ประเภทและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการทำให้เป็นทรงกลมแบบผง

เทคโนโลยีการทำให้ผงเป็นทรงกลม ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ สามารถปรับปรุงลักษณะพื้นผิวและคุณสมบัติทางกายภาพของผง เพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุ และตอบสนองความต้องการด้านการใช้งานที่หลากหลาย ปัจจุบัน เทคโนโลยีการทำให้ผงเป็นทรงกลมได้แพร่หลายไปในหลากหลายสาขา เช่น ยา อาหาร สารเคมี การปกป้องสิ่งแวดล้อม วัสดุ โลหะวิทยา และการพิมพ์ 3 มิติ

เทคโนโลยีการเตรียมผงทรงกลมครอบคลุมหลายสาขาวิชา รวมถึงความเชี่ยวชาญด้านเคมี วิทยาศาสตร์วัสดุ และวิศวกรรมศาสตร์ ต่อไปนี้ เราจะสำรวจเทคโนโลยีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการทำให้ผงเป็นทรงกลม

วิธีการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรกล

วิธีการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรกลส่วนใหญ่ใช้แรงทางกลต่างๆ เช่น การชน แรงเสียดทาน และแรงเฉือน เพื่อเปลี่ยนรูปและดูดซับอนุภาค การประมวลผลอย่างต่อเนื่องส่งผลให้อนุภาคมีความหนาแน่นมากขึ้น และขอบคมจะค่อยๆ เรียบและโค้งมนจากแรงกระแทก วิธีการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรกลใช้เครื่องบดกระแทกความเร็วสูง เครื่องบดแบบกวนตัวกลาง และอุปกรณ์บดอื่นๆ เพื่อผลิตวัสดุผงละเอียด เมื่อใช้ร่วมกับการบดแบบแห้งและแบบเปียก วิธีการเหล่านี้จะทำให้ได้วัสดุผงที่มีขนาดอนุภาคละเอียดขึ้น การกระจายตัวของขนาดอนุภาคแคบลง และอัตราการเกิดทรงกลมที่แน่นอน

การขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการขึ้นรูปและขึ้นรูปกราไฟต์ธรรมชาติ กราไฟต์เทียม และอนุภาคซีเมนต์ด้วยเครื่องจักร นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับการบดและบดผงโลหะเปราะหรือผงโลหะผสม การขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรใช้วัตถุดิบต้นทุนต่ำหลากหลายชนิด โดยใช้ประโยชน์จากทรัพยากรที่มีอยู่อย่างเต็มที่ มีข้อดีหลายประการ เช่น ความเรียบง่าย เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และความสามารถในการขยายขนาดทางอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ไม่ได้เลือกสรรวัสดุมากนัก และไม่สามารถรับประกันความเป็นทรงกลม ความหนาแน่นของแทป และผลผลิตของอนุภาคที่ผ่านกระบวนการได้ ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการผลิตผงทรงกลมที่มีข้อกำหนดด้านคุณภาพต่ำกว่าเท่านั้น

การทำแห้งแบบพ่นฝอย

การทำแห้งแบบพ่นฝอยคือการทำให้ของเหลวกลายเป็นละอองฝอย จากนั้นจะระเหยอย่างรวดเร็วในกระแสลมร้อนจนแข็งตัวเป็นอนุภาคของแข็ง ข้อดีของการทำแห้งแบบพ่นฝอยคือความเรียบง่ายและความสะดวกในการควบคุมคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ ส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมวัตถุระเบิดและแบตเตอรี่ทางทหาร

ปฏิกิริยาเคมีเฟสก๊าซ

ปฏิกิริยาเคมีเฟสก๊าซใช้วัตถุดิบที่เป็นก๊าซ (หรือระเหยวัตถุดิบที่เป็นของแข็งให้กลายเป็นก๊าซ) เพื่อผลิตสารประกอบที่ต้องการผ่านปฏิกิริยาเคมี จากนั้นสารประกอบนี้จะถูกควบแน่นอย่างรวดเร็วเพื่อผลิตผงทรงกลมละเอียดพิเศษของสารต่างๆ

