高熵陶瓷粉末喷雾造粒技术的应用与进展

高熵陶瓷作为一种**多组元陶瓷材料，由五种或以上金属阳离子以等摩尔或近等摩尔比例构成单相晶体结构，因其*特的“高熵效应”而表现出优异的热稳定性、机械性能和抗腐蚀性。然而，高熵陶瓷粉末的制备与成型过程中存在组分均匀性控制难、烧结活性低等问题。喷雾造粒技术作为一种高效的粉体处理工艺，为解决这些挑战提供了有效方案。

一、喷雾造粒技术在高熵陶瓷制备中的核心作用

1. 实现多组元均匀化混合
   高熵陶瓷包含多种金属氧化物（如ZrO₂、HfO₂、CeO₂、Y₂O₃等），传统机械混合易出现组分偏析。通过喷雾造粒可将多种盐溶液或浆料雾化干燥，在微观尺度上实现各组分的分子级均匀分布，为形成单相高熵陶瓷奠定基础。

2. 优化粉体形貌与流动性
   高熵陶瓷原料多为纳米级超细粉，流动性差且易团聚。喷雾造粒后可形成球形度高、粒度分布集中的中空微球（粒径通常为20-100μm），显著提高粉体的流动性和填充密度，适用于干压、等静压等成型工艺。

3. 增强烧结性能
   喷雾造粒产生的颗粒内部结构疏松，比表面积大，在烧结过程中可促进扩散传质，降低烧结温度（约50-100℃），抑制晶粒异常长大，提高致密化程度。

二、具体应用场景

1. 热障涂层材料
   高熵稀土锆酸盐（如(La₀.₂Ce₀.₂Nd₀.₂Sm₀.₂Eu₀.₂)₂Zr₂O₇）通过喷雾造粒制备的球形粉体，更适合等离子喷涂工艺，涂层表现出更低的热导率和更高的热循环寿命。

2. 超高温结构陶瓷
   高熵碳化物（如(Hf₀.₂Zr₀.₂Ta₀.₂Nb₀.₂Ti₀.₂)C）喷雾造粒后经烧结制备的块体材料，维氏硬度可达30 GPa以上，抗高温氧化温度超过2000℃。

3. 新能源材料
   高熵钙钛矿型氧化物（如(LaPrNdSmEu)CrO₃）造粒粉体用于固体氧化物燃料电池电极，表现出高离子电导率和抗积碳性能。

三、技术挑战与创新方向

• 组分**控制：需通过优化前驱体溶液浓度、雾化参数等避免干燥过程中因元素挥发速率差异导致的成分偏差。

• 有机添加剂选择：粘结剂（如PVA）、分散剂（如柠檬酸铵）需与多组元离子兼容，防止浆料絮凝或颗粒硬化。

• 工艺适配性升级：针对高熵体系特性，可采用离心式喷雾造粒机（如OMLG-5型）的变频调速功能，通过**控制离心盘转速（0-18000 r/min可调）调节雾滴尺寸，适应不同浆料黏度（**可达5000 mPa·s）；其316L不锈钢材质和惰性气体保护系统还可避免金属离子污染。

四、未来展望

随着高熵陶瓷材料体系的扩展，喷雾造粒技术将进一步向智能化工艺控制方向发展：

• 通过在线粒度监测系统实时调整雾化参数；

• 结合机器学习算法预测造粒颗粒形貌与烧结行为；

• 开发低温喷雾冷冻造粒技术，用于水敏性高熵体系（如氮化物、硼化物）。

喷雾造粒技术通过其*特的颗粒设计能力，已成为推动高熵陶瓷从实验室走向产业化应用的关键桥梁，未来在航空航天、核能装备等高端领域将发挥更重要的作用。