片状金属粉体在电子屏蔽、导电填料、功能颜料及催化等领域拥有广泛应用价值。工业上制备这类关键材料主要依赖机械球磨法和物理气相沉积法（PVD）等，然而这些方法仍存在着诸多局限性，推动着工艺变革寻求更优解。下面小编介绍一种制备高性能片状金属粉体的革新利器——等离子球磨技术。

常用片状金属粉制备方法面临的困局

1、机械球磨法：

机械球磨法是依靠磨球与物料间的强力撞击、剪切塑性变形金属，堆积成片状结构。在这个过程中，粉末受到研磨介质的外加应力可分解为正向力与切向力，正向力会使得粉末被压扁，厚度迅速减薄，形成片状粉末，而法向力则使得粉末沿着片状方向延伸，使得片状粉末直径增大。随着磨球机械能的不断输入，粉末受到的周期载荷对粉末的内应力加成超过其屈服应力，就会出现片状粉末的疲劳断裂，最终实现颗粒和晶粒的细化。

磨球发生碰撞时的作用形式示意图（来源：参考文献2）

该方法虽然具有产量大，工艺简单，成本低等优点，但却需较长的时间来完成反应，不仅效率低下，易污染的问题，同时也易发生冷焊团聚或过度粉碎，导致粒度不可控。

2、物理气相沉积法

物理气相沉积法是在真空或惰性气体中，采用等离子体、电子束激光和高频感应等加热方式，使铝块蒸发气化，使其在基片表面沉积形成铝薄膜，或是采用低电压、大电流的电弧放电技术，使惰性气体电离，轰击作为靶材的铝块，使其表面上的物质以粒子形式被打出，并在基片表面沉积形成铝薄膜，最后再将薄膜从基片上剥离，并机械粉碎换层片状粉体。

而该方法虽可制备极其细薄、形态精确可控的金属薄片，但高真空与复杂工艺使其制备成本高昂、单次产能低下、难以规模量产，使其多局限于特殊少量需求。

等离子球磨的优势及适用材料

等离子球磨技术本质上是在机械球磨的过程中引入等离子体场作为高能辅助外场，实现“电-热-力”多场耦合。利用该技术制备片状金属粉末时，有如下特点：

等离子球磨技术的原理图 （来源：参考文献2）

（1）高效、低污染：

等离子体通常由纯净气体电离形成，放电的能量可以达到 10 eV， 高于大部分气体分子的键能，因此相较于常规高能球磨，等离子球磨技术在等离子体作为外加能量场的加持下，能在非常短的时间内获得片状金属粉体，不仅大幅节约时间和能源成本，也减少了球磨过程中因时间长带来的污染可能性。

（2）提高材料塑性，适用于制备高熔点、低塑性材料

要利用球磨技术实现大片径比片状粉体的制备，极度依赖材料的塑性变形能力。等离子球磨通常采用冷场等离子体，虽然体系宏观热量低，但该等离子体的电子温度却高达10⁵ K，且以脉冲的形式存在，放电时可以对粉末的表层快速加热而熔融，使得粉末的加工硬化效应减弱，从而提高粉末的塑性，而在放电间隔内，粉末表层发生“自冷却”而降温。这样反复升、降温的过程，会形成很大的温差而引入热应力，对粉末的破碎细化也极为有利。此外，研究人员发现金属晶体中的缺陷还会与电场中的电子发生相互作用，使得晶体内部分不可动位错变为可动位错，进一步提高材料的塑性变形能力，增大材料的片径比。基于这种微观电子的高热效应以及电致塑性效应，等离子球磨技术适用于片状Zn粉等塑性较差材料以及片状羰基Fe等高熔点材料的制备。

左：经过普通球墨4h后的片状锌粉；右：经低填充比负压Ar等离子体球磨4h后的片状锌粉（来源：参考文献1）

（3）提高材料活性：

等离子体由高密度的正负离子、电子、中性粒子以及自由基团等组成， 具有很强的活性，当其作用于粉体表面时，会使粉体表面产生大量晶格畸变、错位、原子空位等缺陷，活性物质很容易在被球磨粉末的新鲜表面发生吸附作用，从而是材料表现出极大的反应活性。

小结

等离子球磨技术打破了传统球磨制备片状金属粉体的效率和性能限制。它通过高能机械力与冷等离子体活化的协同增效作用，显著提升了粉体的塑性和反应活性，同时大幅缩短处理时间，特别适用于制备高熔点、低塑性的片状金属粉体，为粉末冶金、增材制造、催化剂、新能源材料、含能材料、功能涂层和电磁兼容材料等诸多领域提供了性能更优异、性价比更高的材料解决方案，是推动新材料创新的重要技术引擎。

参考文献：

1、李阳.片状金属功能粉末的等离子体球磨工艺及其机理探讨[D].华南理工大学.

2、刘员环.等离子球磨粉体细化机制探索及片状吸波铁粉制备[D].华南理工大学.

粉体圈Corange整理