产品介绍

  5月28日，中国科学院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。

  等离子体又叫做电浆，被认为是物质存在的第四态，是由电子、阳离子和中性粒子构成的整体呈电中性的物质集合体。

  高频感应热等离子体具有单位体积内的包含的能量大、温度高和冷却速率快等特点，同时，由于产生等离子体的感应线圈位于等离子体炬外，不会带来电极污染，且等离子体反应体系气氛可控，因此在制备和处理高纯度粉体材料方面有着非常明显的优势和潜力，是制备特种粉体的重要手段之一。

  利用热等离子体的高温和快速冷却过程，粗颗粒经等离子体弧高温气化，经过控制冷却速率能得到纳米粉体，利用该方法制备了纳米球形硅、铁、钴和镍等粉体，纳米硅粉可用于锂离子电池负极材料。

  高频等离子体制备纳米粉体装置包含等离子发生系统(用于产生激励电磁场)、不锈钢反应器、等离子体灯具、送料系统、气体配送系统、加料枪、产品收集系统和尾气排放系统等。高频热等离子体制备纳米粉体的实验过程分为3个步骤：第一步，产生稳定的等离子体弧；第二步，加料；第三步，收集产品。

  高频热等离子体弧不仅仅可以提供很高的温度，而且，等离子体产生的活性粒子可以在一定程度上促进反应进行，尤其是氢等离子体能够强化还原反应，为短流程制备纳米金属球形粉体提供了新的途径。采用化合物代替金属粉作为原料，在高频热等离子体中一步加氢还原制备纳米球形金属粉，既能够简化生产的基本工艺又可以相应地降低成本。

  球化是利用热等离子体温度高、单位体积内的包含的能量大等特点，将形状不规则的原料粉体迅速加热而熔化或气化，然后在极高的温度梯度下迅速冷却固化或沉积，最终得到球形粉体颗粒。具体处理过程与待处理材料的性质相关，材料的熔化温度和气化温度、粉体颗粒尺寸、粒径分布、致密度等都会对处理过程产生影响。

  具有固定熔点的不规则颗粒在等离子体弧中经熔融形成球形液滴，快速冷却能获得规则致密的球形颗粒。利用高频热等离子体能够直接进行系列粉体的球化，包括钼、铌、钛、铬、钒、镍、钛合金、镍合金和不锈钢等金属粉体，也能够直接进行氧化硅、氧化铝等粉体球化。等离子体制备的球形粉体可用于3D打印，同时，利用球形粉体的堆积可制备孔结构均匀的多孔基体，用于高温熔体的过滤和制备钨铜复合材料等。

  目前，热等离子体制备球形粉体技术仅适用于附加值较高的领域，其运行成本比较高仍是制约其大规模工业应用的主要障碍。因此，利用热等离子体工艺优势开发高的附加价值产品和大大降低等离子体运行成本是未来发展的主要方向。

  高频热等离子体的高温瞬态反应和快速冷却的特点为特种粉体制备提供了有效手段，能制备系列球形纳米粉体和对不规则颗粒进行球形化处理。未来发展应从两方面考虑：一是进一步提升热等离子体弧热量的利用率，这不仅包括增加弧的长度和均匀性，也包括提高弧的单位体积内的包含的能量；另一方面是调控颗粒在热等离子体弧中的运动行为，提高颗粒行为变化的可控性。

