离心雾化知识总结

关于离心雾化知识总结

雾化法，即雾化制粉法，是指将液体金属或合金直接破碎分散成所需要的粉末，而离心雾化的概念是熔融金属通过离心力的作用而粉碎成粉末的方法，所以二者是有区别的。其中雾化法主要包括以下几类：1、用高压泵把浆体以十几兆帕的压力挤入喷嘴，经喷嘴导流槽后变为高速旋转的液膜喷射出喷孔形成锥状雾化层的方法称为加压自喷式雾化；第2页,共25页，2024年2月25日，星期天

2、利用散料盘高速旋转所产生的离心力把浆体抛散、破碎成非常薄的液膜后，在散料盘的边缘与空气作高速相对运动的摩擦中雾化散出的方法称为离心雾化;3、利用压缩空气的高压射流对料浆进行冲击粉碎，从而达到使料浆雾化粉碎目的的方法称为压缩空气喷吹式雾化；4、在真空中对料浆的雾化以达到粉碎目的的方法称为真空雾化；5、利用超声波能量来实现对液流的破碎称作超声波雾化。

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离心雾化法是近代制粉技术最重要的一部分，而且也是近代粉末冶金技术进展的一个重要标志。1974年，首先由美国提出旋转电极(REP)雾化制粉法，后来又发展了旋转盘法(RD)、旋转坩埚法(RC)，电子束旋转电极法(EBRE)，等离子旋转电极法(PREP)，杜拉克雾化法（Durarc）等。具体如下所述：

第4页,共25页，2024年2月25日，星期天旋转电极法原理图旋转电极法原理图第5页,共25页，2024年2月25日，星期天旋转电极过程中液膜破碎、球形粉形成原理图第6页,共25页，2024年2月25日，星期天

旋转电极法（ＲＥＰ法），这是一种较新的离心雾化法，它的工作原理是：把被雾化材质制成电极棒快速旋转，电极棒一端为电弧熔化，熔融金属被离心力甩出，冷却固化成粉末。先将欲雾化材料车制成直径50mm之棒型电极，然后通上正电压，沿纵向为轴以15000rpm之速度旋转后，以一带负电压的钨电极贴近棒型电极一端。当距离够近时，两者之间激发电弧促使雾化材质熔解，熔液即沿切线方向飞离电极并快速凝固于惰性氛围中，冷却速率约102—103K/sec。

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此过程的特点：〈1〉不需要坩埚，因此低污染，适合生产高纯度的活化金属粉末，如：钛、钽、铌、锆、钒、超合金等。〈2〉为避免粉末遭钨电极的污染，可将钨电极替代成电浆电弧、雷射光束或电子束等。〈3〉粉末为圆球状，粉末粒径集中于125~

200µm之间，烧结时必须以热均压才能消除粉末间的空隙〈4〉棒型电极的制作成本高，生产率较低,设备和加工成本较高，粉末颗粒较粗。第8页,共25页，2024年2月25日，星期天旋转坩埚法原理图第9页,共25页，2024年2月25日，星期天

旋转坩埚法（CSC），其工作原理和操作方法是：有待雾化的铸造棒材连接在阴极的支架上，同时切一块放在铜坩埚里，使阴极和阳极在低功率下起弧，开始融化物料时坩埚的旋转速度要低，以使融化物料分布在坩埚的表面上。一旦形成了连续的物料壳层，就增加坩埚转速，升高电弧电流，直到电极消耗获得稳定的转速为止。坩埚的转速一般为3000~4000r/min，在离心力的作用下，熔融金属在坩埚出口处被粉碎成粉末而排出。为了得到更好的雾化条件，坩埚的直径必须接近阴极的直径。这种方法适合制取铝合金、钛合金和镍合金粉末。第10页,共25页，2024年2月25日，星期天

杜拉克雾化法（Durarc）,杜拉克雾化法是最近发展的比较新奇的离心雾化形式。此法的关键是在水冷铜电极的顶部装有一个圆形的磁场线圈。当电极顶端和雾化金属之间起弧的时候,电弧的方向是对着熔体的。靠着这个线圈产生的磁场和电弧电流之间的相互作用,使电弧迅速旋转,由此搅动熔体,并使熔体从熔池中以细小的液滴喷射出来。据说这个方法已用于钛合金的雾化,获得了球形粉末。它的最重要的特点是没有机械旋转元件,因而密封问题也不存在了。全部操作都是在真空中或在惰性气氛中进行。第11页,共25页，2024年2月25日，星期天旋转盘旋转法原理图第12页,共25页，2024年2月25日，星期天

离心雾化法（又称旋转盘旋转，或旋杯雾化）多年来一直是雾化冷却液体完善的技术，是使熔融液态金属流进入一高速旋转（表面线速度可达100m/s）的急冷圆盘中心上，利用机械旋转造成的离心力使金属熔液克服其表面张力，雾化凝固成细粒向周围散开，在飞行过程中球化、冷凝成粉的一种制粉方法。

