卷对卷丝网印刷机
前⾔
⽓体雾化法制备的粉体粒度⼩，球形度⾼，氧含量低，流动性好，能够进⾏⼤规模的⼯业化⽣产。经过不断的发展后，⽓雾化制粉技术已经成为了⽣产⾼性能球形⾦属及合⾦粉体的主要⽅法。[1-2]
01
⽓雾化技术起源于20世纪20年代，美国⼈Hall.E.J⾸先使⽤空⽓雾化铜合⾦粉体。早期的雾化技术使⽤的是⾮限制式（也称⾃由落体式）雾化喷嘴，这种雾化喷嘴的特点是⽓体出⼝距离⾦属液有⼀段较长的距离，⾃由落体式喷嘴设计简单，但雾化能⼒较差，只适合粒度较⼤的合⾦粉体⽣产。对于化学活性⾼的⾦属及合⾦，⾃由落体式雾化喷嘴仍然是很好的选择，因为雾化过程中⾦属液⾃由落下，避免了与中间包及导流管的直接接触，使得熔融态⾦属的合⾦成分不会受到影响。
在⾮限制喷嘴的基础上，随后发展出限制式雾化喷嘴，这种喷嘴的最⼤特点是结构紧凑，⼤⼤缩短了⽓体与熔体之间的作⽤距离，减⼩了⽓体动能损失，能够得到更为细⼩的粉体，使得雾化效率显著提⾼。但是这种喷嘴设计较为复杂，存在反喷及导流管堵塞等问题，所以之后⼀段时间的研究主要集中在改进
限制式喷嘴的问题上。
图1 ⾃由落体式喷嘴与限制式喷嘴 [3]
在20世纪50年代以前，⼈们普遍使⽤空⽓作为雾化介质来雾化合⾦粉体。所以早期的得到的合⾦粉体的含氧量⽐较⾼，随后发展出的惰性⽓体雾化的⼯艺，采⽤氮⽓和氩⽓等惰性⽓体作为雾化介质，降低了含氧量。为了改进雾化中存在的问题，提升雾化效率，随后⼈们⼜发展出⼀系列的⽓雾化技术，如超声⽓雾化、⾼压⽓雾化、层流⽓雾化、热⽓体雾化技术、离⼼压⼒雾化和电极感应⽓雾化等。⽓雾化技术在不断发展，⽅法越来越多样化。 [4]
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⽓雾化原理与关键技术
⽓雾化的原理是利⽤⾼速⽓流将液态⾦属流粉碎为⼩液滴并快速冷凝成⾦属粉体的过程见图2。
图2 ⽓雾化制粉原理⽰意图 [5]
陶瓷接线柱
⽓雾化制粉技术中决定粉体综合性能（粒度及分布特征、形貌、含氧量及产率等）的技术关键是要严格控制雾化器结构、雾化介质和⾦属液特性等环节的⼯艺参数，见图3。对雾化器结构必须重点控制喷嘴结构、导液管结构及位置，以利于雾化⽓流获得最⼤动能，并最⼤限度将其转变为粉体表⾯能；针对某⼀特定的喷嘴时，重点改进雾化介质和⾦属液的⼯艺参数，得到该类型喷嘴的最佳雾化⼯艺参数与粉体特性的关系，⽤以对粉体的⽣产进⾏优化和维护。
图3 ⽓雾化制粉关键技术⽰意图 [6]
03
⽓雾化主体设备⼯艺分型
按照设备加热元件不同，⽓雾化法可分为以下⼏种：真空感应熔炼惰性⽓体雾化法（VIGA法）、等离⼦熔炼感应⽓体雾化法（PIGA法）、⽆坩埚电极感应熔化⽓体雾化法（EIGA法）和等离⼦⽕炬雾化法（PA法）。 [7] 3.1 真空感应熔炼惰性⽓体雾化法（VIGA法）
真空感应熔炼由于硬件设备和坩埚的限制，加热温度往往最⾼只能达到1500～1600℃。并且由于使⽤陶瓷坩埚和导流嘴的影响，会在合⾦熔体中代⼊杂质，影响制备⾦属粉体的纯净度。
图4 真空感应熔炼惰性⽓体雾化法⽰意图
石墨转子3.2 等离⼦熔炼感应⽓体雾化法（PIGA法）
PIGA法和传统雾化法的区别有两点：第⼀，不同类型加热源；第⼆，采⽤⽔冷铜坩埚取代了传统的陶瓷坩埚，1985年发现并将⽔冷铜坩埚技术引⼊球形钛粉的制取领域。 [8]
⾸先，PIGA法采⽤等离⼦热源从⽽提⾼了加热源的稳定性和效能，尤其对于⾼温⾦属。其次，PIGA法采⽤⽔冷铜坩埚，⾦属液流在与⽔冷铜坩埚接触时，在坩埚表⾯形成⼀层母体⾦属层，隔绝后续⾦属液流和铜坩埚壁的直接接触，提⾼了制备⾦属粉体的纯净度。 [9]
3.3 等离⼦⽕炬雾化法（PA法）
PA法是由加拿⼤AP＆C公司独有的⾦属粉体制备技术。原理是通过将⾦属丝材通过矫直机按照⼀定的速率加⼊等离⼦热源熔化，之后熔融⾦属液滴通过⾼压⽓体进⾏雾化。使⽤PA法制备粉体有球形度⾼、纯度⾼、含氧量低的特点。但是由于其原料为原料丝，所以提⾼了原料成本，并且局限了其制备⾦属粉体的种类。
图5 等离⼦⽕炬雾化法⽰意图 [10]
3.4 ⽆坩埚电极感应熔化⽓体雾化法（EIGA法）
EIGA法是将预制合⾦棒作为电极，通过感应熔炼线圈和控制垂直送料速度的参数将旋转的棒料电极熔化并雾化的过程。［11－12］
从其⼯作原理模式可以得出EIGA法优点在于不使⽤陶瓷坩埚，减少母合⾦中的杂质，⼤⼤提⾼了雾化
粉体的纯净度。同样EIGA法缺点也很明显，合⾦预制棒材相较于合⾦锭料成本较⾼，并且棒材合⾦均匀性对雾化后粉体化学成分有较⼤影响；控制⾦属棒材熔化速率的⽅式难以把握，容易造成液流断流和“断棒”使得导流管阻塞。
图6 ⽆坩埚电极感应熔化⽓体雾化法⽰意图 [13]
图6 ⽆坩埚电极感应熔化⽓体雾化法⽰意图 [13]
结语
作为⾦属及合⾦粉体的主要制备⼿段，⽓雾化制粉是⼀个包含复杂物理化学变化的过程，雾化机理仍未彻底明晰，对应的系统性理论指导仍未建⽴，所以存在着雾化器设计困难，设备标准不统⼀，设备研发、⽣产成本⾼等问题 [14] 。近年来，随着⾦属增材制造产业的发展，⽓雾化技术的发展已经⽆法满⾜⾦属粉体⽣产⾏业的需求 [15] 。
参考⽂献
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