微細金屬粉末作為(wei) 一類重要的工業(ye) 原料，在電子、信息、冶金、能源、宇航等領域的應用日益擴大。隨著金屬注射成形、熱噴塗、金屬快速成形、電子表麵貼裝等技術的發展，對微細粉體(ti) 材料的粒度、純淨度、形貌等方麵的性能要求逐漸提高，進而推動粉末製備技術朝著窄粒度、低氧含量、高效率、低成本的方向發展。雖然傳(chuan) 統微細粉末的製備方法如高能破碎、水霧化、氣霧化和離心霧化等技術已經進入大規模的工業(ye) 生產(chan) 階段，但由工藝方法決(jue) 定的粉體(ti) 特性諸如顆粒尺寸、粒度分布、粉末幾何形狀等方麵卻難以滿足某些領域對高性能金屬粉末的使用要求。為(wei) 適應這種新形勢的需要，人們(men) 在發展和完善傳(chuan) 統金屬粉末製備技術的同時，也在不斷開發新的金屬粉末超聲霧化技術。

超聲霧化製備的金屬粉末形貌

瑞典率先開展了超聲霧化製取金屬粉末的嚐試，他們(men) 利用特殊噴嘴產(chan) 生的脈衝(chong) 超聲氣流衝(chong) 擊金屬液流，成功製備了鋁合金、銅合金等材料，這就是後來被稱為(wei) 超聲氣霧化的金屬粉末製備技術，超聲氣霧化即是利用超聲振動能量和氣流衝(chong) 擊動能使液流破碎，製粉效率顯著提高，但仍需要消耗大量惰性氣體(ti) 。隨後行業(ye) 內(nei) 又提出單純利用高頻超聲振動直接霧化液態金屬的設想。隨著壓電陶瓷材料、換能器製作技術、超聲功率電源及其信號跟蹤技術的發展，金屬超聲振動霧化技術相繼在中、低熔點金屬粉末製備領域得到應用。近年來功率超聲技術的快速發展和各種新金屬粉末材料的湧現推動著金屬超聲霧化技術不斷更新換代，從(cong) *初僅(jin) 適用於(yu) 製備低熔點金屬發展到目前已嚐試用於(yu) 不同熔點的金屬與(yu) 合金粉末的製備，超聲霧化技術在工藝裝置和關(guan) 鍵技術方麵發生了深刻的變革。與(yu) 傳(chuan) 統霧化技術相融合也是超聲霧化技術發展的一個(ge) 顯著趨勢，目前已出現了多種複合高效霧化製粉技術，相關(guan) 的金屬超聲霧化機製和超聲霧化關(guan) 鍵技術研究也引起了國內(nei) 外廣泛關(guan) 注。

金屬熔體(ti) 超聲霧化的基本原理

金屬霧化製粉設備的基本原理是利用功率源發生器將工頻交流電轉變為(wei) 高頻電磁振蕩提供給超聲換能器，換能器借助於(yu) 壓電晶體(ti) 的伸縮效應將高頻電磁振蕩轉化為(wei) 微弱的機械振動，超聲聚能器再將機械振動的質點位移或速度放大並傳(chuan) 至超聲工具頭。當金屬熔體(ti) 從(cong) 導液管流至超聲工具頭表麵上時，在超聲振動作用下鋪展成液膜，當振動麵的振幅達到一定值時，薄液層在超聲振動的作用下被擊碎，激起的液滴即從(cong) 振動麵上飛出形成霧滴。

在實際霧化過程中，當超聲強度超過液體(ti) 的空化域值時往往會(hui) 在振動表麵液體(ti) 介質中產(chan) 生強烈的空化作用，空化效應造成的大量氣泡在振動過程中不斷生長和潰滅，對周期性表麵張力波規律造成非周期性的擾動，如果考慮空化效應，霧化機製將比較複雜。目前關(guan) 於(yu) 超聲霧化機製的解釋仍存在兩(liang) 種不同的觀點，折中的觀點認為(wei) 超聲空化與(yu) 張力波效應共同發揮作用。該理論認為(wei) 超聲振動霧化以張力波激發形成的液滴為(wei) 主，而聲空化作為(wei) 一種隨機現象，構成對周期性表麵張力波的幹擾，隨機產(chan) 生不同粒度的液滴。

