超声雾化技术
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Content design, 10 years experience
恒载超声雾化
该装置采用等离子弧作为
高温热源，并且借鉴旋转电极 离心雾化法的物料加热方式，
welcome to use these PowerPoint templates, New
Content design, 10 years experience 将待制粉末金属棒料作为一个
超声复合雾化
由于机械式超声雾化和非接触式超声雾化所制备的粉末粒度相对以往的 无话方法并没有很大的提高，所以应用超声雾化技术与传统雾化技术相融合 以进一步细化粉末便成为一个趋势和研究热点。比如说将气雾化与超声雾化 结合等。
金属超声雾化基本理论
关于超声雾化形成的机理，一直存在着两种解释—
—表面张力波理论和微激波理论。
影响气雾化效果因素
一般情况下，在其他参数相同条件下，满足下列 条件可获得细粒： 1、低的金属粘度 3、提高熔熔金属过热度 2、低的金属表面张力 4、减少金属液流量 6、好的雾化角
5、增加气体压力、流速、流量
下列措施可以获得球形度、流动性较好的粉末： 1、高的金属表面张力 2、使用惰性气体雾化
3、降低喷射速度
5、防止液滴的氧化
4、增加粉末的飞行距离
离心雾化
离心雾化法是把熔融金属液从坩埚或浇包浇注到旋转的圆 旋转电极雾化法是以金属或合金制成自耗电极，金属电极 旋转盘离心雾化是熔融液流经导向装置流入到旋转盘的中心 盘中，或者直接融化旋转金属棒料的一端，在旋转离心力的作 棒高速旋转，其端面受电弧加热而熔融为液体，通过电极高速 通过离心抛甩作用，熔融液被破碎成微细液滴并在飞行的过 用下金属液被破碎成小液滴，随后凝固成金属粉体的方法。离 旋转的离心力将液体抛出并粉碎为小液滴，继之冷凝为粉末的 程中被冷却凝固成粉末。原理图如下。 心雾化法可以分为旋转盘雾化法和旋转电极雾化法。 制粉方法。原理图如下：
原料 方式 结论
该实验选择Sn和Pb作为原料，按Sn 63%，Pb 37%配 制合金锭，在真空电阻炉内重熔，利用超声雾化设备进行实
验。设备主要由真空充气系统、金属熔炼及输送系统、金属
导流装置、超声振动系统、雾化罐体与h
超声波频率—20kHz
实验结果
其他一些雾化法
机械雾化法：
机械雾化法是通过机械力来分离和雾化熔体，然后冷凝成粉体。 由于不使用气体、液体（水）去冲击熔体，所以不同于一般雾化方 welcome to use these PowerPoint templates, New
法。这类方法应用较多的是双辊雾化法（是一种行之有效的生产快
Content design, 10 years experience
影响离心雾化效果因素
通过离心雾化铝粉、镁粉等金属粉末，对大量实验数据 进行总结，给出了最后形成液滴的理论粒径的经验公式：
由上式可见，角速度越大，熔滴尺寸越小，
相应冷却速率就越大，熔滴开始和完成凝固所需
要的时间就越短，这样在工艺上就可以减小雾化 室的体积。同理，如果过热度太大，则要求更大
的雾化室，从雾化室角度来说，不宜采用过大的
过热度。
此外，随着角速度的增大，熔滴过冷度也增大， 这就为材料的快速凝固创造了更好的条件。另外， 适当增加转盘直径，减小金属流量都有利于降低 金属粒径。
熔液破碎理论模型
关于溶液破碎成液滴主要有以下两个理论模型：液体表面波破碎分裂模型和液 滴的二次破碎模型。对于离心雾化，目前主要研究第一个模型，而气雾化则 兼有两者。
【3】将超声雾化与传统的雾化技术结合的超声复合雾化技术。
机械振动式超声雾化
接触式超声振动雾
化主要是通过超生雾化
器产生的具有一定振幅 的高频机械振动直接或 间接的作用于金属液使 之雾化。雾化器主要由 超声波发生器、超声换 能器、变幅杆组成。
伞状工具头式超生雾化器已经成为一种经典的机构。其结构如下：
超声驻波雾化装置的工作机理是让两束超声波相互干涉产生超声驻波， 将导液管置于声压波节上方，当金属液流从导液管中流出并流到声压波节附
近时，超声驻波所具有的力学作用使之转变为一个平行于超声转换器平面的
环形小液片，液流流入液片后迅速分散到叶片的边缘，并在液片的边缘处液 流被破碎雾化成小液滴。
如下的聚焦式超声雾化装置，主要采用了共振器和发射方向变换器将超 声变幅杆所产生的超声振动转化为超声波并以氩气为传输介质聚集到一个点 或者一条线上对金属进行雾化。这种雾化方法很好的解决了超声振动雾化所 存在的污染问题，可以制得纯度较高的粉体。
