǎn)率等指標(biāo)，因而僅適用質(zhì)量要求較低的球形粉體制備。

球磨示意圖（圖源：文獻(xiàn)5）

2、噴霧干燥法

噴霧干燥法是一種將液態(tài)物質(zhì)通過霧化器細(xì)化為微小液滴，再利用熱空氣流使液滴中的大部分水分迅速蒸發(fā)，從而得到粉末或細(xì)顆粒成品的方法。這個(gè)過程中可以通過改變進(jìn)出口溫度、壁材、進(jìn)料速度、干燥溫度等參數(shù)，得到粉末粒度、形狀、密度、分散性、流動(dòng)性等參數(shù)可控的產(chǎn)品。噴霧干燥法具有工藝簡單、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)物性能易控制等優(yōu)點(diǎn)，但存在設(shè)備占地面積大、廢氣、廢液等回收裝置成本高、熱效率不高等問題。目前常用于軍工炸藥、電池、食品、制藥等領(lǐng)域，

（圖源：文獻(xiàn)1）

3、化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是以氣態(tài)的物質(zhì)為原料，通過化學(xué)反應(yīng)生成所需要的化合物，再經(jīng)快速冷凝，制得各類物質(zhì)的超細(xì)球形粉體的方法。這個(gè)過程主要包括化學(xué)反應(yīng)、形核、晶粒生長、粒子凝并與聚結(jié)四部分，其中前三個(gè)部分是在短時(shí)間內(nèi)完成的，后期的凝并與聚結(jié)對于粉體顆粒的尺寸、結(jié)構(gòu)、形貌等起決定性作用。通過化學(xué)氣相沉積法制備的球形粉體純度高、粒徑分布窄，具有較好的分散性、均勻性，能夠在高溫、低溫或常溫的環(huán)境下持續(xù)穩(wěn)定的進(jìn)行生產(chǎn)，但這種方法存在對實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備要求較高，成本昂貴的問題。

化學(xué)氣相沉積法中粉末顆粒生長過程及反應(yīng)器溫度梯度示意圖（圖源：文獻(xiàn)2）

4、水熱法

水熱法是指在密封的壓力容器（反應(yīng)釜）中，以水或有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，在高溫高壓的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而制得球形粉體的方法。在這個(gè)過程中，主要通過調(diào)節(jié)水熱溫度、水熱時(shí)間、pH、溶液濃度等參數(shù)來有效控制顆粒的形貌、尺寸、結(jié)晶度。相較于其他工藝，水熱法所需設(shè)備單一，工藝流程簡單，可制備的粉體種類多，制成的粉體純度高、分散性好、晶形好、產(chǎn)量高，但存在反應(yīng)周期長，反應(yīng)過程無法直接觀察，制備成本較高，設(shè)備價(jià)格昂貴的問題。

水熱法實(shí)驗(yàn)流程圖（圖源：文獻(xiàn)7）

5、沉淀法

沉淀法是指將制備粉體的可溶性無機(jī)鹽按照所需比例配置成溶液，使各元素呈游離狀態(tài)，再選擇合適的沉淀劑加入到金屬鹽溶液中，使金屬離子均勻沉淀或結(jié)晶出來，最后將沉淀或結(jié)晶經(jīng)脫水、加熱分解等步驟，制成所需的超細(xì)球形粉體。這個(gè)過程中，主要通過調(diào)節(jié)沉淀的反應(yīng)條件，如靜置陳化、緩慢攪拌、改變?nèi)芤涵h(huán)境等因素來控制晶體的生長速度，從而達(dá)到控制粉體粒徑、形狀的目的。沉淀法所需的設(shè)備簡單、過程易操作、工業(yè)化前景好，可適用于多種材料的制備，但存在制成的球形粉體粒徑較大、球化率低、粒徑分布不規(guī)律的問題。

6、溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法通常可分為溶膠制備、凝膠形成和球形粉體形成3個(gè)階段，首先將原料在液相的狀態(tài)下混合均勻，在一定的條件下通過水解、縮合反應(yīng)形成穩(wěn)定的透明溶膠，再經(jīng)過膠凝作用轉(zhuǎn)化成具有三維網(wǎng)絡(luò)空間的凝膠，最后經(jīng)干燥、熱處理等步驟得到所需要的球形粉體。在這個(gè)過程中，需要對溶劑的加水量、反應(yīng)溫度、pH值、攪拌速度、煅燒速度等因素進(jìn)行精確控制，從而得到理想的粉體形貌及粒徑。通過溶膠-凝膠法制備出的球形粉體純度高、粒度小、單分散好、均一性好，是目前實(shí)驗(yàn)室制備超細(xì)球形粉體最常用的方法，但顆粒在干燥時(shí)的收縮性較大，極易形成團(tuán)聚體。

