科学技术的飞速发展，使得先进电子设备逐渐朝着微型化方向发展。与此同时，设备产生的热量也在成倍递增，对系统的散热提出了很高的要求。球形的导热粉体材料因具有较高的比表面积、高流动性、填充量大、可大规模生产等特点，在提升导热产品性能、赋予导热产品独特功能以及提高导热产品附加值方面具有显著效果，因而在一众形貌各异的导热粉体材料中脱颖而出。接下来，小编将为大家详细介绍目前市面上主流的球形导热粉体材料制备技术。

1、机械整形法

机械整形法是一种通过高速冲击式磨机、介质搅拌磨等粉碎设备产生的碰撞、摩擦、剪切等作用力对颗粒进行加工，使其棱角在冲击力的作用下变得光滑圆整的方法。在加工的过程中往往需要精确调整磨机的转速、研磨介质的填充、研磨介质与物料的配比、研磨介质的尺寸等参数，使设备产生的研磨破碎作用力控制在合理的范围内，否则会把粉体颗粒破碎，导致颗粒整形的失败。这种方法具有工艺简单、环保、可实现大规模工业化生产等优势，但其对于物料的适用性较弱，无法保障加工后的粉体球形率、振实密度、加工产率等指标，因而仅适用质量要求较低的球形粉体制备。

球磨示意图（图源：文献5）

2、喷雾干燥法

喷雾干燥法是一种将液态物质通过雾化器细化为微小液滴，再利用热空气流使液滴中的大部分水分迅速蒸发，从而得到粉末或细颗粒成品的方法。这个过程中可以通过改变进出口温度、壁材、进料速度、干燥温度等参数，得到粉末粒度、形状、密度、分散性、流动性等参数可控的产品。喷雾干燥法具有工艺简单、生产效率高、产物性能易控制等优点，但存在设备占地面积大、废气、废液等回收装置成本高、热效率不高等问题。目前常用于军工炸药、电池、食品、制药等领域，

（图源：文献1）

3、化学气相沉积法

化学气相沉积法是以气态的物质为原料，通过化学反应生成所需要的化合物，再经快速冷凝，制得各类物质的超细球形粉体的方法。这个过程主要包括化学反应、形核、晶粒生长、粒子凝并与聚结四部分，其中前三个部分是在短时间内完成的，后期的凝并与聚结对于粉体颗粒的尺寸、结构、形貌等起决定性作用。通过化学气相沉积法制备的球形粉体纯度高、粒径分布窄，具有较好的分散性、均匀性，能够在高温、低温或常温的环境下持续稳定的进行生产，但这种方法存在对实验条件和设备要求较高，成本昂贵的问题。

化学气相沉积法中粉末颗粒生长过程及反应器温度梯度示意图（图源：文献2）

4、水热法

水热法是指在密封的压力容器（反应釜）中，以水或有机溶剂作为反应介质，在高温高压的条件下进行化学反应，从而制得球形粉体的方法。在这个过程中，主要通过调节水热温度、水热时间、pH、溶液浓度等参数来有效控制颗粒的形貌、尺寸、结晶度。相较于其他工艺，水热法所需设备单一，工艺流程简单，可制备的粉体种类多，制成的粉体纯度高、分散性好、晶形好、产量高，但存在反应周期长，反应过程无法直接观察，制备成本较高，设备价格昂贵的问题。

水热法实验流程图（图源：文献7）

5、沉淀法

沉淀法是指将制备粉体的可溶性无机盐按照所需比例配置成溶液，使各元素呈游离状态，再选择合适的沉淀剂加入到金属盐溶液中，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶经脱水、加热分解等步骤，制成所需的超细球形粉体。这个过程中，主要通过调节沉淀的反应条件，如静置陈化、缓慢搅拌、改变溶液环境等因素来控制晶体的生长速度，从而达到控制粉体粒径、形状的目的。沉淀法所需的设备简单、过程易操作、工业化前景好，可适用于多种材料的制备，但存在制成的球形粉体粒径较大、球化率低、粒径分布不规律的问题。

6、溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法通常可分为溶胶制备、凝胶形成和球形粉体形成3个阶段，首先将原料在液相的状态下混合均匀，在一定的条件下通过水解、缩合反应形成稳定的透明溶胶，再经过胶凝作用转化成具有三维网络空间的凝胶，最后经干燥、热处理等步骤得到所需要的球形粉体。在这个过程中，需要对溶剂的加水量、反应温度、pH值、搅拌速度、煅烧速度等因素进行精确控制，从而得到理想的粉体形貌及粒径。通过溶胶-凝胶法制备出的球形粉体纯度高、粒度小、单分散好、均一性好，是目前实验室制备超细球形粉体最常用的方法，但颗粒在干燥时的收缩性较大，极易形成团聚体。

7、微乳液法

微乳液法是指在表面活性剂的作用下，使两种互不相溶的溶剂形成均匀分布的乳液，从乳液中析出固相的方法。这一方法可以使成核、生长、聚结等过程都在一个微小的球形液滴内进行，最后经过凝聚、冷却制得球形粉体。通过微乳液法制得的球形粉体粒径分布均匀、不易团聚、粉体球化率高、所需设备简单易操作，可通过控制试剂用量、体系pH、反应温度等因素得到不同粒径的球形粉体，但该方法存在制备成本较高，制备过程复杂、不利于环保，制得的粉体的分子间隙大等问题。

