中国粉体网讯近期，华南理工大学国家大学科技园与广东华欣材创科技有限公司联合举办新品发布会，推出全球首台20L级等离子高能球磨设备、/span>
有业内人士表示，这标志着粉末制备技术领域取得重大突破。为何评价如此之高？
传统的高能球磨依靠单一的机械能输入，存在效率低、能耗高、粉末污染等问题，极大地限制了其在高性能材料制备中的应用。近年来，在球磨过程中引入其他能量场并通过多场协同球磨技术来解决上述问题的方案引起研究人员和工业界的重视、/span>
广东华欣材创科技有限公司研发的等离子高能球磨技术，创新性地在球磨罐引入冷场等离子体，通过高能量电子与机械冲击力协同作用，大大加快了材料细化、合金化与活性激活的过程，有效攻克了传统技术的难题、/span>
高能量电子与机械冲击力协同作用是指什么，对粉体制备有什么作用？
1?/span>等离子体与球磨耦合原理
迄今为止，用于对球磨进行辅助或协同的外能量场主要包括超声波、磁场、等离子场、温度场和电场等。等离子体是由大量的正离子、负离子、电子、中性粒子以及自由基团等组成的集合体，它的能量范围比常规的固态、液态、气态都大，被称为物质的第四种状态、/span>
其中，冷场等离子体主要采用电晕放电、微波放电、辉光放电和介质阻挡放电等方法产生，其放电区域内含有大量的高活性粒子，如电子（0?0eV）、离子（0.03?.05eV）、亚稳态粒子（0?eV）等、/span>
(a、b)等离子球磨技术的原理国(c—e)不同气压条件下的Ar放电现象
具体而言，将冷场等离子体引入到球磨过程的方案具有以下特点:
?）体系宏观热量低，而冷场等离子体的电子温度极高（～104K），且以脉冲的形式存在。放电脉冲可以对粉体的微区瞬时加热，该效应受材料自身的热学特性、形状尺寸等因素的影响。而在脉冲间隔内或离开等离子体时，粉体温度又急剧下降，这样反复升温、降温的过程可诱发巨大的热应力，从而促进粉体破碎细化。同时，磨球碰撞引起材料变形的机制也因脉冲电子的加热作用而发生变化、/span>
?）等离子体由纯净气体电离产生，热源清洁而不产生污染，放电区域的电子能量＇span style="font-size: 16px;">?0eV）高于大部分气体分子的键能。因此，高能电子将通过非弹性碰撞过程离解、电离、激发背景气体分子，从而产生大量的活性物种与被球磨粉体进行作用、/span>
?）在电场加速下，高能电子撞击在被球磨粉体表面，产生大量晶格畸变、错位、原子空位等缺陷，同时电子流过粉体，在其运动方向上对原子迁移产生驱动力，促进原子扩散并增大晶格内的空位浓度。由于缺陷的存在，等离子体的活性物质很容易在球磨粉体的新鲜表面发生吸附作用，从而改变材料的活性，使得原子扩散、相变和化学反应更容易进行、/span>
2?/span>等离子体与球磨耦合技术应?/span>
已有研究结果表明，等离子球磨技术在润滑材料、石墨烯材料、金属陶瓷材料、储氢材料等的制备方面显示出独特的优势和应用价值、/span>
＇/span>1（/span>润滑材料
在等离子球磨片状纳米Cu粉的过程中加入硬脂酸，利用等离子体使硬脂酸的C=O断裂，再发生Cu-O键合，即硬脂酸以Cu-O的形式与Cu核形成稳定的化学键合，而非像普通球磨那样通过简单的物理吸附来实现对纳米Cu粉的表面改性。由于粉体表面键合了非极性长链基团，这些基团展露在外能与其他有机介质亲和，减小界面张力，从而使粉末转变为亲油疏水性，在润滑油中表现出良好的分散稳定性，该方法也可用于改善金属氧化物在润滑油中的分散稳定性、/span>
＇/span>2（/span>石墨烯材斘/span>
在球磨碳材料的过程中，磨球间频繁的剪切摩擦提供了有效的机械剥离作用，理论上能产生少量的石墨烯。等离子球磨将机械剥离与等离子体剥离耦合，能够实现对碳材料特殊的剥离效果，得到少层石墨烯包覆纳米粒子的层状复合材料和少层石墨烯增强结构材料、/span>
＇/span>3（/span>碳化物基金属陶瓷粉末
等离子球磨提供了一种快速诱导自蔓延/扩散形核反应合成碳化物基金属陶瓷粉末的有效方法，而且可以通过改变放电强度和反应物成分的配比，来实现反应速率的调控、/span>
＇/span>4（/span>氮化物基金属陶瓷粉末
与普通球磨工艺相比，采用等离子球磨技术诱发原位气-固反应的增益效果，在合成TiN、AlN等氮化物基金属陶瓷粉末方面具有显著的优势、/span>
＇/span>5（/span>储氢材料
与普通球磨相比，等离子球磨金属Mg、In很容易制备Mg（In）储氢固溶体。当放电强度较高时，采用聚四氟乙烯为介质阻挡层的电极，该电极还将产生F-并与纯Mg反应，生成少量MgF2相。原位生成的MgF2对Mg（In）固溶体的吸放氢反应具有良好的催化作用，形成的Mg（In?MgF2复合体系的放氢激活能?27.7kJ/mol，可逆放氢量?.16%、/span>
＇/span>6（/span>羰基铁粉
等离子球?h可得到片径在4?0μm、平均晶粒尺寸约18nm的片状还原铁粉，等离子球?h可形成中位径?.5μm、平均厚度约0.6μm、平均晶粒尺寸约9nm的片状羰基铁粉。与普通球磨相比，等离子球磨制备的片状羰基铁粉径厚比大、形状各向异性强，导致其吸波性能得到了改善。制成同轴样品后，采用模拟厚度法测得其反射损耗最大达?25dB，在13.6?6.7GHz频率范围内的反射损耗均低于-10.0dB，频带宽度约3GHz、/span>
结语
目前，等离子体与高能球磨结合技术已实现商品化，放电电极和与之配套的球磨罐具有多种规格，能满足实验室研究和批量化的生产需求，在多家高校和企业中投入使用、/span>
参考来源：
广东华欣材创科技有限公司
刘员环：等离子球磨技术在材料制备中的应用，华南理工大?/span>
刘员环：吸波铁粉制备等离子球磨粉体细化机制探索及片状，华南理工大
(中国粉体网编辑整?昧光)
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