Сферические порошки

Сферические порошки относятся к мелкодисперсным материалам с округлой морфологией, используемым в таких областях, как аддитивное производство металлических порошков, литье под давлением керамики и твердых сплавов, фармацевтика и производство современной электроники. Их улучшенные характеристики текучести и упаковки позволяют получить преимущества по сравнению с порошками неправильной формы.

Обзор сферический порошок

Разработанные сферические порошки обеспечивают превосходную плотность, текучесть, распределяемость, эффективность упаковки и реологические свойства, необходимые для производственных процессов, требующих однородных и стабильных исходных материалов.

Тщательный контроль над распределением частиц по размерам, однородностью формы, химической чистотой, микроструктурой и химическим составом поверхности позволяет адаптировать характеристики для решения сложных задач в таких областях, как:

• Аддитивное производство
• Литье металлов под давлением
• Термические напыляемые покрытия
• Передовая обработка керамики
• Материалы для аккумуляторов
• Катализаторы
• Косметические и стоматологические составы
• Химико-механическая полировка

Как субмикронные, так и более крупные сферические порошки играют важную роль в новых технологиях производства наноматериалов и в операциях прессования в больших объемах.

сферический порошок Свойства

Сферическая морфология и гладкая внешняя поверхность частиц инженерного порошка минимизирует межчастичное трение и максимизирует плотность по сравнению с несферическими аналогами. Это приводит к появлению желаемых характеристик.

Повышенная текучесть и плотность упаковки

Округлые частицы легче перестраиваются и скользят друг по другу под действием силы тяжести, пневматического транспорта или перемешивания, что приводит к улучшению скорости потока, уменьшению комкования и упрощению обработки. Насыпная плотность, близкая к истинной плотности материала, также достигается за счет минимизации пустот.

Это позволяет быстрее заполнять пресс-формы, штампы и станины, что важно для экономичности процессов на основе порошка. Ожидается, что скорость потока превысит 15 с/50 г при стандартном испытании на аппарате Холла.

Узкое распределение частиц по размерам

Контролируемые технологии производства позволяют получать сферические партии порошка с плотным распределением по размерам в диапазоне 10-99% с отклонениями в пределах 5 мкм. Такое постоянство обеспечивает предсказуемое поведение на этапах дозирования, смешивания, нагрева и консолидации.

Высокая плотность спекания

Сферическая морфология обеспечивает большую плотность при спекании или сплавлении, а также меньшие поры между частицами. Это позволяет максимизировать достижимые механические свойства готовых деталей. Типичными являются плотности, превышающие 90% от теоретического уровня.

Улучшенная дисперсия

Более низкое отношение площади поверхности к объему сферических порошков снижает агрегацию по сравнению с порошками неправильной формы при диспергировании в жидких носителях для нанесения методом термического распыления, струйной печати, литья с проскальзыванием или другими мокрыми способами. Это способствует однородности и стабильности покрытия.

Другие атрибуты

• Лучшее сохранение текучести после воздействия повышенной температуры
• Снижение абразивного износа и износа оборудования с течением времени
• Более контролируемое электрическое сопротивление и дефекты
• Равномерная усадка и точность размеров

сферический порошок Методы производства

Придание потокам расплавленного материала достаточной кинетической энергии обеспечивает разрушение под действием поверхностного натяжения на мелкодисперсные капли, которые застывают в порошковые частицы. Регулирование условий процесса определяет конечные сферические характеристики порошка.

Распыление газа

Высокоскоростные струи инертного газа воздействуют на расплавы металлов, расщепляя их на мелкие капли, которые при выходе из камеры распыления быстро охлаждаются и превращаются в округлые твердые порошки. Применяется для реактивных сплавов, таких как титан, никель и материалы на основе железа.

