近年来，随着技术的发展，应用于航空航天、交通运输、建材等领域的材料越发追求轻量化，因此具有具有稳定空腔结构的陶瓷空心颗粒成为了人们关注的热点。陶瓷空心颗粒的表面为封闭陶瓷化壳体，内部封闭例如大量空气的微小颗粒，这种特殊的结构除了赋予它空心结构密度低、质量轻的优点，还兼具了陶瓷材料高强度、耐烧蚀、耐化学腐蚀、热导率低、隔声、电绝缘性强等优点，是应用最为广泛的空心颗粒。

现有的陶瓷空心颗粒制备方法主要包括模板法、溶剂热法、喷雾干燥法和等离子烧结法等，其中喷雾干燥法无需使用模板剂，利用喷雾装置使前驱溶液雾化，在表面张力的作用下，液滴自动形成球形雾滴，雾滴表面的溶剂在高温下迅速蒸发，即可获得中空球形颗粒，但由于溶剂蒸发所导致溶质的析出或者内部压力过大，制备出的陶瓷空心颗粒壳层往往很薄或者壳层在微观上呈多孔的结构，使得力学性能大打折扣，针对这一问题，中国科学院过程工程研究所的袁方利研究员将喷雾造粒与热等离子体高温瞬态烧结相结合，实现高强度陶瓷空心颗粒的制备。

以微米氧化铝为原料的喷雾干燥产品

(a)光学显微境照片，(b)扫描电镜照片

热等离子体具有温度高，能量密度大，导热快，冷却速率快等特点，当一个在微观上具有不均匀的内部形貌和微孔结构的喷雾干燥颗粒进入热等离子体火焰中后，表面会被迅速熔化，此时熔融的颗粒因表面张力形成球形液滴，并在球化过程中消除了表面孔隙，抑制内部气体的外溢，随着热量被不断传输到喷雾干燥颗粒的内部，内部的纳米粒子也将逐渐被融化/烧结，并且在温差和表面张力的作用下逐步向外层迁移，使得陶瓷壳体逐渐变厚，从而形成一个具有高强度的陶瓷空心颗粒。

经热等离子体高温瞬态烧结后的微米氧化铝喷雾干燥颗粒

(a)光学显微镜照片；(b)(c)扫描电镜照片；(d)空心颗粒截面照片

这一创新的制备方法充分发挥了热等离子体的优势，不仅提高了陶瓷空心颗粒的力学性能，一些易挥发的杂质或能与气氛发生反应的物质在高温热等离子弧和可控气氛下能够脱离体系，原材料纯度也能因此大大提升，为陶瓷空心颗粒在高端领域的应用提供了更为丰富的可能性。

作为热等离子体技术制备粉体材料的资深专家，2023年12月13-15日，在江苏连云港市举办的“中国电子材料行业协会粉体技术分会2023年年会”上，袁方利教授将在现场分享报告《高频热等离子体制备空心颗粒研究》，重点介绍利用喷雾造粒与等离子体高温瞬态烧结相结合制备氧化物空心颗粒原理及研究进展，包括氧化硅、氧化铝、氧化锆及复合氧化物空心颗粒。同时，介绍了调控空心颗粒壁厚和强度的基本思路。最后，给出了空心颗粒的未来发展展望。

报告人简介

袁方利，研究员，博士生导师。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，实现了纳米球形氧化铝、氧化硅和球形难熔金属粉及纳米金属粉体等的宏量制备;开展了硼化物和碳化物等超高温陶瓷粉体研制，实现了超高温陶瓷粉体的批量化制备。发表SCI论文100多篇，获授权发明专利6项。2010年获北京市科学技术奖二等奖，2011年获中国石油和化学工业科学技术奖三等奖，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。

参考来源：

陆晨.热等离子体制备高强度陶瓷空心微球的研究[D].中国科学院研究生院(过程工程研究所).

粉体技术分会年会会务组

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