현대 산업과 기술의 급속한 발전으로 다양한 산업 분야에서 분말 소재에 대한 고성능 요구가 점점 더 높아지고 있습니다. 분말 소재는 불순물 함량이 극히 낮고, 입자 크기가 미세하며, 입자 크기 분포가 좁을 뿐만 아니라, 특정 입자 형태를 가져야 합니다. 구형 분말은 표면 형태, 입자 크기 분포, 유동성 측면에서 우수한 성능을 보여 전자 부품, 항공우주, 3D 프린팅과 같은 첨단 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 산업 분야에서는 분무법이 대형 구형 분말 생산에 널리 사용되고 공정 안정성이 높은 방법입니다. 그러나 고융점 세라믹 재료나 몰리브덴, 텅스텐과 같은 내화 금속의 경우, 공정 기술, 툴링 장비 등의 한계로 인해 분무법을 적용하기 어렵습니다. 초고온 및 고에너지 밀도라는 핵심 장점을 가진 플라즈마 구형화 기술은 내화 재료 분말의 구형화 및 치밀화를 달성할 수 있으며, 내화 재료 분말을 제조하는 효과적인 방법 중 하나입니다. 구형 분말 균일한 구성, 높은 구형도, 적은 결함 등의 특징으로 첨단 제조 및 첨단 소재 분야에서 많은 주목을 받고 있습니다.

플라스마(Plasma)는 고체, 액체, 기체 상태를 제외하고 네 번째로 큰 물질 상태입니다. 플라스마는 하전 입자(주로 양이온과 자유 전자)로 구성된 고도로 이온화된 기체입니다. 고온, 대용량 플라스마 토치, 높은 에너지 밀도, 빠른 열 전달 및 냉각 속도라는 특성을 가지고 있습니다. 고온 열원으로 사용하여 원료를 용융 및 구형화할 수 있으며, 특정 분위기에서 화학 반응에 참여하여 다양한 초미립 화합물 분말을 합성할 수도 있습니다. 이 기술의 핵심 공정은 초고온 플라스마를 이용하여 불규칙한 모양의 원료 분말을 즉시 용융하거나 기화시키는 것입니다. 용융된 물방울은 표면 장력의 작용으로 구형으로 자발적으로 수축한 후 급속 냉각되어 최종적으로 높은 구형도와 결함이 적은 고품질 분말을 얻습니다.

이 기술은 많은 장점을 가지고 있습니다: 1) 유동성 개선: 특히 미세 분말의 분리 및 응집을 효과적으로 줄이고 분말 혼합, 적재 및 압축과 같은 분말 야금 공정 중 공정 품질을 효과적으로 제어합니다. 2) 압축 밀도를 개선합니다. 3) 내부 결함을 줄입니다. 4) 형태의 효과적인 개선: 재료의 미세 구조를 표준 구형으로 만듭니다. 5) 산소 함량 감소: 준비 공정 중에 환원 분위기를 도입하면 산소 원소의 함량을 크게 줄일 수 있습니다.

플라즈마 생성 방법에 따라 직류아크 열플라즈마 구형화 방법과 고주파 유도 플라즈마 구형화 방법으로 나눌 수 있습니다.

DC 아크 열 플라즈마 구형화 방법
주요 원리는 음극 팁과 양극 사이에 위치한 아크 방전을 통해 고온을 발생시켜 반응 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 변환시키고, 가스 흐름이 분사되면서 노즐에서 제트를 형성하는 것입니다. 원료는 증발하여 기체 원자로 분해되고, 과포화 증기는 반응 챔버의 저온 부분으로 흘러가 핵을 형성하여 원하는 구형 입자로 다시 성장합니다.

고주파 유도 플라즈마 구형화 방법
이 방법은 무선 주파수(1~500MHz) 자기장 여기를 이용하여 유도 결합 플라즈마를 생성합니다. 주요 원리는 다음과 같습니다. 분말 원료 무선 주파수 전기장의 작용으로 순간적으로 용융 및 수축 과정을 거쳐 구형 구조를 형성한 후 냉각 및 응고되어 구형 분말을 얻고, 최종적으로 수집 장치에 떨어집니다.

특징: 고주파 플라즈마는 안정적인 열원, 높은 에너지 밀도, 높은 가열 온도, 빠른 냉각 속도, 전극 오염 없음 등 많은 장점을 가지고 있습니다. 또한, 내화성 금속에 우수한 구형화 효과를 발휘하여 불규칙한 분말 재료의 형태를 변화시키고, 분말 입자의 구형도를 증가시키며, 불량 분말을 줄일 수 있습니다. 이 기술은 텅스텐 분말, 크롬 분말, 티타늄 분말 및 그 합금, 고순도 석영, 알루미나와 같은 내화성 금속 및 세라믹 재료의 구형 분말 제조에 널리 적용되어 왔습니다.

플라즈마 기술은 여전히 복잡한 장비, 높은 투자 비용, 생산성 향상의 필요성 등의 과제에 직면해 있지만, 높은 구형화 속도와 고밀도 분말을 제조하는 데 있어 고유한 장점으로 많은 주목을 받고 있습니다.