Распыление воды

Аналогичная концепция, но с использованием воды в качестве среды для разрушения расплава. Более низкие скорости охлаждения по сравнению с газовыми методами, но более высокий выход и более низкие эксплуатационные расходы лучше подходят для сплавов с высокой температурой плавления, таких как стали и суперсплавы, когда приемлемо более низкое качество порошка.

Плазменный вращающийся электродный процесс (PREP)

Электрическая дуга расплавляет кончики вращающихся проволок высокой чистоты, которые распадаются на сферы, охлаждаемые в потоке инертного газа, втягиваемого в плазменную струю. Высококонтролируемые условия обеспечивают плотное распределение. Используется для реактивных металлов, таких как алюминий и магний.

Газовое распыление при индукционном плавлении электродов (EIGA)

Сочетает в себе индукционную катушку для плавления проволочных электродов с близко расположенными газовыми соплами, обеспечивающими очень быстрое тушение зарождающихся капель. Лучше всего подходит для получения высокооднородных нано- и субмикронных сферических металлических порошков с индивидуально подобранными химическими составами сплавов.

Золь-гель обработка

Химические способы позволяют осаждать сверхтонкие частицы из жидких прекурсоров, которые затем прокаливаются и измельчаются в порошки оптимальной формы. Используется для получения керамики, оксидов и карбидов, требующих чистоты и наноразмеров.

Другие методы

Распылительная сушка, реакции конденсации, эмульгирование, технологии на основе кавитации, химическое осаждение из паровой фазы, электроосаждение и твердофазные реакции предлагают специальные подходы к получению сферических металлических, керамических и полимерных частиц.

сферический порошок Материалы и размеры

Наиболее распространенные сферические порошковые материалы - металлы, керамика, полимеры и специальные сплавы - имеют размер частиц от нанометров до более 100 микрон.

Более дорогие сплавы, керамика и специальные порошки имеют тенденцию к уменьшению размеров частиц для высокопроизводительного аддитивного производства, в то время как более высокопроизводительные процессы лучше работают с более крупными, почти едиными распределениями по размерам.

Классификации размеров

Средний размер, сферичность, химическая чистота, морфология, микроструктура, текучесть и плотность крана подтверждены в соответствии с требованиями и технологическими потребностями.

сферический порошок Ключевые приложения

Аддитивное производство

Селективное лазерное плавление, электронно-лучевое плавление и струйное нанесение связующего позволяют получать сверхтонкие сферические порошки с контролируемым распределением по размерам и составу, что позволяет изготавливать сложные металлические детали непосредственно по данным САПР.

Литье металлов под давлением (MIM)

Сферические порошки, смешанные со связующими веществами, подвергаются литью под давлением, а затем спекаются для производства большого количества мелких деталей сложной формы, сочетающих в себе возможности литья пластика практически в чистую форму и чистовую обработку с высокими эксплуатационными свойствами таких материалов, как нержавеющая сталь, инструментальная сталь и суперсплавы.

Термические напыляемые покрытия

Сферические порошки металлов, карбидов, оксидов и полимеров подаются через нагретые струи плазмы или сжигания для создания покрытий, устойчивых к коррозии, износу и нагреву, с заданными механическими или диэлектрическими характеристиками.

Усовершенствованная керамика

Сферические керамические порошки с плотным распределением по размерам служат исходным материалом для производства высокоэффективных электрических, конструкционных и огнеупорных компонентов методом холодного изостатического прессования, литья с проскальзыванием, ленточных рецептур и передовых технологий спекания, требующих оптимизированных слоев порошка.

Другие нишевые применения

Косметические основы, стоматологические полимеры, паяльные пасты, частицы носителей катализаторов, суспензии для химико-механической полировки, порошковые кузнечные кондукторы, прекурсоры для металлического стекла и т.д. используют специальные сферические порошки, отвечающие самым строгим стандартам.

Глобальные поставщики сферического порошка

Ведущие производители материалов и переработчики порошков в Америке, Европе и Азии поставляют сферические порошки как для научно-исследовательских, так и для коммерческих целей. Цены варьируются в широком диапазоне в зависимости от чистоты, однородности, размера, состава и объема закупки.