能量集中形成不稳定的张力波，在它的作用下，当液体
震动面的振幅达到一定的值时，液滴即从波峰上飞出而 形成雾。
基于表面张力波理论的粒径
考虑到振幅的影响，修 正后的方程为：
1
雾滴直径与振动频率和液体物化特性的关系：
2
系统归纳超声雾化中振动表面膜厚度h和振幅与液
滴直径的关系，得出公式：
3
对比实验
超声雾化技术制备粉 末
超声雾化技术
2014年10月13日8时44分
主要内容
雾化法制粉 超声雾化原理 对比实验 超声雾化新进展
雾化法制粉
气雾化制粉
概念 方式 因素
雾化法是通过一定介质（如惰性气体，水）和作用力直 接击碎液态金属而制得粉体的方法，适合于制备多种金属粉 体。 由于雾化法设备相对简单，生产率高等特点，使其成为 目前重点研究和主要制粉方法之一。世界上约有50%的粉体 是使用雾化法制备的，年产量接近一百万吨。
气雾化主要方式
根据雾化气体对金属液流作用的方式，可以将气雾化分为以下形
式：
垂直喷射：雾化介质与金属液流呈垂直方向。 V 形喷射：两股板状雾化介质射流呈V形，金属液在交叉处被击 环缝喷嘴：压缩气体切向进入喷嘴内腔，然后高速喷出形成 环孔喷嘴：雾化气体以极高的 碎 以漩涡状椎体。 速度从若干个均匀分布在圆周 上的小孔喷出构成一个未封闭 的气锥，交汇于锥顶点。
冷粉体的方法）
真空雾化法：
也称可溶性气体雾化，是利用不同压力下气体在液态金属中的 溶解度不同而将金属雾化成粉的工艺方法。其工艺过程为将被气体 （氮气、氩气等）过饱和的金属溶液，经输送管送入真空室中，由 于压差作用气体突然从熔液中溢出，膨胀，引起金属液破碎成液滴。 随后离散成非常细小的金属液滴，最后凝固成粉体。
气雾化概念
welcome to use these PowerPoint templates, New 所谓气雾化，其实质是一个通 Content design, 10 years experience 过雾化喷嘴产生的高速、高压气流
将熔体粉碎成细小的液滴并且冷却
凝固成粉末的过程，属二流雾化的
一种方式。采用这种方法工业上生 产粉末的粒度大都在30~500μm。 液体被击碎成小液滴时，高速气体 的动能转变为金属液滴的表面能。
超声雾化方式
金属超声雾化主要有三种形式： 【1】金属液直接或者间接地与超声变幅杆或超声工具头等超
声装置部件接触，这些超声部件将功率源所产生的高频电磁振荡
经过超声换能器转化和超声聚能器放大最终形成的高频机械振动 传递给金属液流，金属液流在超声振动作用下被击碎雾化。
【2】通过一些特殊的方法将超声波的能量聚集在一个很小的 空间体积内，直接利用超声波对金属液雾化。
超声雾化法最初由瑞典人所发明，后经由美国MIT的 Grant教授在瑞典人发明的超声雾化装置上进行了改进和完 善，发展了超声雾化制粉工艺。其喷嘴结构如下：
超声雾化喷嘴由拉瓦尔管和Hartman震动管组合 而成，在获得2~2.5MPa的超音速气流的同时产生 80~10kHz的脉冲频率。目前超声雾化生产铝、镍和 铁、镍基合金等已达工业生产规模，而对高熔点合金 仍在进一步实验研究之中。
其他一些雾化法
电弧雾化法：
电弧雾化的原理是两根电极由被雾化的金属材料做成，电极浸在 电介质中。对电极施加电压，当两根电极接触时瞬间起弧融化微量的
金属，融化后的金属液立即在电介质中冷却，凝固成球形粉体粒子。
如此不断接触与分离。
超声雾化法
超声雾化工艺
概念 方式 因素
金属超声雾化是利用超声能量使金属熔液在气相中形成 细微雾滴，雾滴冷却凝固成金属粉末的过程。
等离子阳极，机械地安装在超 生聚能器上，在高压作用下， 与等离子枪内部电极之间形成 氩弧等离子体，金属棒料端面 在高温等离子轰击下逐层融化。 然后融化的金属液被超声振动 所雾化。
超声张力波—超声气雾化双重超声雾化
该方法将两种超声雾化方法有机结合，克服了各自的局限性。装置分两 步击碎液态金属，从而解决了熔体流量不能过大的问题。
非接触式超声波雾化
非接触式超声波雾化不需要超声装置与金属熔液接触，而是直接通过超 声波来雾化金属液。超声波雾化装置主要采用特殊的装置将声波的能量聚集 在一个很小的空间内，在这个能量密度很高的空间范围内将金属雾化。由于 不与超声装置接触，所以粉末纯度容易得到控制。主要有超声驻波雾化和聚
焦式雾化两种方式。
液态金属首先导向由超声频率激发的管状共
振器的内壁，熔态金属润湿这种振动基体，通过 张力波雾化被击碎。同时在进入同一管中的惰性
气体产生非稳态冲击波，这种压力脉冲进一步击
碎张力波雾化的溶液，从而使最终获得细微粉末。 这种方法适合制备20um以下的粉末。
Thank you!
