高熵陶瓷粉末噴霧造粒技術的應用與進展

高熵陶瓷作為一種**多組元陶瓷材料，由五種或以上金屬陽離子以等摩爾或近等摩爾比例構成單相晶體結構，因其*特的“高熵效應”而表現出優異的熱穩定性、機械性能和抗腐蝕性。然而，高熵陶瓷粉末的制備與成型過程中存在組分均勻性控制難、燒結活性低等問題。噴霧造粒技術作為一種高效的粉體處理工藝，為解決這些挑戰提供了有效方案。

一、噴霧造粒技術在高熵陶瓷制備中的核心作用

1. 實現多組元均勻化混合
   高熵陶瓷包含多種金屬氧化物（如ZrO?、HfO?、CeO?、Y?O?等），傳統機械混合易出現組分偏析。通過噴霧造粒可將多種鹽溶液或漿料霧化干燥，在微觀尺度上實現各組分的分子級均勻分布，為形成單相高熵陶瓷奠定基礎。

2. 優化粉體形貌與流動性
   高熵陶瓷原料多為納米級超細粉，流動性差且易團聚。噴霧造粒后可形成球形度高、粒度分布集中的中空微球（粒徑通常為20-100μm），顯著提高粉體的流動性和填充密度，適用于干壓、等靜壓等成型工藝。

3. 增強燒結性能
   噴霧造粒產生的顆粒內部結構疏松，比表面積大，在燒結過程中可促進擴散傳質，降低燒結溫度（約50-100℃），抑制晶粒異常長大，提高致密化程度。

二、具體應用場景

1. 熱障涂層材料
   高熵稀土鋯酸鹽（如(La?.?Ce?.?Nd?.?Sm?.?Eu?.?)?Zr?O?）通過噴霧造粒制備的球形粉體，更適合等離子噴涂工藝，涂層表現出更低的熱導率和更高的熱循環壽命。

2. 超高溫結構陶瓷
   高熵碳化物（如(Hf?.?Zr?.?Ta?.?Nb?.?Ti?.?)C）噴霧造粒后經燒結制備的塊體材料，維氏硬度可達30 GPa以上，抗高溫氧化溫度超過2000℃。

3. 新能源材料
   高熵鈣鈦礦型氧化物（如(LaPrNdSmEu)CrO?）造粒粉體用于固體氧化物燃料電池電極，表現出高離子電導率和抗積碳性能。

三、技術挑戰與創新方向

• 組分**控制：需通過優化前驅體溶液濃度、霧化參數等避免干燥過程中因元素揮發速率差異導致的成分偏差。

• 有機添加劑選擇：粘結劑（如PVA）、分散劑（如檸檬酸銨）需與多組元離子兼容，防止漿料絮凝或顆粒硬化。

• 工藝適配性升級：針對高熵體系特性，可采用離心式噴霧造粒機（如OMLG-5型）的變頻調速功能，通過**控制離心盤轉速（0-18000 r/min可調）調節霧滴尺寸，適應不同漿料黏度（**可達5000 mPa·s）；其316L不銹鋼材質和惰性氣體保護系統還可避免金屬離子污染。

四、未來展望

隨著高熵陶瓷材料體系的擴展，噴霧造粒技術將進一步向智能化工藝控制方向發展：

• 通過在線粒度監測系統實時調整霧化參數；

• 結合機器學習算法預測造粒顆粒形貌與燒結行為；

• 開發低溫噴霧冷凍造粒技術，用于水敏性高熵體系（如氮化物、硼化物）。

噴霧造粒技術通過其*特的顆粒設計能力，已成為推動高熵陶瓷從實驗室走向產業化應用的關鍵橋梁，未來在航空航天、核能裝備等高端領域將發揮更重要的作用。