  具体而言，熔融球化需进一步拓展球化颗粒的粒度范围，调控颗粒生长过程，制备不同形貌的氧化物颗粒，重点需解决瞬态氧化过程颗粒大小的调控问题，而氢等离子体强化还原则需进一步研究颗粒生长的动力学过程。2021年6月17日上午9点-10点，中国粉体网旗下平台粉体公开课邀请到中国科学院过程工程研究所袁方利研究员作《高频感应热等离子体制备特种粉体》报告，届时袁研究员将首先介绍热等离子体的特点，然后，将概括介绍我们利用高频热等离子体制备特种粉体方面的研究布局；随后详细的介绍利用热等离子体开展的四个方面制备粉体的研究：①利用热等离子体的高温和快速冷却过程，粗颗粒经过等离子体弧高温气化，经过控制冷却速率能够获得纳米粉体，利用该方法制备了纳米球形硅、铁、钴和镍等粉体，纳米硅粉可用于锂离子电池负极材料；②具有固定熔点的不规则颗粒，在等离子体弧中熔融形成球形液滴，快速冷却获得了规则致密的球形颗粒，高熔点的钨、钼、铌、铬等粉体经球化得到了规则的球形粉体；③利用活性氢的瞬时强化还原反应，通过化学气相沉积制备了超细钨、钼、镍和铜等金属粉体。④活性氧有助于与调控颗粒的氧化生长过程，能轻松的获得多种特殊形貌的氧化物。最后，对热等离子体制备特种粉体的应用进行介绍。

  袁方利，博士，中国科学院过程工程研究所研究员。主要开展特种粉体材料制备与应用研究，重点围绕热等离子体制备特种功能粉体进行设备研制、粉体材料研发和应用研究。热等离子体技术制备纳米粉体材料设备研制获得863计划的支持，研发了高频热等离子体制备粉体装置，纳米球形氧化铝、氧化硅和球形难熔金属粉及纳米金属粉体等实现了宏量制备。

  发表SCI论文100多篇，获授权发明专利6项。2010年获北京市科技奖二等奖，2011年获中国石油和化学工业科技奖三等奖，2016获中国颗粒学会-赢创颗粒学创新奖。中国力学学会等离子体专业委员会委员，中国金属学会冶金过程物理化学分会委员，中国复合材料学会航天复合材料及应用专业委员会委员。

  【1】袁方利，等.高频热等离子体制备特种粉体研究进展.过程工程学报.2018年，18（6）.

  【2】袁方利，等.高频热等离子体制备纳米粉体材料研究进展.新材料产业.2012年.

  【3】袁方利，等.高频感应热等离子体在微细球形粉体材料制备中的应用.2013年，39（7）.

  ① 凡本网标注明确来源：中国粉体网的全部作品，版权均属于中国粉体网，未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品，应在授权范围内使用，并标注明确来源：中国粉体网。违者本网将追究有关规定法律责任。

  ② 本网凡标注明确来源：xxx（非本网）的作品，均转载自其它媒体，转载目的是传递更加多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责，且不承担此类作品侵犯权利的行为的直接责任及连带责任。如别的媒体、网站或个人从本网下载使用，必须保留本网注明的稿件来源，并自负版权等法律责任。

  ③ 如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起两周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。

  石英石企业要想长远发展，仍需系统的技术创新——访湖口东鹏新材料有限公司总经理徐仲宝

  配方、工艺一直在升级，提升产品“硬”实力——访东莞环球经典新型材料有限公司副总经理郭栋

  光触媒石英板材，既有真材实料，又有“表面功夫”——访云浮市利机石材有限公司总经理陆庆云

  锂电产业周报（下期）：欧洲两大在建电池厂叫停、4月全球动力电池装车量、全球首个“电池护照”......

  锂电产业周报（上期）：锂电企业入选全球100家最具影响力企业、国轩高科再获大众测试实验室认证、固态电池新动态......

  7月1日起！海外钛白粉企业康诺斯、科慕宣布涨价，国内淡季是否会加大出口量？

  粉体技术+设备提升，是我国陶瓷基板产业突破的关键——访南京航空航天大学傅仁利教授

  固态电池快报青岛能源所/上汽集团/东峰集团/华友钴业等发布固态电池新动态

  谈一谈碳化硅单晶技术发展动态与趋势——访天津理工大学功能晶体研究院徐永宽副院长

  色选机必读！6大优势、7条保养、8个建议……——访合肥谷鑫电子科技有限公司总经理桑海博

  日本电气硝子株式会社宣布开发出微晶玻璃基板（GC Core），在下一代半导体封装领域有着非常大的应用潜力。