高温雾化热解制粉装置：立式高温雾化热解炉

立式高温雾化热解炉为高温雾化热解制粉装置

1. 前驱体配制
   按产物化学计量把金属硝酸盐、硫酸盐、氯化物或醇盐溶于水/乙醇/乙二醇，必要时加螯合剂（柠檬酸、EDTA）或表面活性剂，控制浓度 0.2–2 mol L⁻¹。
2. 雾化方式
   • 超声雾化：20–120 kHz 压电换能器，液滴 D₃₂≈10–30 µm，适合实验室/小试。
   • 二流体式气动雾化：0.2–0.6 MPa 压缩空气或 N₂，液滴 20–60 µm，易放大。
   • 高速旋转盘/离心雾化：盘速 15 000–30 000 rpm，连续处理量大。
3. 高温热解区
   • 电阻管式炉：700–1000 °C，停留时间 1–3 s，适合氧化物体系。
   • 射频/直流等离子炬：3000–8000 °C，可处理高熔点 W、Mo、Re 及其合金，冷却速率 10⁵ K s⁻¹，粉末实心、球化率 > 95%。
   • 火焰喷雾热解（FSP）：甲烷-氧或氢-氧焰 1500–2000 °C，一步获得 5–50 nm 高比表面积纳米粉。
4. 收集与后处理
   采用耐高温玻璃纤维+PTFE 膜袋式收尘，或静电纳米颗粒收集器（>99 % 捕集 20 nm 以上）；必要时经 400–600 °C 退火消除晶格缺陷或调控晶型。

• 单液滴模型：一个液滴生成一个颗粒（One-droplet-one-particle）。液滴进入高温区后表面溶剂先蒸发形成“壳”，若壳透气，内部蒸汽缓慢释放→实心球；若壳致密且内部蒸汽压骤升，则“吹壳”→空心球或破碎片状。
• 等离子体条件下，壳层可能重新熔化甚至气化，随后骤冷形成 30–100 nm 实心球或带卫星颗粒的“覆盆子”形貌。
• 提高载气流量、降低前驱体浓度、减小液滴直径，均可使最终粉体变细；延长炉高温区或提高温度，则致密度与结晶度增加。

1. 液滴直径：决定一次颗粒大小；Sauter 平均直径 D₃₂∝(σ/ρ)^0.5 · We^-0.3（We 为韦伯数）。
2. 炉温/停留时间：温度 ↑、时间 ↑ → 晶粒长大、比表面积 ↓；但过高易空心或相变。
3. 载气种类：N₂/Ar 用于氧化物；Ar-H₂、Ar-CH₄ 可引入还原或渗碳气氛，制备金属或碳包覆粉。
4. 溶液性质：粘度 ↑ → 液滴 ↑ → 粉体 ↑；添加 5–15 wt % 乙二醇可提高固形物收率并抑制空心。

• 实验级：超声雾化器 + 内径 50 mm、长 1.2 m 的 1200 °C 管式炉 + 静电收集，产能 20 g h⁻¹。
• 中试级：二流体喷嘴 + 三层套管 1600 °C 电阻炉 + 旋风+袋滤两级收尘，产能 2–5 kg h⁻¹。
• 工业级：射频 100 kW 等离子炬 + 离心雾化盘，粉体出率 30 kg h⁻¹，已用于 CoCrFeMnNi 高熵合金粉末批量生产。

• 成分分子级均匀，多组元一次成相，适合高熵氧化物、掺杂荧光粉、复合固体电解质等。
• 球形、流动性好，可直接用于 MIM、3D 打印、热喷涂。
• 工序短（溶液→粉末一步完成），能耗比“共沉淀-过滤-干燥-煅烧”路线降低 25–40 %。

• 对高蒸汽压或易还原元素（Zn、Pb、碱金属）挥发损失大，需气氛补偿或后掺混。
• 空心球/破碎片比例控制难，影响粉末松装密度。
• 设备热效率及收尘系统复杂，放大后单位成本仍高于水/气雾化制粉。

1. 电池材料：LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂、LLZO 固态电解质，粒径 200–500 nm，烧结温度比固相法降 150 °C。
2. 高熵氧化物： (Co₀.₂Cu₀.₂Mg₀.₂Ni₀.₂Zn₀.₂)O 纳米晶 65 nm，1150 °C 喷雾热解一步成相。
3. 超导/介电陶瓷：YBCO、BaTiO₃ 球形粉，成型密度 > 65 % TD。
4. 高温合金：等离子雾化 GH4169、CoCrMo 粉末，卫星球 < 3 %，霍尔流速 12 s (50 g)。

• 若目标为“亚微米-纳米、实心、高比表面积”，优先选“超声/火焰喷雾热解”+“溶液稀释+高温度梯度”。
• 若要“微米级、实心、高振实”，可选“二流体雾化+1200 °C 管式炉”并适当提高溶液浓度、延长恒温带。
• 对 W、Mo、Re 等难熔金属，直接采用“射频等离子+离心雾化”一步球化，避免陶瓷坩埚污染。