中国科学院过程工程研究所（过程所）袁方利研究员是热等离子体技术制备粉体材料的资深专家，对粉体圈和中国电子材料工业协会粉体技术分会的活动和工作给予很多支持和帮助。作为粉体工业万里行的重要一站，过程所既是万里行小组学习知识和增长见闻的关键节点，也是我们向粉体工业从业人员传递前沿粉体技术和装备产业化进程的信息源头。

高频等离子体技术到底适合什么粉体项目？

首先感谢袁方利老师在百忙之中接待万里行团队。他目前正专注于对几个高频等离子体粉体项目的产业化推进，他的忙碌也让我们直观感受到当前我国新材料产业战略对粉体工业的有力支撑。“这项技术能耗较高，工艺参数调整和规模化放大生产也不容易”，研究员对该项技术劣势直言不讳，“但它能够很好满足半导体、航空航天、能源、生物医学等高端、高附加值领域的特殊需求”，所以我们首先要做好项目评估，“适合的才是最好的”。

一、技术特点

区别于常见的火焰法，高频等离子体技术粉体制备则是通过高频感应电磁场产生电离气体产生等离子体，形成5000℃以上的等离子体区域，目标材料或前驱体注入等离子区会快速加热、熔融或气化，再经冷却系统快速淬火得到特种粉体材料。该技术最大优势在于没有机械研磨和电极材料污染，并且有工艺气体保护，粉体呈高纯度、高球形度以及粒度可控等特点，具体可以用来制备金属及合金、先进陶瓷、高熵合金与陶瓷、电子和半导体材料（如二氧化硅、介电材料）、永磁材料、催化剂载体和各类难熔材料。

二、目标应用

但这项技术的能力远不止于粉体的球化，在特种粉体材料的制备方面展示了广阔的应用前景。经过近30年研发，过程所已形成完备的感应热等离子体制备粉体设备研发生产能力，袁方利老师近年来推进各种项目产业落地，遇到各式各样的特殊诉求。通常，通过调整加热功率、停留时间、等离子气氛或淬火条件等，可以制备出包括：空心（如轻质结构填料、隔热材料、烧蚀材料、减震复合材料）或多孔球体（如催化剂载体、过滤介质、储氢）、非晶（如金属玻璃）或亚稳态（如高强度合金）、核壳或复合粉体（如燃料电池电解质、耐腐蚀耐磨涂层）、纳米粉体和碳纳米管等结构和形貌丰富的材料。

三、未来展望

袁方利研究员表示，没有完美的工艺技术，高频等离子体技术制备粉体也不例外。比如用它进行粉体的球化，制备的粉体粒径范围与注入原料相关——熔融和淬火并不会对原料产生均化作用，因此往往需要在前端工序进行预分级处理，并且继续在后端通过工艺和设备辅助分级；还比如高频等离子系统的极端温度和淬火很快，这可能会导致一些材料亚稳态相或非晶相的形成——袁方利老师提出两种解题思路：一种是通过工艺气氛或后续热处理等方式去除杂相，一种是通过杂相设计将不利转为有利，实现特定应用场景优化。

小结

在粉体工业领域，高频等离子体技术制备粉体非常小众，甚至很大概率长时间内都不会为人熟知。袁方利研究员表示，包括自己搭建完成的一些热等离子体制备粉体项目，也不清楚粉体用在哪儿，但正是这种感应热等离子体提供的高温瞬态过程，为特种粉体材料的发展提供了灵活性和可扩展性，强化了等离子技术粉体制备在航空航天、新材料、能源和半导体应用的战略地位。

粉体工业万里行