中國科學院過程工程研究所（過程所）袁方利研究員是熱等離子體技術制備粉體材料的資深專家，對粉體圈和中國電子材料工業協會粉體技術分會的活動和工作給予很多支持和幫助。作為粉體工業萬里行的重要一站，過程所既是萬里行小組學習知識和增長見聞的關鍵節點，也是我們向粉體工業從業人員傳遞前沿粉體技術和裝備產業化進程的信息源頭。

高頻等離子體技術到底適合什么粉體項目？

首先感謝袁方利老師在百忙之中接待萬里行團隊。他目前正專注于對幾個高頻等離子體粉體項目的產業化推進，他的忙碌也讓我們直觀感受到當前我國新材料產業戰略對粉體工業的有力支撐。“這項技術能耗較高，工藝參數調整和規模化放大生產也不容易”，研究員對該項技術劣勢直言不諱，“但它能夠很好滿足半導體、航空航天、能源、生物醫學等高端、高附加值領域的特殊需求”，所以我們首先要做好項目評估，“適合的才是最好的”。

一、技術特點

區別于常見的火焰法，高頻等離子體技術粉體制備則是通過高頻感應電磁場產生電離氣體產生等離子體，形成5000℃以上的等離子體區域，目標材料或前驅體注入等離子區會快速加熱、熔融或氣化，再經冷卻系統快速淬火得到特種粉體材料。該技術最大優勢在于沒有機械研磨和電極材料污染，并且有工藝氣體保護，粉體呈高純度、高球形度以及粒度可控等特點，具體可以用來制備金屬及合金、先進陶瓷、高熵合金與陶瓷、電子和半導體材料（如二氧化硅、介電材料）、永磁材料、催化劑載體和各類難熔材料。

二、目標應用

但這項技術的能力遠不止于粉體的球化，在特種粉體材料的制備方面展示了廣闊的應用前景。經過近30年研發，過程所已形成完備的感應熱等離子體制備粉體設備研發生產能力，袁方利老師近年來推進各種項目產業落地，遇到各式各樣的特殊訴求。通常，通過調整加熱功率、停留時間、等離子氣氛或淬火條件等，可以制備出包括：空心（如輕質結構填料、隔熱材料、燒蝕材料、減震復合材料）或多孔球體（如催化劑載體、過濾介質、儲氫）、非晶（如金屬玻璃）或亞穩態（如高強度合金）、核殼或復合粉體（如燃料電池電解質、耐腐蝕耐磨涂層）、納米粉體和碳納米管等結構和形貌豐富的材料。

三、未來展望

袁方利研究員表示，沒有完美的工藝技術，高頻等離子體技術制備粉體也不例外。比如用它進行粉體的球化，制備的粉體粒徑范圍與注入原料相關——熔融和淬火并不會對原料產生均化作用，因此往往需要在前端工序進行預分級處理，并且繼續在后端通過工藝和設備輔助分級；還比如高頻等離子系統的極端溫度和淬火很快，這可能會導致一些材料亞穩態相或非晶相的形成——袁方利老師提出兩種解題思路：一種是通過工藝氣氛或后續熱處理等方式去除雜相，一種是通過雜相設計將不利轉為有利，實現特定應用場景優化。

小結

在粉體工業領域，高頻等離子體技術制備粉體非常小眾，甚至很大概率長時間內都不會為人熟知。袁方利研究員表示，包括自己搭建完成的一些熱等離子體制備粉體項目，也不清楚粉體用在哪兒，但正是這種感應熱等離子體提供的高溫瞬態過程，為特種粉體材料的發展提供了靈活性和可擴展性，強化了等離子技術粉體制備在航空航天、新材料、能源和半導體應用的戰略地位。

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