Con el rápido desarrollo de la industria y la tecnología modernas, las distintas industrias exigen cada vez mayores prestaciones a los materiales en polvo. Además de un contenido de impurezas extremadamente bajo, un tamaño de partícula fino y una distribución granulométrica estrecha, estos materiales también deben presentar una morfología de partícula específica. Los polvos esféricos se utilizan ampliamente en industrias de alta gama como la de componentes electrónicos, la aeroespacial y la de impresión 3D debido a su excelente rendimiento en cuanto a morfología superficial, distribución granulométrica y fluidez. En el ámbito industrial, la atomización es un método ampliamente utilizado y estable para la producción de polvos esféricos de gran tamaño. Sin embargo, para materiales cerámicos con alto punto de fusión o metales refractarios como el molibdeno y el tungsteno, la atomización resulta difícil de aplicar debido a limitaciones en la tecnología de procesamiento, el equipo y otros factores. La tecnología de esferoidización por plasma, gracias a sus ventajas principales de temperatura ultraalta y alta densidad energética, permite la esferoidización y densificación de polvos de materiales refractarios. Constituye uno de los métodos más eficaces para su preparación. polvos esféricos Con una composición uniforme, alta esfericidad y pocos defectos, ha atraído mucha atención en los campos de la fabricación de alta gama y los materiales avanzados.

El plasma, también conocido como plasma, es el cuarto estado de la materia más numeroso, después del sólido, el líquido y el gaseoso. Se trata de un gas altamente ionizado compuesto por partículas cargadas (principalmente iones positivos y electrones libres). Posee las características de alta temperatura, gran volumen de plasma, alta densidad energética, rápida transferencia de calor y enfriamiento. Puede utilizarse como fuente de calor para fundir y esferoidizar materias primas, y también puede participar en reacciones químicas bajo atmósferas específicas para sintetizar diversos polvos compuestos ultrafinos. El proceso fundamental de esta tecnología consiste en utilizar la altísima temperatura del plasma para fundir o incluso vaporizar instantáneamente polvos de materia prima de forma irregular. Las gotas fundidas se contraen espontáneamente adoptando formas esféricas por la acción de la tensión superficial, y luego se solidifican mediante un enfriamiento rápido, obteniéndose finalmente polvos de alta calidad con gran esfericidad y pocos defectos.

Esta tecnología presenta numerosas ventajas: 1) Mejora la fluidez: reduce eficazmente la segregación y aglomeración de polvos, especialmente los finos, y controla la calidad del proceso durante la metalurgia de polvos, como la mezcla, la carga y la compactación; 2) Mejora la densidad de compactación; 3) Reduce los defectos internos; 4) Mejora la morfología: confiere al material una microestructura esférica estándar; 5) Reduce el contenido de oxígeno: la introducción de una atmósfera reductora durante el proceso de preparación reduce considerablemente el contenido de oxígeno.

Según el método de generación de plasma, este se puede dividir en método de esferoidización por plasma térmico de arco de corriente continua y método de esferoidización por plasma de inducción de radiofrecuencia.

método de esferoidización por plasma térmico de arco de CC
El principio fundamental consiste en generar alta temperatura mediante una descarga de arco ubicada entre la punta del cátodo y el ánodo, lo que provoca que el gas en la cámara de reacción se transforme en plasma y forme un chorro en la boquilla bajo la acción del flujo de gas. Las materias primas se evaporan y se descomponen en átomos gaseosos, y el vapor sobresaturado fluye hacia las zonas de menor temperatura de la cámara de reacción, donde se nuclea y crece nuevamente hasta formar las partículas esféricas deseadas.

Características: El equipo es relativamente sencillo, la temperatura termodinámica en la zona del arco puede alcanzar los 104 K, la velocidad de síntesis es rápida y el coste es bajo; Se pueden sintetizar muchos tipos de nanopartículas, lo que lo convierte en el método más utilizado para sintetizar nanopartículas de metal, óxido metálico y cerámica de precisión; El tamaño y la morfología de las partículas generadas finales se pueden controlar cambiando parámetros experimentales como la velocidad de alimentación, las condiciones atmosféricas, la potencia de entrada y la velocidad del flujo de aire.

Método de esferoidización de plasma inducido por radiofrecuencia
Este método utiliza la excitación por campo magnético de radiofrecuencia (1-500 MHz) para generar plasma acoplado inductivamente. El principio fundamental es que materia prima en polvo Sufre procesos instantáneos de fusión y contracción bajo la acción de un campo eléctrico de radiofrecuencia, formando una estructura esférica, que luego se enfría y solidifica para obtener polvo esférico, y finalmente cae en el dispositivo de recolección.

Características: El plasma de radiofrecuencia presenta numerosas ventajas, como una fuente de calor estable, alta densidad energética, elevada temperatura de calentamiento, enfriamiento rápido y ausencia de contaminación de los electrodos. Además, permite obtener un buen efecto de esferoidización en metales refractarios, lo que modifica la morfología de materiales en polvo irregulares, aumenta la esfericidad de las partículas y reduce los polvos defectuosos. Esta tecnología se ha aplicado ampliamente en la preparación de polvos esféricos de metales refractarios y materiales cerámicos, como polvo de tungsteno, cromo, titanio y sus aleaciones, cuarzo de alta pureza y alúmina.

Aunque la tecnología de plasma aún enfrenta desafíos como equipos complejos, altos costos de inversión y la necesidad de mejorar la productividad, sus ventajas únicas en la preparación de polvos de alta densidad y con alta tasa de esferoidización han atraído mucha atención.