片狀金屬粉體在電子屏蔽、導電填料、功能顏料及催化等領域擁有廣泛應用價值。工業上制備這類關鍵材料主要依賴機械球磨法和物理氣相沉積法（PVD）等，然而這些方法仍存在著諸多局限性，推動著工藝變革尋求更優解。下面小編介紹一種制備高性能片狀金屬粉體的革新利器——等離子球磨技術。

常用片狀金屬粉制備方法面臨的困局

1、機械球磨法：

機械球磨法是依靠磨球與物料間的強力撞擊、剪切塑性變形金屬，堆積成片狀結構。在這個過程中，粉末受到研磨介質的外加應力可分解為正向力與切向力，正向力會使得粉末被壓扁，厚度迅速減薄，形成片狀粉末，而法向力則使得粉末沿著片狀方向延伸，使得片狀粉末直徑增大。隨著磨球機械能的不斷輸入，粉末受到的周期載荷對粉末的內應力加成超過其屈服應力，就會出現片狀粉末的疲勞斷裂，最終實現顆粒和晶粒的細化。

磨球發生碰撞時的作用形式示意圖（來源：參考文獻2）

該方法雖然具有產量大，工藝簡單，成本低等優點，但卻需較長的時間來完成反應，不僅效率低下，易污染的問題，同時也易發生冷焊團聚或過度粉碎，導致粒度不可控。

2、物理氣相沉積法

物理氣相沉積法是在真空或惰性氣體中，采用等離子體、電子束激光和高頻感應等加熱方式，使鋁塊蒸發氣化，使其在基片表面沉積形成鋁薄膜，或是采用低電壓、大電流的電弧放電技術，使惰性氣體電離，轟擊作為靶材的鋁塊，使其表面上的物質以粒子形式被打出，并在基片表面沉積形成鋁薄膜，最后再將薄膜從基片上剝離，并機械粉碎換層片狀粉體。

而該方法雖可制備極其細薄、形態精確可控的金屬薄片，但高真空與復雜工藝使其制備成本高昂、單次產能低下、難以規模量產，使其多局限于特殊少量需求。

等離子球磨的優勢及適用材料

等離子球磨技術本質上是在機械球磨的過程中引入等離子體場作為高能輔助外場，實現“電-熱-力”多場耦合。利用該技術制備片狀金屬粉末時，有如下特點：

等離子球磨技術的原理圖 （來源：參考文獻2）

（1）高效、低污染：

等離子體通常由純凈氣體電離形成，放電的能量可以達到 10 eV， 高于大部分氣體分子的鍵能，因此相較于常規高能球磨，等離子球磨技術在等離子體作為外加能量場的加持下，能在非常短的時間內獲得片狀金屬粉體，不僅大幅節約時間和能源成本，也減少了球磨過程中因時間長帶來的污染可能性。

（2）提高材料塑性，適用于制備高熔點、低塑性材料

要利用球磨技術實現大片徑比片狀粉體的制備，極度依賴材料的塑性變形能力。等離子球磨通常采用冷場等離子體，雖然體系宏觀熱量低，但該等離子體的電子溫度卻高達10⁵ K，且以脈沖的形式存在，放電時可以對粉末的表層快速加熱而熔融，使得粉末的加工硬化效應減弱，從而提高粉末的塑性，而在放電間隔內，粉末表層發生“自冷卻”而降溫。這樣反復升、降溫的過程，會形成很大的溫差而引入熱應力，對粉末的破碎細化也極為有利。此外，研究人員發現金屬晶體中的缺陷還會與電場中的電子發生相互作用，使得晶體內部分不可動位錯變為可動位錯，進一步提高材料的塑性變形能力，增大材料的片徑比。基于這種微觀電子的高熱效應以及電致塑性效應，等離子球磨技術適用于片狀Zn粉等塑性較差材料以及片狀羰基Fe等高熔點材料的制備。

左：經過普通球墨4h后的片狀鋅粉；右：經低填充比負壓Ar等離子體球磨4h后的片狀鋅粉（來源：參考文獻1）

（3）提高材料活性：

等離子體由高密度的正負離子、電子、中性粒子以及自由基團等組成， 具有很強的活性，當其作用于粉體表面時，會使粉體表面產生大量晶格畸變、錯位、原子空位等缺陷，活性物質很容易在被球磨粉末的新鮮表面發生吸附作用，從而是材料表現出極大的反應活性。

小結

等離子球磨技術打破了傳統球磨制備片狀金屬粉體的效率和性能限制。它通過高能機械力與冷等離子體活化的協同增效作用，顯著提升了粉體的塑性和反應活性，同時大幅縮短處理時間，特別適用于制備高熔點、低塑性的片狀金屬粉體，為粉末冶金、增材制造、催化劑、新能源材料、含能材料、功能涂層和電磁兼容材料等諸多領域提供了性能更優異、性價比更高的材料解決方案，是推動新材料創新的重要技術引擎。

參考文獻：

1、李陽.片狀金屬功能粉末的等離子體球磨工藝及其機理探討[D].華南理工大學.

2、劉員環.等離子球磨粉體細化機制探索及片狀吸波鐵粉制備[D].華南理工大學.

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