วิธีไฮโดรเทอร์มอล

วิธีไฮโดรเทอร์มอลใช้เครื่องปฏิกรณ์ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันสูง โดยใช้น้ำหรือตัวทำละลายอินทรีย์เป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยาเคมี ขนาดของอนุภาคสามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการปรับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิไฮโดรเทอร์มอล เวลาไฮโดรเทอร์มอล ค่า pH และความเข้มข้นของสารละลาย

วิธีตกตะกอน

วิธีตกตะกอนประกอบด้วยการรวมไอออนของโลหะเข้ากับสารตกตะกอนจำเพาะผ่านปฏิกิริยาเคมีในสารละลาย ทำให้เกิดอนุภาคคอลลอยด์ขนาดเล็กกึ่งของแข็งและเกิดการแขวนลอยที่เสถียร จากนั้น ด้วยการปรับสภาวะปฏิกิริยาการตกตะกอนเพิ่มเติม เช่น การบ่มแบบคงที่ การกวนอย่างช้าๆ หรือการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมของสารละลาย อนุภาคคอลลอยด์เหล่านี้จะค่อยๆ รวมตัวกันและเติบโตจนกลายเป็นทรงกลม ก่อตัวเป็นตะกอนทรงกลมปฐมภูมิ จากนั้นตะกอนที่ได้จะถูกทำให้แห้งหรือเผาจนได้ผงทรงกลมในที่สุด

วิธีโซล-เจล

โดยทั่วไปวิธีโซล-เจลประกอบด้วยสามขั้นตอน ได้แก่ การเตรียมโซล การเกิดเจล และการเกิดผงทรงกลม การอบด้วยความร้อนสามารถปรับปรุงโครงสร้างและคุณสมบัติของผงทรงกลมได้ดียิ่งขึ้น ทำให้สามารถควบคุมขนาดและสัณฐานวิทยาของอนุภาคได้อย่างแม่นยำ

วิธีไมโครอิมัลชัน

วิธีไมโครอิมัลชันเป็นวิธีการเตรียมสารสองเฟสระหว่างของเหลวและของเหลว วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการเติมตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีสารตั้งต้นที่ละลายอยู่ในน้ำ เพื่อสร้างอิมัลชันที่มีหยดเล็กๆ จากนั้นอนุภาคทรงกลมจะถูกสร้างขึ้นโดยกระบวนการนิวเคลียส การรวมตัว การเกาะกลุ่ม และการอบด้วยความร้อน วิธีการไมโครอิมัลชันถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการเตรียมอนุภาคนาโนและวัสดุผสมอินทรีย์-อนินทรีย์

การทำให้เป็นทรงกลมด้วยพลาสมา

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีขั้นสูงและความต้องการวัสดุนาโนชนิดใหม่และกระบวนการเตรียมแบบใหม่ การวิจัยและการประยุกต์ใช้เคมีของพลาสมาจึงได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น การทำให้เป็นทรงกลมด้วยพลาสมา ซึ่งมีลักษณะเด่นคืออุณหภูมิสูง เอนทัลปีสูง ปฏิกิริยาเคมีสูง และบรรยากาศและอุณหภูมิปฏิกิริยาที่ควบคุมได้ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตผงทรงกลมที่มีอนุภาคขนาดเล็กและมีความบริสุทธิ์สูง

วิธีการอื่นๆ ได้แก่ การเผาทำลาย (deflagration), การอัดเม็ดด้วยเปลวไฟจากการเผาไหม้ของแก๊ส, การทำให้เป็นละอองด้วยคลื่นอัลตราโซนิก, การทำให้เป็นละอองด้วยแรงเหวี่ยง, การตัดด้วยลวด, การเจาะรู และการหลอมใหม่ และการพ่นด้วยไมโครพอร์แบบพัลส์