분말 구형화 기술의 유형 및 응용 분야

현대 산업과 과학의 필수적인 요소인 분말 구형화 기술은 분말의 표면 특성과 물리적 특성을 개선하고, 재료 성능을 최적화하며, 다기능적 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 현재 분말 구형화 기술은 제약, 식품, 화학, 환경 보호, 재료, 야금, 3D 프린팅 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다.

구형 분말 제조 기술은 화학, 재료 과학, 공학 분야의 전문 지식을 포함한 여러 학문 분야를 아우릅니다. 아래에서는 분말 구형화에 관련된 다양한 기술을 살펴보겠습니다.

기계적 성형법

기계적 성형법은 주로 충돌, 마찰, 전단과 같은 일련의 기계적 힘을 이용하여 입자를 소성 변형하고 흡착합니다. 연속 가공을 통해 입자의 밀도가 높아지고, 날카로운 모서리는 충격력에 의해 점차 매끄럽고 둥글게 처리됩니다. 기계적 성형법은 고속 충격 분쇄기, 매체 교반 분쇄기, 기타 분쇄 장비를 사용하여 미세 분말 재료를 생산합니다. 이러한 방법은 건식 및 습식 분쇄와 결합하여 더 미세한 입자 크기, 더 좁은 입자 크기 분포, 그리고 특정 구형화 속도를 가진 분말 재료를 생산합니다.

기계적 성형은 천연 흑연, 인조 흑연, 시멘트 입자의 구형화 및 성형에 널리 사용됩니다. 또한 취성 금속 또는 합금 분말의 파쇄 및 분쇄에도 적합합니다. 기계적 성형은 다양한 저가 원료를 활용하여 기존 자원을 최대한 활용합니다. 단순성, 환경 친화성, 산업적 확장성 등의 장점을 제공합니다. 그러나 이 방법은 재료 선택성이 낮고 가공된 입자의 구형도, 탭 밀도, 수율을 보장할 수 없습니다. 따라서 품질 요건이 낮은 구형 분말 생산에만 적합합니다.

분무 건조

분무 건조는 액체 물질을 분무하여 작은 물방울로 만든 다음, 뜨거운 공기 흐름 속에서 빠르게 증발시켜 고체 입자로 응고시키는 과정입니다. 분무 건조의 장점은 단순성과 제품 특성 제어의 용이성입니다. 주로 군용 폭발물 및 배터리 분야에서 사용됩니다.

기상 화학 반응

기상 화학 반응은 기체 상태의 원료를 사용하거나 고체 원료를 기체 상태로 증발시켜 화학 반응을 통해 원하는 화합물을 생성합니다. 이 화합물은 빠르게 응축되어 다양한 물질의 초미립 구형 분말을 생성합니다.

수열법

수열법은 고온 고압 조건의 반응기를 사용하며, 물이나 유기 용매를 화학 반응의 반응 매질로 사용합니다. 수열 온도, 수열 시간, pH, 용액 농도 등의 변수를 조절하여 입자 크기를 효과적으로 제어할 수 있습니다.

침전법

침전법은 용액 내에서 화학 반응을 통해 금속 이온과 특정 침전제를 결합하여 미세한 반고체 콜로이드 입자를 생성하고 안정한 현탁액을 형성합니다. 이후, 정적 숙성, 느린 교반, 또는 용액 환경 변화와 같은 침전 반응 조건을 추가로 조정함으로써, 이러한 콜로이드 입자는 점차 응집되어 구형으로 성장하여 1차 구형 침전물을 형성합니다. 생성된 침전물은 건조 또는 소성되어 최종적으로 구형 분말 물질을 생성합니다.

졸-겔법

졸-겔법은 일반적으로 졸 제조, 겔 형성, 그리고 구형 분말 형성의 세 단계로 구성됩니다. 열처리는 구형 분말의 구조와 특성을 더욱 개선하여 입자 크기와 형태를 정밀하게 제어할 수 있습니다.

마이크로에멀젼법

마이크로에멀젼법은 액-액 2상 시스템 제조법입니다. 이 방법은 용해된 전구체를 포함하는 유기 용매를 수용액에 첨가하여 작은 물방울을 포함하는 에멀젼을 형성합니다. 그런 다음 핵 형성, 합체, 응집, 그리고 열처리를 통해 구형 입자가 형성됩니다. 마이크로에멀전 공정은 나노입자 및 유무기 복합 재료 제조에 널리 사용됩니다.

플라즈마 구형화

첨단 기술의 급속한 발전과 새로운 나노소재 및 새로운 제조 공정에 대한 절실한 필요성으로 인해 플라즈마 화학의 연구 및 응용에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 고온, 고엔탈피, 높은 화학 반응성, 그리고 반응 분위기 및 온도 조절이 가능한 플라즈마 구형화는 고순도의 작은 입자 구형 분말을 생산하는 데 이상적입니다.

다른 방법으로는 폭연, 가스 연소 화염 펠릿화, 초음파 분무, 원심 분무, 와이어 절단, 펀칭, 재용융, 그리고 펄스 미세기공 분무 등이 있습니다.