以下为气雾化和超声雾化制备的粉末形貌照片：
以下为气雾化和超声雾化的粒度分布：
此外，抗氧化性能方面，超声雾化粉末优于气雾化粉 末。缘于超声雾化粉末表面形貌的改善。
超声雾化新进展
目前超声雾化技术与传统雾化技术相融合是超声雾 化技术发展的一个必然趋势，而且形成了一系列复合型 高效雾化制粉技术，主要有： 超声雾化—超声气雾化 超声—离心雾化 超声波驻波雾化等
离心—超声雾化
熔体以一定流量经过流嘴时，通过涡流离心腔的导流作用，使流 出的金属液成空心锥结构，其螺旋形的流动轨迹加快了金属液在振动 面上的铺展，促进了液体沿周向的铺展和薄液膜的形成，提高了金属
液在整个震动面铺展的均匀性。
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微激波理论是基于空化作用的，即在气泡闭合的过
程中，液体的动能转变为对气泡所做的功，当气泡闭合 时，气泡的能量除部分转变为热和光辐射外，其余的就 以微激波形式辐射，即产生微激波。按照这样，空化泡 闭合时产生很强的微激波，其强度达到一定值时引起雾 化。
金属超声雾化基本理论
表面张力波理论是基于表面波在液—气界面的传播，
恒载超声雾化
该装置采用等离子弧作为
高温热源，并且借鉴旋转电极 离心雾化法的物料加热方式，
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Content design, 10 years experience 将待制粉末金属棒料作为一个
超声复合雾化
由于机械式超声雾化和非接触式超声雾化所制备的粉末粒度相对以往的 无话方法并没有很大的提高，所以应用超声雾化技术与传统雾化技术相融合 以进一步细化粉末便成为一个趋势和研究热点。比如说将气雾化与超声雾化 结合等。
金属超声雾化基本理论
关于超声雾化形成的机理，一直存在着两种解释—
—表面张力波理论和微激波理论。
影响气雾化效果因素
一般情况下，在其他参数相同条件下，满足下列 条件可获得细粒： 1、低的金属粘度 3、提高熔熔金属过热度 2、低的金属表面张力 4、减少金属液流量 6、好的雾化角
5、增加气体压力、流速、流量
下列措施可以获得球形度、流动性较好的粉末： 1、高的金属表面张力 2、使用惰性气体雾化
3、降低喷射速度
5、防止液滴的氧化
4、增加粉末的飞行距离
离心雾化
离心雾化法是把熔融金属液从坩埚或浇包浇注到旋转的圆 旋转电极雾化法是以金属或合金制成自耗电极，金属电极 旋转盘离心雾化是熔融液流经导向装置流入到旋转盘的中心 盘中，或者直接融化旋转金属棒料的一端，在旋转离心力的作 棒高速旋转，其端面受电弧加热而熔融为液体，通过电极高速 通过离心抛甩作用，熔融液被破碎成微细液滴并在飞行的过 用下金属液被破碎成小液滴，随后凝固成金属粉体的方法。离 旋转的离心力将液体抛出并粉碎为小液滴，继之冷凝为粉末的 程中被冷却凝固成粉末。原理图如下。 心雾化法可以分为旋转盘雾化法和旋转电极雾化法。 制粉方法。原理图如下：
原料 方式 结论
该实验选择Sn和Pb作为原料，按Sn 63%，Pb 37%配 制合金锭，在真空电阻炉内重熔，利用超声雾化设备进行实
验。设备主要由真空充气系统、金属熔炼及输送系统、金属
导流装置、超声振动系统、雾化罐体与h
超声波频率—20kHz
实验结果
其他一些雾化法
机械雾化法：
机械雾化法是通过机械力来分离和雾化熔体，然后冷凝成粉体。 由于不使用气体、液体（水）去冲击熔体，所以不同于一般雾化方 welcome to use these PowerPoint templates, New
法。这类方法应用较多的是双辊雾化法（是一种行之有效的生产快
Content design, 10 years experience
