最近，四川大学高分子材料工程国家重点实验室增添了一台特殊的粉体设备用于电池材料的研发，叫做等离子球磨机。

这是一种将冷场放电等离子体引入到机械球磨中的特种超细粉末合成设备，不仅极大提高了机械球磨制备材料的效率, 而且通过形成独特的结构显著提高了材料的性能; 此外, 还有可以建立新的材料生产制备工艺。

在制备超细粉末、合成化合物、粉末表面改性、复合材料制备、气固反应和超细片状粉末合成等方面具有巨大的优势和应用前景。粉体圈小编联系了该项目团队的鲁老师，粗浅了解部分相关信息为大家做个介绍。

图1 等离子球磨机

该技术是由华南理工大学材料学院朱敏教授在研究外加物理能场协同作用提高机械球磨效率等课题时，于2004年首次提出的，结合相关设备的特点和构造，最终选择将等离子体技术嫁接到了振动球磨机上。并利用该技术先后制备了20多种新型粉体材料，于2016年3月才正式推出了商业化产品（Plasma-BM-L和Plasma-BM-S两个系列）。简单的说，该产品的设计理念是使粉体在球磨过程中不仅受到机械破碎和冲击作用，同时还受到等离子体的热冲击效应和活化效应；据介绍，目前该设备已在单质金属、氧化物、硬质合金、锂离子电池材料、片状涂层材料和储氢材料等方面有较好的应用。

图2 球磨罐中的等离子体放电结构示意图

大多数人对于等离子体方面的知识储备有限，好在本文目的也并非是理论研究的阐述，而是侧重于描述该理论与实际应用相结合的特点。首先需要说明的是等离子体，气体在放电过程中产生大量的正负带电粒子、电子和中性粒子以及自由基组成的表现出集体行为的一种准中性气体，其中具有高能、高速、高温的脉冲电子轰击到被机械破碎的粉末表面，造成粉末微区的瞬间高温和表面活性。

‍‍‍‍图3 球磨罐中的等离子体放电现场照片‍‍‍‍‍‍‍‍

该设备具有6大特点：（1）极大提升了粉磨效率，对特定粉体样品的制备时间可以有十倍甚至数十倍的缩减，同时，等离子体由纯净气体电离而产生, 故热源纯净、清洁, 对粉末不产生污染；（2）高能高速高温的脉冲电子轰击材料表面，增加粉体表面微区的热应力、应变，导致材料的“热爆”现象，有利于制备超细粉体颗粒（低于5微米以下）；（3）提高化合物合成效率，以WC-Co为例，等离子球磨的W-C-Co混合粉体合成WC的温度可以降低300℃到500℃，这主要归因于等离子体中的物质微粒都具有高活性，吸附沉积在粉体表面后引起材料表面高能活化，提高粉末的扩散能力；（4）由于等离子体的“电离”特征，有利于等离子球磨在常温常压条件下实现气-固反应，制备出新材料粉体，如氨气等离子球磨条件下与Ti粉合成氮化钛；（5）制备新型复合材料，以石墨基复合材料为例，等离子球磨使得石墨基体更容易被纳米化但仍保持较好的层状结构，并且有利于少量石墨烯的生成，避免了普通球磨导致石墨的非晶化现象， 保证了电极材料良好的结构稳定性；（6）有利于制备超细（1-5微米左右）多层次复合片状结构的金属材料，在片状涂层材料等方面具有良好应用前景。

为了避免打广告的嫌疑，小编当然也要问及带有“痛点”的问题，而等离子体对于球磨过程中会发生快速放热的材料体系确实存在一定瑕疵，主要表现在安全隐患方面，比如铝粉和氧化锡混合球磨，比如湿磨大量使用酒精等情况，由于氧化还原导致的快速放热状况，应力求避免发生。

最后简单总结的话，等离子体技术结合球磨的运用，决定了该设备擅长的材料领域包括了，单相或者多相的金属材料、介电常数比较高的氧化物等非金属材料，粉体圈也会持续跟进了解并报道，包括“等离子球磨机”在内的先进工艺技术以及相关粉体设备，建立粉体和粉体装备之间的桥梁。

粉体圈 启东