【摘 要】
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高能球磨是最常用的一种实现粉体细化和机械合金化的方法,但传统的高能球磨法只有单一的机械能输入,存在效率低、能耗高、粉末污染等问题。等离子球磨是解决上述问题的一种有效途径。本文首先综述了高能球磨技术和等离子球磨技术的原理及应用,然后调控等离子球磨工艺,制备了片状吸波铁粉,并研究了放电参数与球磨参数对粉末形貌的影响。最后,探讨了等离子球磨过程中片状铁粉的形成机理。研究发现,在常规的放电参数下,本研究采
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高能球磨是最常用的一种实现粉体细化和机械合金化的方法,但传统的高能球磨法只有单一的机械能输入,存在效率低、能耗高、粉末污染等问题。等离子球磨是解决上述问题的一种有效途径。本文首先综述了高能球磨技术和等离子球磨技术的原理及应用,然后调控等离子球磨工艺,制备了片状吸波铁粉,并研究了放电参数与球磨参数对粉末形貌的影响。最后,探讨了等离子球磨过程中片状铁粉的形成机理。研究发现,在常规的放电参数下,本研究采用装置的等离子体的电子温度在0.6～3.2e V,电子密度为1019～1021/m~3。放电的能量可使Sn、Zn、Al、Fe等金属粉末发生不同程度的熔融或烧结,表面熔融层深约几十纳米,由表层、次表层到心部还形成一定的温差而产生热应力。经放电1 h后,Al颗粒内部的温度范围在130～166℃,热应力最大约82 MPa。Fe颗粒内部的温度范围在41～95℃,热应力最大约140 MPa。SEM和XRD的结果表明,利用放电的热效应,等离子球磨6 h可得到片径在4～10μm、平均晶粒尺寸约18 nm的片状还原铁粉,等离子球磨1 h可形成中位径约9.5μm、平均厚度约0.6μm、平均晶粒尺寸约9 nm的片状羰基铁粉。与普通球磨相比,等离子球磨制备的片状羰基铁粉径厚比大、形状各向异性强,导致其吸波性能得到了改善。制成同轴样品后,采用模拟厚度法测得其反射损耗最大达到-25 d B,在13.6～16.7 GHz频率范围内的反射损耗均低于-10.0 d B,频带宽度约3 GHz。采用数值模拟方法对等离子球磨的强度进行表征和计算,球磨时磨球的冲击力在20～200 N,球磨铁粉时的接触应力在900～8000 MPa,碰撞频率在10～100 s-1,碰撞持续时间约10μs。放电持续时间约100 ns,单个放电周期约60μs。采用“加热-微锻”模型可较好描述等离子球磨过程中片状羰基铁粉的形成,球磨冲击力使粉末发生微锻,放电加热则使铁粉表层发生熔融,整体的宏观温度在330～470℃。粉末的屈服应力降低,加工硬化的程度减小,因而球状Fe粉容易延展成片径更大、厚度更薄的片状粉末。
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