Sferyczne proszki

Sferyczne proszki odnoszą się do materiałów drobnocząsteczkowych o zaokrąglonej morfologii, stosowanych w takich obszarach jak produkcja dodatków do proszków metali, formowanie wtryskowe ceramiki i węglików, farmaceutyki i zaawansowana produkcja elektroniki. Ich ulepszona charakterystyka przepływu i upakowania odblokowuje korzyści związane z wydajnością w porównaniu do proszków o nieregularnych kształtach.

Przegląd kulistego proszku

Zaprojektowane proszki sferyczne zapewniają doskonałą gęstość, płynność, rozprowadzalność, wydajność pakowania i zachowanie reologiczne niezbędne w procesach produkcyjnych wymagających jednorodnych i stabilnych materiałów wsadowych.

Ścisła kontrola nad rozkładem wielkości cząstek, jednorodnością kształtu, czystością chemiczną, mikrostrukturą i składem chemicznym powierzchni umożliwia dostosowanie wydajności do wymagających zastosowań w takich dziedzinach jak:

• Produkcja addytywna
• Formowanie wtryskowe metali
• Powłoki natryskiwane termicznie
• Zaawansowane przetwarzanie ceramiki
• Materiały akumulatora
• Katalizatory
• Preparaty kosmetyczne i stomatologiczne
• Chemiczne polerowanie mechaniczne

Zarówno submikronowe, jak i większe proszki sferyczne odgrywają kluczową rolę w nowych technikach produkcji w skali nano, a także w operacjach tłoczenia na dużą skalę.

kulisty proszek Właściwości

Sferyczna morfologia i gładka powierzchnia zewnętrzna cząstek proszku minimalizuje tarcie międzycząsteczkowe i maksymalizuje gęstość w stosunku do niesferycznych odpowiedników. Daje to pożądane właściwości.

Zwiększona płynność i gęstość upakowania

Zaokrąglone cząstki łatwiej układają się i przesuwają obok siebie pod wpływem grawitacji, transportu pneumatycznego lub mieszania, co skutkuje lepszymi prędkościami przepływu, mniejszym zbrylaniem i łatwiejszą obsługą. Gęstość nasypowa zbliżona do rzeczywistej gęstości materiału jest również osiągana przy minimalizacji pustych przestrzeni.

Umożliwia to szybsze napełnianie form, matryc i łoża, co ma zasadnicze znaczenie dla ekonomiki procesów opartych na proszkach. Oczekiwane są prędkości przepływu przekraczające 15 s/50 g przy użyciu standardowego testu aparatu Halla.

Wąski rozkład wielkości cząstek

Kontrolowane techniki produkcji pozwalają na uzyskanie sferycznych partii proszku o wąskim rozkładzie wielkości w zakresie 10-99% z odchyleniem 5 μm. Ta spójność zapewnia przewidywalne zachowanie na etapach dozowania, mieszania, podgrzewania i konsolidacji.

Wysoka gęstość spieku

Sferyczne morfologie pozwalają na większe zagęszczenie podczas procesów spiekania lub stapiania z mniejszymi porami między cząstkami. Maksymalizuje to osiągalne właściwości mechaniczne gotowych części. Gęstości powyżej 90% poziomów teoretycznych są typowe.

Ulepszona dyspersja

Niższy stosunek powierzchni do objętości kulistych proszków zmniejsza agregację w stosunku do nieregularnych kształtów, gdy są one rozproszone w ciekłych nośnikach do osadzania w natrysku termicznym, druku atramentowym, odlewaniu ślizgowym lub innych mokrych ścieżkach. Zwiększa to jednorodność i stabilność powłoki.

Inne atrybuty

• Lepsze zachowanie płynności po wystawieniu na działanie podwyższonej temperatury
• Zmniejszone ścieranie i zużycie sprzętu w miarę upływu czasu
• Bardziej kontrolowana oporność elektryczna i defekty
• Jednolity skurcz i precyzja wymiarowa

kulisty proszek Metody produkcji

Zastosowanie wystarczającej energii kinetycznej do strumieni stopionego materiału umożliwia rozpad spowodowany napięciem powierzchniowym na drobno rozproszone kropelki, które zestalają się w cząstki proszku. Kontrolowanie warunków procesu określa ostateczną charakterystykę sferycznego proszku.

Atomizacja gazu

Strumienie gazu obojętnego o dużej prędkości uderzają w stopione metale, dezintegrując je w drobne kropelki, które szybko schładzają się w zaokrąglone stałe proszki po wyjściu z komory atomizacji. Ma zastosowanie do reaktywnych stopów, takich jak tytan, nikiel i materiały na bazie żelaza.

