盡管人們對超聲霧化技術的認識有近一百年的歷史，但由于液滴的形成和霧化非常復雜，不僅在層狀液體表面存在張力波效應，而且在液體與振動表面還產生強烈的超聲空化效應，而二者的綜合作用使超聲霧化液滴尺寸無法簡單用線性理論來預測和解釋，因此到目前為止，對超聲霧化仍沒有一個公認的理論模型。近年來隨著計算機模擬和超高速攝影等研究手段的不斷完善，對高頻、高速狀態下的動態規律研究再次引起人們的關注，國外關于金屬超聲霧化理論與應用的研究一直在持續，開發出了一些新的粉體技術。

      1、超聲振動霧化-超聲氣霧化雙重超聲霧化技術

        為了進一步提高金屬粉末產率，細化金屬粉末粒度分布范圍，研究人員在超聲振動霧化基礎上成功開發出一種新型振子系統雙重超聲霧化技術，可工業化生產微細和超微納米結構金屬粉末。新型霧化裝置將兩種超聲霧化方法（超聲氣體霧化與超聲振動霧化）有機結合起來，克服了它們各自的局限性。新裝置分兩步擊碎熔態金屬，從而解決了熔體流量不能過大的問題。熔態金屬流首先導向由超聲頻率激發的管狀共振器的內壁，熔態金屬潤濕這種振動基體，通過振動張力波霧化被擊碎。同時，在進入同一管中的惰性氣體中產生非穩態沖擊波，這種壓力脈沖進一步擊碎張力波霧化的熔滴，從而使最終獲得的金屬粉末顆粒度細小均勻，大大提高了霧化效率，尤其適合于制備粒度在5微米 以下的微細粉末。它的優勢之一是開發出了“錘”型超聲振子，比傳統的兩金屬塊“三明治”振子提高了頻率、振幅與相位調制。只要選取適宜的超聲參數，對于大多數液態金屬都可進行高流速張力波霧化。它的另一大優勢是采用了難熔合金管振子，一直到2000℃都能保持良好的聲學特性，滿足潤濕要求，保持對熔態金屬的耐蝕力。雙重超聲霧化器在結構上突破了常規超聲張力波霧化器振子系統的結構模式，超聲霧化器換能器上置，變幅桿與管狀共振器采取獨特的“T”型對接方式，使得輻射面聲強顯著增加，減小了液滴粒度，超聲脈沖氣流可以進一步破碎霧化的液滴，從而得到更加細小的粉末顆粒，在減小粉末粒度和粒度分布區間的同時霧化效率得以顯著提高。但是，新型振子雙重超聲霧化技術目前仍處于封鎖階段，有關其設備組成及關鍵部件結構設計等具體內容尚未見公開報道，特別是振子系統的材料選擇和結構設計是開發該技術的難點、而超聲氣霧化噴嘴與管狀輻射器的在空間上的布置和組裝方式也是成功開發該技術的關鍵。

      2、離心-超聲霧化技術

      根據張力波理論，液膜鋪展厚度顯著影響金屬粉末顆粒尺寸，為促進金屬熔體在振動面的鋪展，研究人員采取了許多措施改善金屬饋液方式，其中德國開發出了一種離心流嘴，并將其用于金屬超聲霧化。熔體以一定流量流經流嘴時，通過渦流離心腔的導流作用，使流出的金屬液體形成空心錐結構，其螺旋形的流動軌跡加快了金屬液體在振動面上的鋪展，促進了液體沿周向的鋪展和薄液膜的形成，提高了金屬液體在整個振動面鋪展的均勻性，同時采用高頻、大功率壓電換能器，可以顯著減小霧化金屬粉末的粒度，大大提高金屬粉末霧化的產率與出粉率。

      3、非接觸式駐波超聲霧化

      針對高熔點、高活性金屬粉末易氧化、污染的特點，德國發展了一種非接觸式超聲霧化，即超聲抓波霧化，最突出的優點是可以將動能聚焦到一個很小的體積內，大大提高了能量密度，因而可進行高效霧化，制備窄粒度分布的球形微細粉末，在制備窄粒度分布的微細金屬粉末尤其是10微米的金屬粉末方面具有明顯優勢，并且液流與霧化器不接觸，具有節能、低耗和純凈的優點。對于制備平均直徑在10微米的錫粉，每公斤約耗電僅0.5度（不含熔煉）。超聲駐波霧化起源于早期的聲懸浮實驗，利用一個換能器和一個反射壁產生超聲駐波場，通過駐波聲場中的高密度聲能將液流霧化成細小液滴。隨著大功率超聲換能器的發展，并且將被動的反射壁換成另一個主動的超聲換能器，大大提高了霧化效率。進一步的發展是提高霧化腔室的壓力和增大換能器的振幅，可獲得更細的顆粒。但是，超聲駐波霧化的生產率低，為了獲得微細金屬粉末，需要1兆帕左右的圍壓以及50微米以上的振幅，這使得生產過程中金屬熔體的供應變得復雜，而且大的振幅也加劇了換能器的損壞，因此超聲駐波霧化尚處于實驗室研究階段。

       從國際范圍來看金屬超聲霧化技術還是一項處于發展中的球形微粉制備技術，其霧化理論和霧化工藝還在探索過程中，關鍵技術仍處于嚴格保密狀態。目前超聲霧化技術還僅在中、低熔點金屬的微粉制備上獲得應用。隨著金屬粉末種類和需求量的快速增加，其適用領域還將進一步拓寬。

（粉體圈  作者：梧桐）