盡管人們對(duì)超聲霧化技術(shù)的認(rèn)識(shí)有近一百年的歷史，但由于液滴的形成和霧化非常復(fù)雜，不僅在層狀液體表面存在張力波效應(yīng)，而且在液體與振動(dòng)表面還產(chǎn)生強(qiáng)烈的超聲空化效應(yīng)，而二者的綜合作用使超聲霧化液滴尺寸無法簡(jiǎn)單用線性理論來預(yù)測(cè)和解釋，因此到目前為止，對(duì)超聲霧化仍沒有一個(gè)公認(rèn)的理論模型。近年來隨著計(jì)算機(jī)模擬和超高速攝影等研究手段的不斷完善，對(duì)高頻、高速狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)規(guī)律研究再次引起人們的關(guān)注，國(guó)外關(guān)于金屬超聲霧化理論與應(yīng)用的研究一直在持續(xù)，開發(fā)出了一些新的粉體技術(shù)。

      1、超聲振動(dòng)霧化-超聲氣霧化雙重超聲霧化技術(shù)

        為了進(jìn)一步提高金屬粉末產(chǎn)率，細(xì)化金屬粉末粒度分布范圍，研究人員在超聲振動(dòng)霧化基礎(chǔ)上成功開發(fā)出一種新型振子系統(tǒng)雙重超聲霧化技術(shù)，可工業(yè)化生產(chǎn)微細(xì)和超微納米結(jié)構(gòu)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(dòng)霧化）有機(jī)結(jié)合起來，克服了它們各自的局限性。新裝置分兩步擊碎熔態(tài)金屬，從而解決了熔體流量不能過大的問題。熔態(tài)金屬流首先導(dǎo)向由超聲頻率激發(fā)的管狀共振器的內(nèi)壁，熔態(tài)金屬潤(rùn)濕這種振動(dòng)基體，通過振動(dòng)張力波霧化被擊碎。同時(shí)，在進(jìn)入同一管中的惰性氣體中產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)沖擊波，這種壓力脈沖進(jìn)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(xì)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(xì)粉末。它的優(yōu)勢(shì)之一是開發(fā)出了“錘”型超聲振子，比傳統(tǒng)的兩金屬塊“三明治”振子提高了頻率、振幅與相位調(diào)制。只要選取適宜的超聲參數(shù)，對(duì)于大多數(shù)液態(tài)金屬都可進(jìn)行高流速?gòu)埩ΣF化。它的另一大優(yōu)勢(shì)是采用了難熔合金管振子，一直到2000℃都能保持良好的聲學(xué)特性，滿足潤(rùn)濕要求，保持對(duì)熔態(tài)金屬的耐蝕力。雙重超聲霧化器在結(jié)構(gòu)上突破了常規(guī)超聲張力波霧化器振子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式，超聲霧化器換能器上置，變幅桿與管狀共振器采取獨(dú)特的“T”型對(duì)接方式，使得輻射面聲強(qiáng)顯著增加，減小了液滴粒度，超聲脈沖氣流可以進(jìn)一步破碎霧化的液滴，從而得到更加細(xì)小的粉末顆粒，在減小粉末粒度和粒度分布區(qū)間的同時(shí)霧化效率得以顯著提高。但是，新型振子雙重超聲霧化技術(shù)目前仍處于封鎖階段，有關(guān)其設(shè)備組成及關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等具體內(nèi)容尚未見公開報(bào)道，特別是振子系統(tǒng)的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是開發(fā)該技術(shù)的難點(diǎn)、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(fā)該技術(shù)的關(guān)鍵。

      2、離心-超聲霧化技術(shù)

      根據(jù)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(jìn)金屬熔體在振動(dòng)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(guó)開發(fā)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(jīng)流嘴時(shí)，通過渦流離心腔的導(dǎo)流作用，使流出的金屬液體形成空心錐結(jié)構(gòu)，其螺旋形的流動(dòng)軌跡加快了金屬液體在振動(dòng)面上的鋪展，促進(jìn)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(gè)振動(dòng)面鋪展的均勻性，同時(shí)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(chǎn)率與出粉率。

      3、非接觸式駐波超聲霧化

      針對(duì)高熔點(diǎn)、高活性金屬粉末易氧化、污染的特點(diǎn)，德國(guó)發(fā)展了一種非接觸式超聲霧化，即超聲抓波霧化，最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以將動(dòng)能聚焦到一個(gè)很小的體積內(nèi)，大大提高了能量密度，因而可進(jìn)行高效霧化，制備窄粒度分布的球形微細(xì)粉末，在制備窄粒度分布的微細(xì)金屬粉末尤其是10微米的金屬粉末方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，并且液流與霧化器不接觸，具有節(jié)能、低耗和純凈的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)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(shí)驗(yàn)，利用一個(gè)換能器和一個(gè)反射壁產(chǎn)生超聲駐波場(chǎng)，通過駐波聲場(chǎng)中的高密度聲能將液流霧化成細(xì)小液滴。隨著大功率超聲換能器的發(fā)展，并且將被動(dòng)的反射壁換成另一個(gè)主動(dòng)的超聲換能器，大大提高了霧化效率。進(jìn)一步的發(fā)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(xì)的顆粒。但是，超聲駐波霧化的生產(chǎn)率低，為了獲得微細(xì)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(chǎn)過程中金屬熔體的供應(yīng)變得復(fù)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(shí)驗(yàn)室研究階段。

       從國(guó)際范圍來看金屬超聲霧化技術(shù)還是一項(xiàng)處于發(fā)展中的球形微粉制備技術(shù)，其霧化理論和霧化工藝還在探索過程中，關(guān)鍵技術(shù)仍處于嚴(yán)格保密狀態(tài)。目前超聲霧化技術(shù)還僅在中、低熔點(diǎn)金屬的微粉制備上獲得應(yīng)用。隨著金屬粉末種類和需求量的快速增加，其適用領(lǐng)域還將進(jìn)一步拓寬。

（粉體圈  作者：梧桐）