Types et applications de la technologie de sphéroïdisation des poudres
La technologie de sphéroïdisation des poudres, composante indispensable de l’industrie et de la science modernes, permet d’améliorer les caractéristiques de surface et les propriétés physiques des poudres, d’optimiser les performances des matériaux et de répondre à des exigences multifonctionnelles. Elle a aujourd’hui pénétré de nombreux domaines, notamment l’industrie pharmaceutique, l’agroalimentaire, la chimie, la protection de l’environnement, les matériaux, la métallurgie et l’impression 3D.
La technologie de préparation de poudres sphériques fait appel à de multiples disciplines, notamment la chimie, la science des matériaux et l’ingénierie. Nous explorerons ci-dessous les différentes technologies impliquées dans la sphéroïdisation des poudres.
Méthode de mise en forme mécanique
Les méthodes de mise en forme mécanique utilisent principalement une série de forces mécaniques, telles que la collision, le frottement et le cisaillement, pour déformer et adsorber plastiquement les particules. Le traitement continu produit des particules plus denses, et les arêtes vives sont progressivement lissées et arrondies par la force d’impact. Les méthodes de mise en forme mécanique utilisent des broyeurs à impact à grande vitesse, des broyeurs à agitation et d’autres équipements de pulvérisation pour produire des poudres fines. Associées au broyage à sec et au broyage humide, ces méthodes permettent d’obtenir des poudres présentant une granulométrie plus fine, une distribution granulométrique plus étroite et un taux de sphéroïdisation précis.
Le façonnage mécanique est largement utilisé pour la sphéroïdisation et le façonnage du graphite naturel, du graphite artificiel et des particules de ciment. Il convient également au concassage et à la pulvérisation de poudres métalliques ou d’alliages cassantes. Le façonnage mécanique utilise une large gamme de matières premières économiques, exploitant pleinement les ressources existantes. Il offre des avantages tels que la simplicité, le respect de l’environnement et l’évolutivité industrielle. Cependant, cette méthode est peu sélective en termes de matériaux et ne peut garantir la sphéricité, la masse volumique après tassement ni le rendement des particules traitées. Par conséquent, elle ne convient qu’à la production de poudres sphériques répondant à des exigences de qualité plus faibles.
Séchage par atomisation
Le séchage par atomisation consiste à atomiser une substance liquide en gouttelettes, qui sont ensuite rapidement évaporées dans un flux d’air chaud et solidifiées en particules solides. Les avantages du séchage par atomisation résident dans sa simplicité et la facilité de contrôle des propriétés du produit. Il est principalement utilisé dans les domaines des explosifs et des batteries militaires.
Réaction chimique en phase gazeuse
La réaction chimique en phase gazeuse utilise des matières premières gazeuses (ou évapore des matières premières solides à l’état gazeux) pour produire le composé souhaité par réaction chimique. Ce composé est ensuite rapidement condensé pour produire des poudres sphériques ultrafines de diverses substances.
Méthode hydrothermale
La méthode hydrothermale utilise un réacteur à haute température et pression, utilisant de l’eau ou un solvant organique comme milieu réactionnel. La granulométrie peut être contrôlée efficacement en ajustant des paramètres tels que la température et le temps hydrothermaux, le pH et la concentration de la solution.
Méthode de précipitation
La méthode de précipitation combine des ions métalliques avec un précipitant spécifique par une réaction chimique en solution, générant de minuscules particules colloïdales semi-solides et formant une suspension stable. Par la suite, en ajustant les conditions de réaction de précipitation, comme le vieillissement statique, l’agitation lente ou la modification de l’environnement de la solution, ces particules colloïdales s’agrègent progressivement et grossissent pour former un précipité sphérique primaire. Le précipité obtenu est ensuite séché ou calciné pour produire une poudre sphérique.
Méthode sol-gel
La méthode sol-gel comprend généralement trois étapes : la préparation du sol, la formation du gel et la formation de la poudre sphérique. Le traitement thermique permet d’améliorer la structure et les propriétés de la poudre sphérique, permettant un contrôle précis de la taille et de la morphologie des particules.
Méthode de microémulsion
La méthode de microémulsion est une méthode de préparation d’un système biphasique liquide-liquide. Elle consiste à ajouter un solvant organique contenant un précurseur dissous à une phase aqueuse pour former une émulsion contenant de minuscules gouttelettes. Les particules sphériques sont ensuite formées par nucléation, coalescence, agglomération et traitement thermique. Les méthodes de microémulsion sont largement utilisées dans la préparation de nanoparticules et de matériaux composites organiques-inorganiques.
Sphéroïdisation par plasma
Avec le développement rapide des hautes technologies et le besoin urgent de nouveaux nanomatériaux et de procédés de préparation innovants, la recherche et l’application de la chimie des plasmas suscitent un intérêt croissant. La sphéroïdisation par plasma, caractérisée par une température et une enthalpie élevées, une réactivité chimique élevée et une atmosphère et une température de réaction contrôlables, est idéale pour la production de poudres sphériques de haute pureté et de petites particules.
D’autres méthodes incluent la déflagration, la pelletisation par flamme de combustion de gaz, l’atomisation par ultrasons, l’atomisation centrifuge, le découpage au fil, le poinçonnage, la refusion et la pulvérisation microporeuse pulsée.