Rozpylanie wody

Podobna koncepcja, ale z wodą jako medium roztapiającym. Niższe szybkości chłodzenia niż w przypadku metod gazowych, ale wyższa wydajność i niższe koszty operacyjne lepiej pasują do stopów o wyższej temperaturze topnienia, takich jak stale i nadstopy, gdy akceptowalna jest niższa jakość proszku.

Proces plazmowej elektrody wirującej (PREP)

Łuk elektryczny topi końcówki obracających się drutów o wysokiej czystości, które rozpadają się na kule chłodzone w strumieniu gazu obojętnego zasysanego do strumienia plazmy. Wysoce kontrolowane warunki umożliwiają ścisłą dystrybucję. Stosowany do metali reaktywnych, takich jak aluminium i magnez.

Atomizacja gazu topiącego metodą indukcji elektrody (EIGA)

Łączy topienie cewką indukcyjną elektrod drutowych z blisko sprzężonymi dyszami gazowymi ułatwiającymi bardzo szybkie gaszenie powstających kropelek. Najlepsza do produkcji wysoce jednorodnych nano i submikronowych sferycznych proszków metali o dostosowanej chemii stopów.

Przetwarzanie zol-żel

Metody chemiczne umożliwiają wytrącanie ultradrobnych cząstek z ciekłych prekursorów, które są następnie kalcynowane i mielone do postaci proszków o zoptymalizowanym kształcie. Stosowane do ceramiki, tlenków i węglików wymagających czystości i wymiarów w nanoskali.

Inne metody

Suszenie rozpyłowe, reakcje kondensacji, emulgowanie, technologie oparte na kawitacji, chemiczne osadzanie z fazy gazowej, elektrodepozycja i reakcje na ciele stałym oferują specjalistyczne podejścia do sferycznych cząstek metalicznych, ceramicznych i polimerowych.

kulisty proszek Materiały i rozmiary

Najpopularniejsze sferyczne materiały proszkowe obejmują metale, ceramikę, polimery i specjalistyczne stopy - w zakresie od nanometrów do ponad 100 mikronów wielkości cząstek.

Droższe proszki stopowe, ceramiczne i specjalistyczne mają tendencję do zmniejszania wymiarów cząstek w celu uzyskania wysokiej wydajności produkcji dodatków, podczas gdy procesy o wyższej przepustowości działają lepiej z większymi prawie pojedynczymi rozkładami wielkości.

Klasyfikacja rozmiarów

Średni rozmiar, kulistość, czystość chemiczna, morfologia, mikrostruktura, przepływ i właściwości gęstości są potwierdzone w odniesieniu do wymagań aplikacji i potrzeb przetwarzania.

kulisty proszek Kluczowe aplikacje

Produkcja addytywna

Selektywne topienie laserowe, topienie wiązką elektronów i wtryskiwanie spoiwa wykorzystują ultradrobne sferyczne proszki o kontrolowanych rozkładach wielkości i składach, umożliwiając produkcję złożonych części metalowych bezpośrednio z danych CAD.

Formowanie wtryskowe metali (MIM)

Sferyczne proszki zmieszane ze spoiwami są formowane wtryskowo, a następnie spiekane w celu wytworzenia dużej ilości małych, skomplikowanych części łączących możliwości formowania tworzyw sztucznych w kształcie zbliżonym do siatki z wysokimi właściwościami materiałów takich jak stale nierdzewne, stale narzędziowe i nadstopy.

Powłoki natryskiwane termicznie

Sferyczne proszki metali, węglików, tlenków i polimerów są podawane przez podgrzewane strumienie plazmowe lub spalinowe, tworząc powłoki odporne na korozję, zużycie i ciepło o dostosowanych właściwościach mechanicznych lub dielektrycznych.

Zaawansowana ceramika

Sferyczne proszki ceramiczne o wąskim rozkładzie wielkości służą jako prekursory do produkcji wysokowydajnych komponentów elektrycznych, strukturalnych i ogniotrwałych poprzez prasowanie izostatyczne na zimno, odlewanie ślizgowe, formowanie taśm i zaawansowane techniki spiekania wymagające zoptymalizowanych pokładów proszku.

Inne zastosowania niszowe

Podkłady kosmetyczne, polimery dentystyczne, pasty lutownicze, cząstki nośne katalizatorów, zawiesiny do chemicznego polerowania mechanicznego, przewodniki do kucia proszkowego, prekursory szkła metalicznego itp. opierają się na specjalistycznych proszkach sferycznych spełniających rygorystyczne normy.

Globalni dostawcy proszków sferycznych

Wiodący producenci materiałów i przetwórcy proszków w obu Amerykach, Europie i Azji dostarczają proszki sferyczne zarówno dla nabywców prowadzących prace badawczo-rozwojowe, jak i na skalę komercyjną. Ceny wahają się w szerokim zakresie w zależności od czystości, jednorodności, rozmiaru, składu i wielkości zakupu.