Варианты металлов и сплавов

Керамические, карбидные и оксидные порошки

Другие поставщики сферического порошка Применяется в фармацевтике, полимерах, магнитных материалах, аккумуляторах, катализаторах и электронных прекурсорах.

сферический порошок Анализ затрат

Сферические порошки металлов и сплавов варьируются от $5/кг для обычного алюминия и железа до $500/кг для специализированных марок.

Стоимость в значительной степени зависит от:

• Состав основы (например, нержавеющая сталь стоит 2-4x углеродистой стали)
• Метод производства (распыление газа или воды, плазма или горение)
• Постоянство распределения размеров
• Морфология и структура частиц
• Объем закупки и желаемое время выполнения заказа
• Уровень чистоты и постоянство

Цены на сферический порошок керамики/карбида варьируются от $50/кг до $5000/кг на основе:

• Материал (диоксид кремния против алюмината лития, WC против HfC)
• Чистота - от 98 до 99,999%
• Размеры частиц - наноразмер стоит в 100 раз дороже
• Объем заказа
• Площадь поверхности
• Степень кальцинирования/размола
• Агломерационные тенденции
• Чувствительность к влаге

При оптовых заказах достигается экономия на масштабе, а при изготовлении партий по индивидуальному заказу - надбавка. Более низкая консистенция порошка также снижает затраты.

Стандарты и спецификации

Разработанные сферические порошки должны удовлетворять требованиям приложений и стандартизированным методам испытаний, проверяющим такие характеристики, как:

Международные (ISO), национальные (ASTM) и отраслевые руководства охватывают приемлемые методы измерения, применимые к металлическим, керамическим, электронным и другим материалам. сферические порошки.

Использование последовательных методов в соответствии со стандартными требованиями обеспечивает надежную работу при использовании в жестких производственных процессах и критически важных приложениях.

Преимущества против ограничений

Соотносите преимущества и ограничения в зависимости от способа обработки и предполагаемого применения порошка.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: В чем основное преимущество сферических порошков перед порошками неправильной формы?

О: Сферические порошки текут гораздо легче из-за меньшего межчастичного трения, что позволяет быстрее заполнять формы, печатать, распылять и уплотнять материалы, необходимые для точного производства, повышая темпы производства, качество и надежность. Их округлая форма также обеспечивает более высокую плотность спекания.

Вопрос: Насколько маленькими могут быть сферические металлические порошки?

О: Методы распыления в инертном газе позволяют получать порошки из нержавеющей стали размером до 10 микрон, а распыляемые в газе медные сплавы могут достигать диаметра 5 микрон. Специальные многокомпонентные смеси сплавов были изготовлены с размером менее 20 нм с помощью мини-эмульсионной химии.

Вопрос: Что определяет распределение сферических порошков по размерам?

О: Конструкция сопла, динамика газового потока, возникновение неустойчивости потока расплава и кинетика быстрого охлаждения контролируют образование капель и физику затвердевания в процессах распыления газа, что требует моделирования и тщательного параметрического тестирования для оптимизации распределений.

Вопрос: Что дешевле - сферические порошки, распыляемые газом или водой?

О: Распыление водой имеет в 5-10 раз меньшие эксплуатационные расходы, чем распыление газом, но при этом получаются более неоднородные порошки, требующие последующей обработки для улучшения сферичности и распределения. Таким образом, преимущество в стоимости зависит от приемлемого уровня качества для конкретного применения.

Q: Можете ли вы сделать сферические частицы порошка одного размера?

О: Маршруты мокрого химического производства обеспечивают очень плотное распределение вплоть до относительных стандартных отклонений ниже 5% от среднего размера частиц, но остаточные фракции-спутники приводят к некоторому разбросу. При необходимости специализированная классификация или просеивание помогают выделить первичные модальные фракции.

узнать больше о процессах 3D-печати