最近，四川大學(xué)高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室增添了一臺特殊的粉體設(shè)備用于電池材料的研發(fā)，叫做等離子球磨機(jī)。

這是一種將冷場放電等離子體引入到機(jī)械球磨中的特種超細(xì)粉末合成設(shè)備，不僅極大提高了機(jī)械球磨制備材料的效率, 而且通過形成獨(dú)特的結(jié)構(gòu)顯著提高了材料的性能; 此外, 還有可以建立新的材料生產(chǎn)制備工藝。

在制備超細(xì)粉末、合成化合物、粉末表面改性、復(fù)合材料制備、氣固反應(yīng)和超細(xì)片狀粉末合成等方面具有巨大的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。粉體圈小編聯(lián)系了該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的魯老師，粗淺了解部分相關(guān)信息為大家做個介紹。

圖1 等離子球磨機(jī)

該技術(shù)是由華南理工大學(xué)材料學(xué)院朱敏教授在研究外加物理能場協(xié)同作用提高機(jī)械球磨效率等課題時，于2004年首次提出的，結(jié)合相關(guān)設(shè)備的特點(diǎn)和構(gòu)造，最終選擇將等離子體技術(shù)嫁接到了振動球磨機(jī)上。并利用該技術(shù)先后制備了20多種新型粉體材料，于2016年3月才正式推出了商業(yè)化產(chǎn)品（Plasma-BM-L和Plasma-BM-S兩個系列）。簡單的說，該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念是使粉體在球磨過程中不僅受到機(jī)械破碎和沖擊作用，同時還受到等離子體的熱沖擊效應(yīng)和活化效應(yīng)；據(jù)介紹，目前該設(shè)備已在單質(zhì)金屬、氧化物、硬質(zhì)合金、鋰離子電池材料、片狀涂層材料和儲氫材料等方面有較好的應(yīng)用。

圖2 球磨罐中的等離子體放電結(jié)構(gòu)示意圖

大多數(shù)人對于等離子體方面的知識儲備有限，好在本文目的也并非是理論研究的闡述，而是側(cè)重于描述該理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的特點(diǎn)。首先需要說明的是等離子體，氣體在放電過程中產(chǎn)生大量的正負(fù)帶電粒子、電子和中性粒子以及自由基組成的表現(xiàn)出集體行為的一種準(zhǔn)中性氣體，其中具有高能、高速、高溫的脈沖電子轟擊到被機(jī)械破碎的粉末表面，造成粉末微區(qū)的瞬間高溫和表面活性。

????圖3 球磨罐中的等離子體放電現(xiàn)場照片????????

該設(shè)備具有6大特點(diǎn)：（1）極大提升了粉磨效率，對特定粉體樣品的制備時間可以有十倍甚至數(shù)十倍的縮減，同時，等離子體由純凈氣體電離而產(chǎn)生, 故熱源純凈、清潔, 對粉末不產(chǎn)生污染；（2）高能高速高溫的脈沖電子轟擊材料表面，增加粉體表面微區(qū)的熱應(yīng)力、應(yīng)變，導(dǎo)致材料的“熱爆”現(xiàn)象，有利于制備超細(xì)粉體顆粒（低于5微米以下）；（3）提高化合物合成效率，以WC-Co為例，等離子球磨的W-C-Co混合粉體合成WC的溫度可以降低300℃到500℃，這主要?dú)w因于等離子體中的物質(zhì)微粒都具有高活性，吸附沉積在粉體表面后引起材料表面高能活化，提高粉末的擴(kuò)散能力；（4）由于等離子體的“電離”特征，有利于等離子球磨在常溫常壓條件下實(shí)現(xiàn)氣-固反應(yīng)，制備出新材料粉體，如氨氣等離子球磨條件下與Ti粉合成氮化鈦；（5）制備新型復(fù)合材料，以石墨基復(fù)合材料為例，等離子球磨使得石墨基體更容易被納米化但仍保持較好的層狀結(jié)構(gòu)，并且有利于少量石墨烯的生成，避免了普通球磨導(dǎo)致石墨的非晶化現(xiàn)象， 保證了電極材料良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；（6）有利于制備超細(xì)（1-5微米左右）多層次復(fù)合片狀結(jié)構(gòu)的金屬材料，在片狀涂層材料等方面具有良好應(yīng)用前景。

為了避免打廣告的嫌疑，小編當(dāng)然也要問及帶有“痛點(diǎn)”的問題，而等離子體對于球磨過程中會發(fā)生快速放熱的材料體系確實(shí)存在一定瑕疵，主要表現(xiàn)在安全隱患方面，比如鋁粉和氧化錫混合球磨，比如濕磨大量使用酒精等情況，由于氧化還原導(dǎo)致的快速放熱狀況，應(yīng)力求避免發(fā)生。

最后簡單總結(jié)的話，等離子體技術(shù)結(jié)合球磨的運(yùn)用，決定了該設(shè)備擅長的材料領(lǐng)域包括了，單相或者多相的金屬材料、介電常數(shù)比較高的氧化物等非金屬材料，粉體圈也會持續(xù)跟進(jìn)了解并報道，包括“等離子球磨機(jī)”在內(nèi)的先進(jìn)工藝技術(shù)以及相關(guān)粉體設(shè)備，建立粉體和粉體裝備之間的橋梁。

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