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粒度与形貌控制新突破:高性能球形金属钨粉制备技术进展

曾经难以加工的金属钨粉,正通过等离子球化等尖端技术重塑其形态,从多棱角的不规则粉末变为流动性极佳的完美球体,为高端制造带来全新可能。
Oct 10th,2025 39 浏览量
    金属钨粉的粒度与形貌控制一直是粉末冶金和增材制造领域的核心挑战。随着射频等离子体、气流粉碎分级等技术的成熟,高性能球形金属钨粉的制备近日取得显著进展。

    01 等离子球化技术引领变革
    射频等离子体技术已成为制备球形金属钨粉的关键手段。这项技术利用高频电源激发产生超高温等离子体(3000-10000K),钨原料在等离子体中被瞬间熔融,随后在惰性气体环境中高速冷却形成完美球形颗粒。
    研究表明,经过等离子体球化处理后,普通钨粉的流动性从球化前的235.8秒/50克大幅提高到95.5秒/50克,松装比重也从2.36克/立方厘米提升至4.06克/立方厘米。这种变化显著改善了金属钨粉在后续加工中的性能表现。
    北京厚朴思技术公司自主研发的高能等离子球化技术(HEPS)已经能够实现商业化量产,合作伙伴包括多家上市公司和中科院研究所。
    02 气流粉碎分级优化粉末特性
    气流粉碎分级技术是优化金属钨粉粒度分布的另一种有效方法。研究表明,通过调整研磨气体压力、分选轮转速和进料速率等参数,可以精确控制粉末的粒度特征。
    以费氏粒度为3μm钨粉为原料,经气流磨粉碎分级处理后,粉末的d10、d50、d90分别由处理前的1.89μm、3.29μm、5.58μm变为1.36μm、2.13μm、3.19μm,比表面积由1.56平方米/克增大到2.64平方米/克。
    这种粒度优化使得粉末临界装载量由处理前的54vol%提高到65vol%,在1900℃下烧结获得97.3%的相对密度,显微硬度达到496 Hv0.1,实现了注射成形钨制品的低温烧结致密化。
    03 制备工艺多元化发展
    除了等离子体和气流粉碎技术,研究人员还开发了多种金属钨粉制备方法。酸沉淀法以钨酸铵为原料,在超声和机械搅拌下与强酸发生反应得到钨酸沉淀,再经还原得到平均粒径约1.5μm的球形钨粉。
    对于超粗球形钨粉的制备,研究人员开发了聚乙烯醇(PVA)造粒结合射频等离子体处理的方法。该方法选取常规钨粉为原料,通过造粒、干燥、筛分获得大颗粒前驱体粉末,经过等离子体高温区熔融球化后骤冷固化。
    章源钨业最新开发的球形钨镧复合粉末制备方法,通过严格的温度控制和反应条件优化,有效提高了合金的致密性与纯度。
    04 技术应用前景广阔
    高性能球形金属钨粉在多个领域展现出巨大应用潜力。在航空航天领域,球形钨粉打印的零部件具备耐高温、抗热震、抗烧蚀特性,成为火箭发动机喷嘴、重返舱涂层的理想选择。
    在核工业领域,钨的高原子序数(Z=74)使其能有效屏蔽γ射线和X射线,球形粉末的流动性便于复杂形状辐射防护结构的成型加工。
    医疗领域也受益于球形钨粉的优异性能。通过3D打印技术制备的超薄格栅叶片,可阻挡CT扫描中90%以上的杂散X射线,显著减少散射干扰,提升图像对比度与分辨率。

    未来随着等离子体技术和气流粉碎技术的不断优化,金属钨粉的球形度、流动性和批次一致性将进一步提升。新材料研发与制备工艺的创新,将继续推动球形钨粉在半导体、航空航天、核工业和医疗等高端领域的应用拓展。
    粒度与形貌控制的精密化将成为技术竞争的重点,能够提供定制化粒径分布(如5-15μm、5-25μm、15-53μm)的生产企业将获得更大市场份额。技术创新不仅提升材料性能,更将开启金属钨粉应用的新篇章。