第30卷第7期强激光与粒子束V o l.30,N o.7 2018年7月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S J u l.,2018
江汇，余德平，吕程，熊志强，姚进
(四川大学制造科学与工程学院，成都610065)
摘要：为研究非转移弧层流等离子体制备面向新材料领域的μm级球形氧化铝粉末的能力，使用自制
的非转移弧分段式阳极层流等离子体球化设备，以载气送粉的方式，对η相的不规则μm级三氧化二铝粉末进
行等离子体球化处理，并采用均匀设计法，研究等离子体发生器和送粉器不同的工作参数对氧化铝粉末球化率
的影响规律㊂结果表明，实验所采用的直流非转移弧层流等离子体发生器能有效制备球化率接近100%的高
球化率球形氧化铝粉末㊂实验发现，高球化率㊁高分散性和粒径大小均匀的球形氧化铝粉末可在不同工艺参数
水化硅酸钙>扭剪型螺栓
组合下制备，并证明了采用非转移弧分段式阳极层流等离子体发生器可实现较低功率下制备较高球化率球形
氧化铝的可行性㊂实验还通过X R D与P D F卡片索引技术对球化前后的氧化铝粉末进行了物相定性分析，发
现η相的氧化铝粉末经射流作用转化成了C o r u n d u m型的氧化铝粉末㊂
关键词：层流等离子体束；等离子体球化；球形氧化铝粉末；高球化率；物相定性分析
中图分类号: T F123文献标志码: A d o i:10.11884/H P L P B201830.170500球形氧化铝粉末具有良好的流动性和分散性，高的振实密度和松装密度，被广泛用于绝缘散热材料添加物[1]，脱模剂，以及耐磨耐蚀涂层的制造等诸多领域㊂因此，制备粒径分布窄㊁粒径可控㊁高化学纯度，高球化率高的氧化铝粉末是近年来的研究热点㊂在众多制备球形氧化铝粉末的途径中，热等离子体因具有较高的温度(~104K)和能量密度(104~106W㊃c m-2)，因用其制备球形粉末的制备工艺流程短，制备工艺连续性高，球化率和化学纯度高，以及设备维护性好等优点而受到青睐㊂毛刷制作
国内外研究人员采用不同类型的等离子体发生器，从等离子体发生器和送粉器的工作参数对球化前后粉末的球化率㊁晶相变化㊁粒径变化㊁化学成分和化学纯度变化进行了相应研究[2-9]㊂其中，非转移弧等离子体发生器在制备球形氧化铝的可行性被一些学者所证明㊂例如,L e e等人[10]使用一台非转移弧等离子体发生器，在不同的主气成分和功率下球化粒径分布为65~185μm的氧化铝粉末，并对球化前后粉末的球形度㊁内部结构㊁晶相变化㊁涂层性能进行了研究，制备了球形度较高的空心球形氧化铝粉末，且主要为α相，用其制作的涂层性能优良㊂S u r e s h等人[11]采用非转移弧等离子体发生器作为热源,A r为载气和等离子体工作气，在16k W 的工作功率下，对40~100μm的不规则商用氧化铝粉末进行球化，制备了μm级的球形氧化铝粉末，分析了球化过程中的熔融过程，对球化前后氧化铝的晶相变化，颗粒化学元素组成，表面形貌进行了表征，发现产物中α相含量最高(约67.93%)，球化率为71%，指出颗粒冷却速率和收料位置是影响产物晶相变化的重要参数㊂虽然采用电弧等离子体制备球形氧化铝粉末的可行性得到了验证，但目前这些研究所采用的发生器的阳极结构特征均为一体式，都以A r作为主要的工作气体，温度不及N2电弧等离子体高，且射流处于波动特性大的湍流状态，易与周围的大气快速混合，轴向温度梯度大，长度短(S u r e s h等人所使用的发生器产生的射流长度只有5c m)，使得粉末在射流高温区无法长时间滞留，粉末受热不够充分均匀，球化率较低㊂并且，与更为主流的射频等离子体相比，电弧等离子体还存在射流流速过高，高温作用域没有射频等离子体大等缺点㊂所以，降低射流流速，扩大高温作用域成为提高其对粉体材料球化率的有效途径㊂炉温控制系统
封装外壳工业盐水
C a o等人[12-13]采用分段式阳极结构开发了分段式阳极层流等离子体发生器，在使用N2为工作气体时，该发生器射流长度长，射流稳定性高，能在较宽的工作范围下产生同轴度较高的层流电弧等离子体㊂本文以该发生器作为热源，以吸刮式载气送粉器作为粉末送粉装置，研究等离子体发生器和送粉器工作参数的变化对球化率的影响规律，探索该发生器在较低功耗下制备高球化率球形氧化铝粉末的能力㊂
*收稿日期:2017-12-12；修订日期:2018-03-15
基金项目：四川省科技厅高新技术发展与产业化重点研究项目(2017G Z0096)
作者简介：江汇(1990-)，男，硕士研究生，从事非转移弧等离子体在制备球形微纳米粉末材料领域的设备开发与工艺研究;
j i mm y125099@163.c o m㊂
通信作者：余德平(1984-)，男，副教授，博士，主要研究领域包括先进制造技术㊁等离子体技术及应用等;w i l l i a m y d p@s c u.e d u.c n㊂
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