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自1930年代，离心雾化已经大量应用于燃油雾化〈oilburner〉、喷雾干燥〈spraydryer〉、润湿设备〈humidifyingequipment〉等用途，不过这些设备都限制在雾化非金属溶液。之后虽亦用来生产金属粉末，但因技术无法突破，一直未受到重视。由于使用高压气体，如氩气、氦气、或氮气，去雾化金属液流，会因为半固态或液态的金属液体在雾化过程中互相碰撞，在碰撞过程中产生卫星状的粉末形态，因而对金属粉末之大小、粉末形态、粒径分布有很大的影响。而水雾化会使金属粉末表面严重氧化且成不规则状。有鉴于此，于1976年Singer和Kisakurek

使用快速旋转的铜盘或铜杯去打断金属液流以达到雾化的目的。

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至1978年，Pratt&Whitney公司开发RSR〈RapidSolidfication

Rate〉技术后，才真正商业化此雾化法。金属液体从流嘴流入高速旋转圆盘中心，因熔液本身和雾化盘之间的摩擦力而产生加速度。因离心力之故，沿径向迅速向外分布，最后脱离圆盘边缘并雾化成液滴，冷却速率达106K/sec。而使用平板状雾化盘会有很严重的滑移问题产生，因此使得熔液离开雾化盘时的速度远低于雾化盘转速，当雾化盘转速越快，这个现象就显得越严重。而为了减少熔液和雾化盘之间的滑动现象，通常是使用杯状的雾化盘增加熔液和雾化盘的摩擦力。

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随着熔液的流速以及雾化盘转速的变化，会有三种雾化模式出现，〈a〉低供给率或高转速时，直接雾化成液滴，〈b〉供给率或中转速时先形成液带〈ligament〉才分解成液滴，〈c〉高供给率或低转速下，熔液脱离转盘边缘时，仍然是一层液体薄片，经过一段飞行距离才裂解成液滴。比较这三种模式，第一种模式效率太低，第三种模式不容易控制粉末粒径分布，因此以第二种模式为最佳模式。离心雾化之生产速率最高可达每小时1吨，粉末形状为圆球状，平均大小为100µm。第16页,共25页，2024年2月25日，星期天

熔液在离心力作用下加速到很高速度，从离心盘的边缘甩出时呈薄膜状，液滴随转盘旋转而产生的切线速度与离心力作用而产生的径向速度被甩出，其运动轨迹是一螺旋形。雾化与快凝的效果主要取决于圆盘的转速，用雾化法制得的合金颗粒尺寸一般为10~100μm。在理想的条件下，可达到106℃/S的冷却速度。粒径分布较为均匀，雾滴直径与转速成反比。第17页,共25页，2024年2月25日，星期天

详细雾化过程如下：过程一(雾化)：大的液珠当受到外力冲击的瞬间，破碎成数个小液滴，假设在破碎瞬间液体温度不变，则液体的能量变化可近似为液体的表面能增加。过程二(聚并)：液体颗粒破碎的同时，还可能发生颗粒间相互接触，再次成为一个较大的液体颗粒，并且液体颗粒形状向球形转化，这个过程中，体系的总表面能降低，属于自发过程。过程三(凝固)：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。

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影响离心雾化的参数包含：雾化盘转速、金属液流速、金属液体的物理性质、冷却气体等的影响。第19页,共25页，2024年2月25日，星期天

用旋转雾化盘使金属液体裂解成液滴影响的因素有四个：

1.液态金属的表面张力和速度。

2.在雾化盘边缘的液态金属惯性。3.雾化液滴和液滴周围气体的摩擦效应。4.液滴重新调整的剪应力。

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该方法包括一个圆形旋转体，且液体流在该中心。离心盘制作有以下要求：1、无振动旋转；2、具有比重力大的离心力（高速旋转）；3、供液量一定；4、平滑的叶片平面；5、均匀湿润的叶片面。旋转盘形成的薄膜第21页,共25页，2024年2月25日，星期天

液体随着离心力迅速的运动至圆盘边缘，加速到更高的速度，直到接近圆周速度。由于旋转的作用，圆周力克服液体表面张力将液体从圆盘边缘甩出（上图展示了一个液体雾化例子）。离心喷雾影响液滴大小的因素有以下几点：

1、转速对液滴大小的影响转速增大，液滴变小；反之转速降低，液滴变大；2、供料量与液滴大小的关系在旋转速度一定的情况下，液滴大小与供料量成正比；3、物料浓度与液滴大小的关系物料浓度与液滴大小成正比。4、随着表面张力的平方根增加，随着密度平方根下降。

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离心雾化方法的理论发展并不是以很公认的科学原理为基础的,而是侧重于技术上工业用途。大多有关这方面的发明都当作专利。因此下面只能介绍一些以实验数据为基础的半经验公式。离心雾化的粉碎程度及其与诸因素的关系,这是雾化理论的核心。有人已导出了确定平均液滴直径或主要直径或液滴的最大直径，其表达式为：

式中：d——颗粒直径

k——常数

ω——旋转角速度

ψ——液体表面张力

D——坩埚或旋转电极直径

Ρ——液体密度该公式是离心雾化的半理论半经验