影响离心雾化效果因素
通过离心雾化铝粉、镁粉等金属粉末，对大量实验数据 进行总结，给出了最后形成液滴的理论粒径的经验公式：
由上式可见，角速度越大，熔滴尺寸越小，
相应冷却速率就越大，熔滴开始和完成凝固所需
要的时间就越短，这样在工艺上就可以减小雾化 室的体积。同理，如果过热度太大，则要求更大
的雾化室，从雾化室角度来说，不宜采用过大的
过热度。
此外，随着角速度的增大，熔滴过冷度也增大， 这就为材料的快速凝固创造了更好的条件。另外， 适当增加转盘直径，减小金属流量都有利于降低 金属粒径。
熔液破碎理论模型
关于溶液破碎成液滴主要有以下两个理论模型：液体表面波破碎分裂模型和液 滴的二次破碎模型。对于离心雾化，目前主要研究第一个模型，而气雾化则 兼有两者。
【3】将超声雾化与传统的雾化技术结合的超声复合雾化技术。
机械振动式超声雾化
接触式超声振动雾
化主要是通过超生雾化
器产生的具有一定振幅 的高频机械振动直接或 间接的作用于金属液使 之雾化。雾化器主要由 超声波发生器、超声换 能器、变幅杆组成。
伞状工具头式超生雾化器已经成为一种经典的机构。其结构如下：
超声驻波雾化装置的工作机理是让两束超声波相互干涉产生超声驻波， 将导液管置于声压波节上方，当金属液流从导液管中流出并流到声压波节附
近时，超声驻波所具有的力学作用使之转变为一个平行于超声转换器平面的
环形小液片，液流流入液片后迅速分散到叶片的边缘，并在液片的边缘处液 流被破碎雾化成小液滴。
如下的聚焦式超声雾化装置，主要采用了共振器和发射方向变换器将超 声变幅杆所产生的超声振动转化为超声波并以氩气为传输介质聚集到一个点 或者一条线上对金属进行雾化。这种雾化方法很好的解决了超声振动雾化所 存在的污染问题，可以制得纯度较高的粉体。
能量集中形成不稳定的张力波，在它的作用下，当液体
震动面的振幅达到一定的值时，液滴即从波峰上飞出而 形成雾。
基于表面张力波理论的粒径
考虑到振幅的影响，修 正后的方程为：
1
雾滴直径与振动频率和液体物化特性的关系：
2
系统归纳超声雾化中振动表面膜厚度h和振幅与液
滴直径的关系，得出公式：
3
对比实验
超声雾化技术制备粉 末
超声雾化技术
2014年10月13日8时44分
主要内容
雾化法制粉 超声雾化原理 对比实验 超声雾化新进展
雾化法制粉
气雾化制粉
概念 方式 因素
雾化法是通过一定介质（如惰性气体，水）和作用力直 接击碎液态金属而制得粉体的方法，适合于制备多种金属粉 体。 由于雾化法设备相对简单，生产率高等特点，使其成为 目前重点研究和主要制粉方法之一。世界上约有50%的粉体 是使用雾化法制备的，年产量接近一百万吨。
气雾化主要方式
根据雾化气体对金属液流作用的方式，可以将气雾化分为以下形
式：
垂直喷射：雾化介质与金属液流呈垂直方向。 V 形喷射：两股板状雾化介质射流呈V形，金属液在交叉处被击 环缝喷嘴：压缩气体切向进入喷嘴内腔，然后高速喷出形成 环孔喷嘴：雾化气体以极高的 碎 以漩涡状椎体。 速度从若干个均匀分布在圆周 上的小孔喷出构成一个未封闭 的气锥，交汇于锥顶点。
冷粉体的方法）
真空雾化法：
也称可溶性气体雾化，是利用不同压力下气体在液态金属中的 溶解度不同而将金属雾化成粉的工艺方法。其工艺过程为将被气体 （氮气、氩气等）过饱和的金属溶液，经输送管送入真空室中，由 于压差作用气体突然从熔液中溢出，膨胀，引起金属液破碎成液滴。 随后离散成非常细小的金属液滴，最后凝固成粉体。
气雾化概念
welcome to use these PowerPoint templates, New 所谓气雾化，其实质是一个通 Content design, 10 years experience 过雾化喷嘴产生的高速、高压气流
将熔体粉碎成细小的液滴并且冷却