金屬超聲霧化裝置及其關(guan) 鍵技術

金屬超聲霧化製備裝置一般由熔煉爐、霧化罐、超聲霧化器、粉末收集罐、真空充氣係統、饋液係統、控製係統構成，在霧化室中部安裝有超聲振動係統，由大功率壓電換能器、變幅杆、工具頭、陶瓷堆氣體(ti) 冷卻罩組成，超聲波發生器信號從(cong) 霧化室外部引入，霧化室底部設置有粉末收集罐，通過改變流嘴孔徑和調節熔化爐與(yu) 霧化室之間壓差控製霧化金屬流量，正常霧化所需的功率輸出是通過調節電流值使振幅達到霧化所需要的*佳臨(lin) 界狀態。超聲變幅杆選用聲阻抗率小、抗機械疲勞性能優(you) 良、易於(yu) 加工的合金材料，長度選擇為(wei) λ/2與(yu) λ/4的整數倍，λ為(wei) 對應頻率聲波在該材料傳(chuan) 播的縱波波長。為(wei) 利於(yu) 振動表麵均勻薄液膜的形成，工具頭的頂端設計成利於(yu) 熔體(ti) 鋪展的形狀。通過熔體(ti) 溫度和流量控製可以實現霧化狀態穩定、同時賦予粉末顆粒以低汙染、球形度好和粒度分布較窄的優(you) 點。金屬超聲霧化技術涉及應用聲學、材料、冶金、物理、電子、自動控製等學科，是真正意義(yi) 上的多學科融合而發展起來的新技術。超聲霧化技術的可控需要解決(jue) 的關(guan) 鍵技術包括高性能超聲霧化器的結構設計、金屬熔體(ti) 與(yu) 超聲波相互作用的理論機製和實驗規律的獲取和關(guan) 鍵部件材料的選擇。具體(ti) 說來主要研究內(nei) 容包括建立功率超聲場（超聲頻率、功率、振幅）與(yu) 金屬粉末特性（形貌、顆粒平均直徑、粒度分布等）之間的關(guan) 係，熔體(ti) 性質、質量流量、圍壓、介質種類等因素對粉體(ti) 特性的影響規律。相關(guan) 的技術研究還包括精確的金屬熔體(ti) 輸送與(yu) 流量控製裝置的開發、超聲換能器強製冷卻係統的優(you) 化設計和自動檢測與(yu) 自製控製係統的功能完善等。因此，如何通過數值模擬和物理模擬方法對超聲霧化過程進行研究，揭示超聲霧化的內(nei) 在機製，是推進超聲霧化製粉技術發展的關(guan) 鍵。超聲霧化器的材料在溫升條件下連續工作時，既要具有較高的拉伸強度以及抗疲勞強度，又要保持良好的聲學性能，特別是超聲工具頭與(yu) 金屬熔體(ti) 相接觸時空化腐蝕很嚴(yan) 重，這些使用條件對關(guan) 鍵部件材料的選取提出了苛刻的要求。超聲信號發生器的頻率自動跟蹤能力對於(yu) 提高功率源的功率輸出，提高換能器的能量轉換效率，發揮振動係統功效至關(guan) 重要。

近年來通過采取頻率鎖相控製技術和差動變量器橋式電路跟蹤技術在改善超聲波發生器頻率跟蹤方麵取得了明顯的效果，推動了超聲霧化技術水平的提高。目前已有用微機控製的超聲波發生器，它們(men) 能在調諧不當、功率過高或換能器有故障與(yu) 失靈時，微機能自調停止超聲波的輸出。