微乳液法流程示意图（图源：文献8）

8、高温熔融法

高温熔融法是一种新兴的球形粉体材料制备技术，主要是将粉体原料放入电弧炉、感应炉、高炉等加热装置中进行加热，使其变成熔融态，后经特定冷却方式使其迅速凝固成球形颗粒的方法。利用高温熔融法制成的粉体振实密度、球化率、纯度和流动性均可以得到显著提升，可应用于电子材料、先进陶瓷、能源材料和航空航天材料等领域。这种方法具有适用范围广、对环境友好、可连续化生产等优点，其能量主要来源于等离子体和高温火焰，根据熔融方式和分散收集方法的不同，可归纳为等离子法、雾化法和气体燃烧火焰成球法这3类方法。

（1）等离子法

等离子法是制备球形粉体比较理想的方法，其过程大致可分为等离子体生成阶段、化学反应阶段和骤冷反应阶段。它主要是让惰性气体在外加电流产生的磁场的作用下电离，产生稳定的等离子体流，粉体原料经粉体系统进入反应器内，以等离子体流的高温为热源，在反应器内对原始粉体进行熔化和气化，然后再经过快速的冷凝过程实现对不规则粉体原料的球化。等离子法制备出的球形粉体具有球化率高、纯度高、形貌规则、粒径分布均匀、流动性好的特点，但该方法存在设备价格昂贵、生产成本高、产出率低的问题。

等离子法装置图（图源：文献6）

（2）雾化法

雾化法是利用高速、高压的介质冲击熔融态液体，使其粉碎为细小的液滴，冷却后凝固成球形粉体的方法。利用雾化法制备的粉体纯度高、粒度小、球形度高、流动性好、粒度可控，能够进行大规模的工业化生产。这种方法可用于制备低熔点的金属、合金球形粉体，但对于具有高熔点的金属、合金和陶瓷则无能为力。雾化法的能量来源可以是高速气体射流、离心力和超声波等，根据能量来源不同，还可以将雾化法细分为气雾化法、离心雾化法和超声雾化法等。

气体雾化制粉设备示意图（图源：文献5）

（3）气体燃烧火焰成球法

气体燃烧火焰成球法需要先对物料进行粉碎、分级、提纯等处理，然后将预处理后合格的粉体通过送粉器送入射频等离子、燃气-氧气火焰高温场中，通过高温火焰喷枪喷出1600-2000℃的高温火焰，使物料大量吸热而迅速融化，并以极高的速度飞进反应室，最终冷却凝固成球形，从而得到高纯度的球形粉体。这种方法相对简单，更易于实现大规模生产，发展前景较好。

气体燃烧火焰成球法示意图（图源：文献9）

相关阅读：高温熔融法：更适合大规模生产的高质量球形粉体整形技术

9、高速气流冲击球化法

高速气流冲击球化法具有分级精度高、分级精度可调、产能较大等优势。其主要是通过控制磨盘转速、分级轮转速、球化时间、风量、锤头高度和齿圈形状等参数实现对颗粒球形率、振实密度、球化产率、粒径分布等产品指标的提升。该方法的原理如下：高速气流冲击粉碎机利用围绕水平或垂直轴高速旋转的回转体，使物料受到来自高速气流、锤头的碰撞、摩擦和剪切等一系列作用而获得超细粉，之后通过分级收集得到合格物料。高速气流冲击球化法处理形式可以分为以下3种：

（1）固定化处理。母粒子的表面被嵌入一层子粒子。

（2）成膜化处理。母粒子表面的子粒子被软化并融在母粒子表面，形成一层膜。

（3）球形化处理。大致分为4个步骤，即弯曲—成球—吸附—紧实。

石墨的球化过程

由于球化过程中的受力情况较为复杂，因此现阶段仍未有完整、明确的球化机理。

参考文献：

1、干燥系统之（二）喷雾干燥-知乎

2、刘志宏,张淑英,刘智勇,等.化学气相沉积制备粉体材料的原理及研究进展[J].粉末冶金材料科学与工程.

3、吴健松,李海民.水热法制备无机粉体材料进展[J].海湖盐与化工.

4、谢睿宁,张国旺,肖骁,等.颗粒球化技术及装备的研究现状[J].中国粉体技术.

5、冉兴,王哲,朱明渝,等.激光粉末床熔融钛合金用粉体研究进展[J].有色金属工程.

6、刘佳乐,刘红宇,郑兴农,等.球形氧化镁的制备方法综述[J].辽宁化工.

7、郑兴农.球形氧化铝粉体的制备及性能模拟研究[D].沈阳工业大学.

8、许建航.微乳液-碳热还原氮化法制备球形AlN粉体的研究[D].武汉理工大学.

9、彭琳,谭琦,刘磊,等.球形粉体制备技术研究进展[J].中国粉体技术.

粉体圈Alice