7、微乳液法

微乳液法是指在表面活性劑的作用下，使兩種互不相溶的溶劑形成均勻分布的乳液，從乳液中析出固相的方法。這一方法可以使成核、生長、聚結(jié)等過程都在一個(gè)微小的球形液滴內(nèi)進(jìn)行，最后經(jīng)過凝聚、冷卻制得球形粉體。通過微乳液法制得的球形粉體粒徑分布均勻、不易團(tuán)聚、粉體球化率高、所需設(shè)備簡單易操作，可通過控制試劑用量、體系pH、反應(yīng)溫度等因素得到不同粒徑的球形粉體，但該方法存在制備成本較高，制備過程復(fù)雜、不利于環(huán)保，制得的粉體的分子間隙大等問題。

微乳液法流程示意圖（圖源：文獻(xiàn)8）

8、高溫熔融法

高溫熔融法是一種新興的球形粉體材料制備技術(shù)，主要是將粉體原料放入電弧爐、感應(yīng)爐、高爐等加熱裝置中進(jìn)行加熱，使其變成熔融態(tài)，后經(jīng)特定冷卻方式使其迅速凝固成球形顆粒的方法。利用高溫熔融法制成的粉體振實(shí)密度、球化率、純度和流動(dòng)性均可以得到顯著提升，可應(yīng)用于電子材料、先進(jìn)陶瓷、能源材料和航空航天材料等領(lǐng)域。這種方法具有適用范圍廣、對環(huán)境友好、可連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，其能量主要來源于等離子體和高溫火焰，根據(jù)熔融方式和分散收集方法的不同，可歸納為等離子法、霧化法和氣體燃燒火焰成球法這3類方法。

（1）等離子法

等離子法是制備球形粉體比較理想的方法，其過程大致可分為等離子體生成階段、化學(xué)反應(yīng)階段和驟冷反應(yīng)階段。它主要是讓惰性氣體在外加電流產(chǎn)生的磁場的作用下電離，產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體流，粉體原料經(jīng)粉體系統(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，以等離子體流的高溫為熱源，在反應(yīng)器內(nèi)對原始粉體進(jìn)行熔化和氣化，然后再經(jīng)過快速的冷凝過程實(shí)現(xiàn)對不規(guī)則粉體原料的球化。等離子法制備出的球形粉體具有球化率高、純度高、形貌規(guī)則、粒徑分布均勻、流動(dòng)性好的特點(diǎn)，但該方法存在設(shè)備價(jià)格昂貴、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)出率低的問題。

等離子法裝置圖（圖源：文獻(xiàn)6）

（2）霧化法

霧化法是利用高速、高壓的介質(zhì)沖擊熔融態(tài)液體，使其粉碎為細(xì)小的液滴，冷卻后凝固成球形粉體的方法。利用霧化法制備的粉體純度高、粒度小、球形度高、流動(dòng)性好、粒度可控，能夠進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。這種方法可用于制備低熔點(diǎn)的金屬、合金球形粉體，但對于具有高熔點(diǎn)的金屬、合金和陶瓷則無能為力。霧化法的能量來源可以是高速氣體射流、離心力和超聲波等，根據(jù)能量來源不同，還可以將霧化法細(xì)分為氣霧化法、離心霧化法和超聲霧化法等。

氣體霧化制粉設(shè)備示意圖（圖源：文獻(xiàn)5）

（3）氣體燃燒火焰成球法

氣體燃燒火焰成球法需要先對物料進(jìn)行粉碎、分級、提純等處理，然后將預(yù)處理后合格的粉體通過送粉器送入射頻等離子、燃?xì)?氧氣火焰高溫場中，通過高溫火焰噴槍噴出1600-2000℃的高溫火焰，使物料大量吸熱而迅速融化，并以極高的速度飛進(jìn)反應(yīng)室，最終冷卻凝固成球形，從而得到高純度的球形粉體。這種方法相對簡單，更易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，發(fā)展前景較好。

氣體燃燒火焰成球法示意圖（圖源：文獻(xiàn)9）

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9、高速氣流沖擊球化法

高速氣流沖擊球化法具有分級精度高、分級精度可調(diào)、產(chǎn)能較大等優(yōu)勢。其主要是通過控制磨盤轉(zhuǎn)速、分級輪轉(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。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，之后通過分級收集得到合格物料。高速氣流沖擊球化法處理形式可以分為以下3種：

（1）固定化處理。母粒子的表面被嵌入一層子粒子。

（2）成膜化處理。母粒子表面的子粒子被軟化并融在母粒子表面，形成一層膜。

（3）球形化處理。大致分為4個(gè)步驟，即彎曲—成球—吸附—緊實(shí)。

石墨的球化過程

由于球化過程中的受力情況較為復(fù)雜，因此現(xiàn)階段仍未有完整、明確的球化機(jī)理。

參考文獻(xiàn)：

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