凝固成粉末的过程，属二流雾化的
一种方式。采用这种方法工业上生 产粉末的粒度大都在30~500μm。 液体被击碎成小液滴时，高速气体 的动能转变为金属液滴的表面能。
超声雾化方式
金属超声雾化主要有三种形式： 【1】金属液直接或者间接地与超声变幅杆或超声工具头等超
声装置部件接触，这些超声部件将功率源所产生的高频电磁振荡
经过超声换能器转化和超声聚能器放大最终形成的高频机械振动 传递给金属液流，金属液流在超声振动作用下被击碎雾化。
【2】通过一些特殊的方法将超声波的能量聚集在一个很小的 空间体积内，直接利用超声波对金属液雾化。
超声雾化法最初由瑞典人所发明，后经由美国MIT的 Grant教授在瑞典人发明的超声雾化装置上进行了改进和完 善，发展了超声雾化制粉工艺。其喷嘴结构如下：
超声雾化喷嘴由拉瓦尔管和Hartman震动管组合 而成，在获得2~2.5MPa的超音速气流的同时产生 80~10kHz的脉冲频率。目前超声雾化生产铝、镍和 铁、镍基合金等已达工业生产规模，而对高熔点合金 仍在进一步实验研究之中。
其他一些雾化法
电弧雾化法：
电弧雾化的原理是两根电极由被雾化的金属材料做成，电极浸在 电介质中。对电极施加电压，当两根电极接触时瞬间起弧融化微量的
金属，融化后的金属液立即在电介质中冷却，凝固成球形粉体粒子。
如此不断接触与分离。
超声雾化法
超声雾化工艺
概念 方式 因素
金属超声雾化是利用超声能量使金属熔液在气相中形成 细微雾滴，雾滴冷却凝固成金属粉末的过程。
等离子阳极，机械地安装在超 生聚能器上，在高压作用下， 与等离子枪内部电极之间形成 氩弧等离子体，金属棒料端面 在高温等离子轰击下逐层融化。 然后融化的金属液被超声振动 所雾化。
超声张力波—超声气雾化双重超声雾化
该方法将两种超声雾化方法有机结合，克服了各自的局限性。装置分两 步击碎液态金属，从而解决了熔体流量不能过大的问题。
非接触式超声波雾化
非接触式超声波雾化不需要超声装置与金属熔液接触，而是直接通过超 声波来雾化金属液。超声波雾化装置主要采用特殊的装置将声波的能量聚集 在一个很小的空间内，在这个能量密度很高的空间范围内将金属雾化。由于 不与超声装置接触，所以粉末纯度容易得到控制。主要有超声驻波雾化和聚
焦式雾化两种方式。
液态金属首先导向由超声频率激发的管状共
振器的内壁，熔态金属润湿这种振动基体，通过 张力波雾化被击碎。同时在进入同一管中的惰性
气体产生非稳态冲击波，这种压力脉冲进一步击
碎张力波雾化的溶液，从而使最终获得细微粉末。 这种方法适合制备20um以下的粉末。
Thank you!
以下为气雾化和超声雾化制备的粉末形貌照片：
以下为气雾化和超声雾化的粒度分布：
此外，抗氧化性能方面，超声雾化粉末优于气雾化粉 末。缘于超声雾化粉末表面形貌的改善。
超声雾化新进展
目前超声雾化技术与传统雾化技术相融合是超声雾 化技术发展的一个必然趋势，而且形成了一系列复合型 高效雾化制粉技术，主要有： 超声雾化—超声气雾化 超声—离心雾化 超声波驻波雾化等
离心—超声雾化
熔体以一定流量经过流嘴时，通过涡流离心腔的导流作用，使流 出的金属液成空心锥结构，其螺旋形的流动轨迹加快了金属液在振动 面上的铺展，促进了液体沿周向的铺展和薄液膜的形成，提高了金属
液在整个震动面铺展的均匀性。
welcome to use these PowerPoint templates, New
微激波理论是基于空化作用的，即在气泡闭合的过
程中，液体的动能转变为对气泡所做的功，当气泡闭合 时，气泡的能量除部分转变为热和光辐射外，其余的就 以微激波形式辐射，即产生微激波。按照这样，空化泡 闭合时产生很强的微激波，其强度达到一定值时引起雾 化。
金属超声雾化基本理论
表面张力波理论是基于表面波在液—气界面的传播，