أنواع وتطبيقات تقنية كروية المسحوق

تُعدّ تقنية كروية المساحيق جزءًا لا يتجزأ من الصناعة والعلوم الحديثة، حيث تُحسّن خصائص السطح والخصائص الفيزيائية للمساحيق، وتُحسّن أداء المواد، وتُلبي المتطلبات متعددة الاستخدامات. وقد دخلت هذه التقنية حاليًا مجالات عديدة، بما في ذلك الصناعات الدوائية، والأغذية، والمواد الكيميائية، وحماية البيئة، والمواد، وعلم المعادن، والطباعة ثلاثية الأبعاد.

تشمل تقنية تحضير المساحيق الكروية تخصصات متعددة، بما في ذلك الخبرة في الكيمياء، وعلوم المواد، والهندسة. سنستعرض أدناه التقنيات المختلفة المُستخدمة في كروية المساحيق.

طريقة التشكيل الميكانيكي

تستخدم طرق التشكيل الميكانيكي بشكل أساسي سلسلة من القوى الميكانيكية، مثل التصادم، والاحتكاك، والقص، لتشويه الجسيمات وامتصاصها بلاستيكيًا. تُنتج المعالجة المستمرة جسيمات أكثر كثافة، ويتم تنعيم الحواف الحادة تدريجيًا وتقريبها بواسطة قوة التأثير. تستخدم طرق التشكيل الميكانيكي مطاحن التأثير عالية السرعة، ومطاحن تحريك الوسائط، وغيرها من معدات الطحن لإنتاج مواد مسحوق ناعمة. عند الجمع بين الطحن الجاف والرطب، تُنتج هذه الطرق مواد مسحوقة ذات حجم جسيمات أدق، وتوزيع أضيق لحجم الجسيمات، ومعدل كروية محدد.

يُستخدم التشكيل الميكانيكي على نطاق واسع في كروية وتشكيل جسيمات الجرافيت الطبيعي والجرافيت الصناعي والإسمنت. كما أنه مناسب لسحق وتفتيت مساحيق المعادن أو السبائك الهشة. يستخدم التشكيل الميكانيكي مجموعة واسعة من المواد الخام منخفضة التكلفة، مستغلاً الموارد المتاحة بالكامل. يوفر مزايا مثل البساطة، والصداقة البيئية، وقابلية التوسع الصناعي. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة ليست انتقائية للغاية من حيث المواد، ولا تضمن كروية الجسيمات المعالجة، وكثافة الصنبور، وإنتاجيتها. لذلك، فهي مناسبة فقط لإنتاج مساحيق كروية ذات متطلبات جودة أقل.

التجفيف بالرش

يتضمن التجفيف بالرش تفتيت مادة سائلة إلى قطرات، تُبخّر بسرعة في تيار هواء ساخن، لتتصلب إلى جسيمات صلبة. ومن مزايا التجفيف بالرش بساطته وسهولة التحكم في خصائص المنتج. يُستخدم هذا التفاعل بشكل أساسي في مجالات المتفجرات والبطاريات العسكرية.

التفاعل الكيميائي في الطور الغازي

يستخدم التفاعل الكيميائي في الطور الغازي مواد خام غازية (أو يُبخّر مواد خام صلبة إلى حالة غازية) لإنتاج المركب المطلوب من خلال تفاعل كيميائي. يُكثّف هذا المركب بعد ذلك بسرعة لإنتاج مساحيق كروية فائقة الدقة من مواد مختلفة.

الطريقة الحرارية المائية

تستخدم الطريقة الحرارية المائية مفاعلًا تحت ظروف درجة حرارة وضغط مرتفعين، باستخدام الماء أو مذيب عضوي كوسط تفاعل. يمكن التحكم في حجم الجسيمات بفعالية من خلال ضبط معايير مثل درجة حرارة الماء الحرارية، وزمنه، ودرجة الحموضة، وتركيز المحلول.

طريقة الترسيب

تدمج طريقة الترسيب أيونات معدنية مع مادة مرسبة محددة من خلال تفاعل كيميائي في محلول، مما يُولّد جزيئات غروانية صغيرة شبه صلبة، ويشكل معلقًا مستقرًا. بعد ذلك، ومن خلال تعديل ظروف تفاعل الترسيب، مثل التعتيق الساكن، والتحريك البطيء، أو تغيير بيئة المحلول، تتجمع هذه الجسيمات الغروانية تدريجيًا وتنمو نحو الشكل الكروي، مُشكلةً راسبًا كرويًا أوليًا. يُجفف الراسب الناتج أو يُكلس ليُنتج في النهاية مسحوقًا كرويًا.

طريقة السول-جل

تتضمن طريقة السول-جل عادةً ثلاث مراحل: تحضير السول، وتكوين الهلام، وتكوين مسحوق كروي. تُحسّن المعالجة الحرارية بنية وخصائص المسحوق الكروي، مما يُتيح التحكم الدقيق في حجم الجسيمات وشكلها.

طريقة المستحلب الدقيق

طريقة المستحلب الدقيق هي طريقة تحضير نظام ثنائي الطور من سائل إلى سائل. تتضمن هذه الطريقة إضافة مذيب عضوي يحتوي على مادة أولية مذابة إلى طور مائي لتكوين مستحلب يحتوي على قطرات صغيرة. تتشكل الجسيمات الكروية بعد ذلك من خلال التنوي، والاندماج، والتكتل، والمعالجة الحرارية. تُستخدم طرق الاستحلاب الدقيق على نطاق واسع في تحضير الجسيمات النانوية والمواد المركبة العضوية وغير العضوية.

كروية البلازما

مع التطور السريع للتكنولوجيا المتقدمة والحاجة المُلِحّة لمواد نانوية جديدة وعمليات تحضير مُبتكرة، يتزايد الاهتمام بأبحاث وتطبيقات كيمياء البلازما. تتميز كروية البلازما بارتفاع درجة الحرارة، وارتفاع المحتوى الحراري، وتفاعلها الكيميائي، وأجواء التفاعل ودرجة حرارته المُتحكم بها، وهي مثالية لإنتاج مساحيق كروية عالية النقاء وجسيمات صغيرة.

تشمل الطرق الأخرى الاشتعال، والتحبيب بلهب احتراق الغاز، والذرات بالموجات فوق الصوتية، والذرات بالطرد المركزي، وقطع الأسلاك، والتثقيب، وإعادة الصهر، والرش النبضي للمسام الدقيقة.