Opcje metali i stopów

Proszki ceramiczne, węglikowe i tlenkowe

Inni dostawcy proszków sferycznych są przeznaczone do zastosowań farmaceutycznych, polimerowych, materiałów magnetycznych, materiałów akumulatorowych, katalizatorów i prekursorów elektronicznych.

kulisty proszek Analiza kosztów

Sferyczne proszki metali i stopów wahają się od $5/kg dla ogólnego aluminium i żelaza do $500/kg dla gatunków specjalistycznych.

Koszt zależy w dużej mierze od:

• Skład podstawowy (np. stal nierdzewna kosztuje 2-4x stal węglowa)
• Metoda produkcji (atomizacja gazowa lub wodna, plazma lub spalanie)
• Spójność rozkładu wielkości
• Morfologia i struktura cząsteczek
• Ilość zakupu i pożądany czas realizacji
• Poziomy czystości i spójność

Ceny sferycznego proszku ceramicznego/węglikowego od $50/kg do $5000/kg na podstawie:

• Materiał (krzemionka vs glinian litu, WC vs HfC)
• Czystość - od 98 do 99,999%
• Wymiary cząstek - nano-skala kosztuje 100x więcej
• Wielkość zamówienia
• Powierzchnia
• Zakres kalcynacji/mielenia
• Tendencje aglomeracyjne
• Wrażliwość na wilgoć

Korzyści skali mają zastosowanie w przypadku zamówień hurtowych, podczas gdy niestandardowe partie są premiowane. Niższa konsystencja proszku również obniża koszty.

Normy i specyfikacje

Zaprojektowane proszki sferyczne muszą spełniać wymagania aplikacji i znormalizowanych metod testowych sprawdzających takie cechy jak:

Międzynarodowe (ISO), krajowe (ASTM) i branżowe wytyczne obejmują akceptowalne techniki pomiarowe mające zastosowanie do metali, ceramiki, elektroniki i innych materiałów. proszki sferyczne.

Stosowanie spójnych metod w odniesieniu do znormalizowanych wymagań zapewnia niezawodne działanie w przypadku zastosowania w rygorystycznych procesach produkcyjnych i aplikacjach o krytycznym znaczeniu dla życia.

Zalety a ograniczenia

Zrównoważyć korzyści z ograniczeniami w oparciu o drogę przetwarzania i zamierzone zastosowanie proszku.

FAQ

P: Jaka jest główna przewaga proszków sferycznych nad proszkami o nieregularnych kształtach?

O: Sferyczne proszki przepływają znacznie łatwiej ze względu na niższe tarcie międzycząsteczkowe, co pozwala na szybsze wypełnianie form, drukowanie, natryskiwanie i zagęszczanie niezbędne do precyzyjnej produkcji - zwiększając tempo produkcji, jakość i niezawodność. Ich zaokrąglony kształt pozwala również na większą gęstość spieku.

P: Jak małe mogą być sferyczne proszki metali?

O: Techniki rozpylania w gazie obojętnym pozwalają na uzyskanie proszków stali nierdzewnej o średnicy do 10 mikronów, podczas gdy rozpylane w gazie stopy miedzi mogą osiągnąć średnicę 5 mikronów. Specjalistyczne wieloskładnikowe mieszanki stopów zostały wykonane poniżej 20 nm za pomocą chemii mini-emulsji.

P: Co decyduje o rozkładzie wielkości proszku sferycznego?

O: Konstrukcja dyszy, dynamika przepływu gazu, początek niestabilności strumienia stopu i kinetyka szybkiego chłodzenia kontrolują tworzenie się kropli i fizykę krzepnięcia w procesach atomizacji gazu - wymagając modelowania i dokładnych testów parametrycznych w celu optymalizacji rozkładów.

P: Co jest tańsze - proszki sferyczne rozpylane gazem czy wodą?

Atomizacja wodna ma 5-10 razy niższe koszty operacyjne niż atomizacja gazowa, ale wytwarza bardziej nieregularne proszki wymagające dalszej obróbki w celu poprawy sferyczności i dystrybucji. Przewaga kosztowa zależy więc od akceptowalnego poziomu jakości dla danego zastosowania.

P: Czy można wytwarzać kuliste cząstki proszku o jednym rozmiarze?

O: Mokre szlaki produkcji chemicznej umożliwiają bardzo wąskie rozkłady do względnych odchyleń standardowych poniżej 5% średniej wielkości cząstek, ale resztkowe frakcje satelitarne prowadzą do pewnego rozrzutu. Specjalistyczna klasyfikacja lub przesiewanie pomaga w razie potrzeby wyizolować podstawowe frakcje modalne.

poznaj więcej procesów druku 3D