随着现代工业与科技水平的迅速发展，不同行业对粉体材料的性能要求越来越高，粉体材料除了要具备极低的杂质含量、较细的粒径，较窄的粒度分布，还需具有一定的颗粒形貌。球形粉体由于在表面形貌、粒径分布和流动性等方面表现出优异的性能，因此在电子元器件、航空航天、3D打印等高端产业中得到了广泛应用。

在工业领域，雾化法是应用广泛、工艺稳定的大宗球形粉末生产方法。但高熔点陶瓷材料或钼、钨等难熔金属，雾化法由于工艺技术、工装设备等因素限制难以胜任。而等离子体球化技术凭借其超高温、高能量密度的核心优势，可实现难熔材料粉体的球化及致密化，是制备成分均匀、球形度高、缺陷少的球形粉末的有效途径之一，在高端制造与先进材料领域备受瞩目。

等离子体球化法的原理及核心优势

等离子体（又称电浆）是在固态、液态和气态以外的第四大物质状态，是由带电粒子（主要是正离子和自由电子）组成的被高度电离的气体。它具有温度高、等离子体炬体积大、能量密度高、传热和冷却速度快等特点。它既可以作为高温热源熔化并球化原料，还能在特定气氛下参与化学反应，合成各种超细化合物粉末。

该技术的核心过程是：利用等离子体的超高温，使不规则形状的原料粉末瞬间熔融甚至汽化，熔融液滴在表面张力的作用下自发收缩成球形，随后在急速冷却中固化，最终得到球形度高、缺陷少的优质粉体。

该技术具有众多优点：

1）改善流动性：将有效减小粉体特别是微细粉体的偏聚和团聚，有效控制粉末冶金过程中混粉、装料和压坯过程中的工艺质量；

2）提高振实密度；

3）减少内部缺陷；

4）有效改善形貌：使材料微观形貌呈标准球形；

5）降低氧含量：制备过程中还原性气氛的引入可大大降低氧元素的含量。

等离子体球化法的两大类别

根据等离子体的产生方式，可分为直流电弧热等离子体球化法和射频感应等离子体球化法。

1、直流电弧热等离子体球化法

主要原理是通过位于阴极尖端和阳极之间的电弧放电产生高温，使反应室中的气体变为等离子体态，并在气流的吹动下在喷口处形成射流。而原材料蒸发分解成气态原子，过饱和的蒸气流动到反应室中温度较低的部位，重新成核生长成所需球形颗粒。

直流电弧热等离子体球化装置

特点：设备相对简单，电弧区的热力学温度可以达到10⁴K，合成速度快，成本低；能合成的纳米颗粒种类多，是金属、金属氧化物、精密陶瓷纳米颗粒合成中应用最广的一种方法；可通过改变实验进料速度、气氛条件、输入功率、气流流速等实验参数对最终生成的颗粒的尺寸和形貌进行控制。

TA1粉末球化处理前后形貌

2、射频感应等离子体球化法

该方法利用射频（1~500 MHz）磁场激励产生电感耦合等离子体，主要原理是粉体原料在射频电场的作用下经历瞬时的熔融和收缩过程，形成球形结构，随后通过冷却固化得到球形粉体，最后落入收集装置。

射频感应等离子体球化装置

特点：射频等离子体具有热源稳定、能量密度大、加热温度高、冷却速度快、无电极污染等诸多优点。对难熔金属也能达到良好的球化效果，可以改变不规则粉体材料的形貌，增大粉体颗粒的球形度，同时还能减少缺陷粉体。

该技术已经广泛应用于难熔金属和陶瓷材料的球形粉体制备，如钨粉、铬粉、钛粉及其合金、高纯石英和氧化铝等。

 感应等离子球化后的ZrB2-SiC陶瓷复合粉体形貌

发展趋势

尽管等离子体技术目前仍面临设备复杂、投资成本高、产率有待提升等挑战，但其在制备高球化率、高致密性粉体方面的独特优势，使其备受关注。加拿大的泰

克纳公司开发的等离子体粉体处理系统在世界范围内处于领先地位，己实现钨、 钼、镍、铜等金属粉体和二氧化硅、氧化铝等氧化物陶瓷粉体的球化处理。

未来发展趋势主要集中在：

1. 技术与装置创新：优化等离子体控制技术，开发新型等离子反应器，如多炬系统、直流与射频结合的混合反应器，旨在提升加工效率与产品一致性。

2. 聚焦高难度材料：充分发挥其高温优势，专攻其他热源难以处理的难熔金属、陶瓷等高熔点材料的球形化与致密化，形成技术壁垒。

结语

当前，随着高新技术产业对新材料、新工艺的需求日益迫切，等离子体技术的研究与利用正不断深入。随着等离子体控制技术的精进、发生装置的持续改进与生产成本的逐步优化，热等离子体技术必将更广泛地应用于合成高纯度、高球化率、窄粒度分布的超细球形粉体，为先进制造业注入强劲动力。

参考文献：

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