隨著現代工業與科技水平的迅速發展，不同行業對粉體材料的性能要求越來越高，粉體材料除了要具備極低的雜質含量、較細的粒徑，較窄的粒度分布，還需具有一定的顆粒形貌。球形粉體由于在表面形貌、粒徑分布和流動性等方面表現出優異的性能，因此在電子元器件、航空航天、3D打印等高端產業中得到了廣泛應用。

在工業領域，霧化法是應用廣泛、工藝穩定的大宗球形粉末生產方法。但高熔點陶瓷材料或鉬、鎢等難熔金屬，霧化法由于工藝技術、工裝設備等因素限制難以勝任。而等離子體球化技術憑借其超高溫、高能量密度的核心優勢，可實現難熔材料粉體的球化及致密化，是制備成分均勻、球形度高、缺陷少的球形粉末的有效途徑之一，在高端制造與先進材料領域備受矚目。

等離子體球化法的原理及核心優勢

等離子體（又稱電漿）是在固態、液態和氣態以外的第四大物質狀態，是由帶電粒子（主要是正離子和自由電子）組成的被高度電離的氣體。它具有溫度高、等離子體炬體積大、能量密度高、傳熱和冷卻速度快等特點。它既可以作為高溫熱源熔化并球化原料，還能在特定氣氛下參與化學反應，合成各種超細化合物粉末。

該技術的核心過程是：利用等離子體的超高溫，使不規則形狀的原料粉末瞬間熔融甚至汽化，熔融液滴在表面張力的作用下自發收縮成球形，隨后在急速冷卻中固化，最終得到球形度高、缺陷少的優質粉體。

該技術具有眾多優點：

1）改善流動性：將有效減小粉體特別是微細粉體的偏聚和團聚，有效控制粉末冶金過程中混粉、裝料和壓坯過程中的工藝質量；

2）提高振實密度；

3）減少內部缺陷；

4）有效改善形貌：使材料微觀形貌呈標準球形；

5）降低氧含量：制備過程中還原性氣氛的引入可大大降低氧元素的含量。

等離子體球化法的兩大類別

根據等離子體的產生方式，可分為直流電弧熱等離子體球化法和射頻感應等離子體球化法。

1、直流電弧熱等離子體球化法

主要原理是通過位于陰極尖端和陽極之間的電弧放電產生高溫，使反應室中的氣體變為等離子體態，并在氣流的吹動下在噴口處形成射流。而原材料蒸發分解成氣態原子，過飽和的蒸氣流動到反應室中溫度較低的部位，重新成核生長成所需球形顆粒。

直流電弧熱等離子體球化裝置

特點：設備相對簡單，電弧區的熱力學溫度可以達到10⁴K，合成速度快，成本低；能合成的納米顆粒種類多，是金屬、金屬氧化物、精密陶瓷納米顆粒合成中應用最廣的一種方法；可通過改變實驗進料速度、氣氛條件、輸入功率、氣流流速等實驗參數對最終生成的顆粒的尺寸和形貌進行控制。

TA1粉末球化處理前后形貌

2、射頻感應等離子體球化法

該方法利用射頻（1~500 MHz）磁場激勵產生電感耦合等離子體，主要原理是粉體原料在射頻電場的作用下經歷瞬時的熔融和收縮過程，形成球形結構，隨后通過冷卻固化得到球形粉體，最后落入收集裝置。

射頻感應等離子體球化裝置

特點：射頻等離子體具有熱源穩定、能量密度大、加熱溫度高、冷卻速度快、無電極污染等諸多優點。對難熔金屬也能達到良好的球化效果，可以改變不規則粉體材料的形貌，增大粉體顆粒的球形度，同時還能減少缺陷粉體。

該技術已經廣泛應用于難熔金屬和陶瓷材料的球形粉體制備，如鎢粉、鉻粉、鈦粉及其合金、高純石英和氧化鋁等。

 感應等離子球化后的ZrB2-SiC陶瓷復合粉體形貌

發展趨勢

盡管等離子體技術目前仍面臨設備復雜、投資成本高、產率有待提升等挑戰，但其在制備高球化率、高致密性粉體方面的獨特優勢，使其備受關注。加拿大的泰

克納公司開發的等離子體粉體處理系統在世界范圍內處于領先地位，己實現鎢、 鉬、鎳、銅等金屬粉體和二氧化硅、氧化鋁等氧化物陶瓷粉體的球化處理。

未來發展趨勢主要集中在：

1. 技術與裝置創新：優化等離子體控制技術，開發新型等離子反應器，如多炬系統、直流與射頻結合的混合反應器，旨在提升加工效率與產品一致性。

2. 聚焦高難度材料：充分發揮其高溫優勢，專攻其他熱源難以處理的難熔金屬、陶瓷等高熔點材料的球形化與致密化，形成技術壁壘。

結語

當前，隨著高新技術產業對新材料、新工藝的需求日益迫切，等離子體技術的研究與利用正不斷深入。隨著等離子體控制技術的精進、發生裝置的持續改進與生產成本的逐步優化，熱等離子體技術必將更廣泛地應用于合成高純度、高球化率、窄粒度分布的超細球形粉體，為先進制造業注入強勁動力。

參考文獻：

[1] 彭琳,譚琦,劉磊,等.球形粉體制備技術研究進展[J].中國粉體技術,2024,30(03):12-27.

[2] 趙陽,朱錦鵬,郝振華,等.感應等離子體球化熱噴涂粉體材料研究進展[J].表面技術,2020,49(05):81-90.

[3] 宋美慧,李巖,張煜,等.直流電弧熱等離子體球化處理TA1粉末工藝研究[J].稀有金屬材料與工程,2023,52(02):617-622.

[4] 陳強,馮鵬發,武洲,等.熱等離子技術在粉體球化/致密化的研究進展[J].中國鉬業,2012,36(05):44-47.

[5] 吳紅,黃偉,趙鴻雁,等.等離子法制備球形碳化鎢粉技術研究[J].兵器材料科學與工程,2013,36(04):65-67.

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