等离子球磨机

PBMS型等离子球磨机（单筒结构）

等离子球磨机是将冷场放电等离子体引入到机械振动球磨中，利用近常压下气体在球磨罐中形成的高能量的非平衡等离子体和机械球磨的协同作用。

在密封球磨罐体系内形成非热等离子体作用下，物质分子容易转化成原子态和激发态进行重新结合，促进粉末的组织细化、合金化、活性激活、化合反应及加速原位气-固相反应等，能极大的提高球磨效率，显著降低球磨污染，并形成的结构而显著提高材料的性能。

该设备的成套技术方案申报了美国、日本和欧洲成员国的PCT国际，并在国内20多所高校院所包括5个院士、4个国家团队使用。

2技术参数

等离子球磨效果与机制：

● 等离子体的电子温度，可以对粉体的微区局域瞬时加热，离开等离子体时粉体温度急剧下降，诱发巨大的热效应，形成了“热爆-融化-淬火”的粉末处理机理。

● 等离子体的高活性粒子（离子、电子、激发态的原子和分子、自由基等）易与其它物质发生吸附作用并引起材料表面的活性提高，而机械球磨引入的新鲜表面、大量缺陷进一步增强被球磨粉体的活性，使得扩散、相变和化学反应极易进行。

● 等离子体产生的高能电子通过撞击造成晶体的晶界滑移甚至位错，电塑性效应趋向于产生纳米尺寸的晶体材料。

● 利用等离子体对石墨等层状结构材料进行减薄、刻蚀、掺杂等处理，可增加材料的活性位点和导电性，制备出高性能储能材料。

4使用领域

一、
锂电池正负极材料

等离子球磨在锂电负极材料的制备中，介质阻挡等离子体破坏石墨层间的范德华力，在高能球磨剪切力辅助下制造出无序堆叠的石墨烯片，均匀的包覆负极材料，与传统球磨工艺制备的材料性能相比，大幅提高了材料的容量、放电效率、循环性能及倍率性能。

1）Sn-C复合材料

2） Si-C复合材料

等离子球磨制备Si-C复合材料获得石墨烯片层包覆硅颗粒结构

3）锂硫电池材料

等离子球磨剥离的多孔石墨烯提供大比表面积用于分散超微纳米硫粒子,提高硫粒子导电性且产生的孔隙用于物理吸附多硫化锂溶液。介质阻挡等离子放电（DBD）过程中产生的氧官能团修饰的石墨烯进一步为多硫化锂溶液的捕获和限域行为提供发生化学键和的活性位点。

在等离子球磨过程中得到的产品S/G-DBD实现了少量氧掺杂、石墨的原位剥离及形成超微纳米硫。相比于未施加等离子体的S/G电极，集纳米化和原子掺杂石墨烯于一体的S/G-DBD电极，在锂硫电池体系中展示出*的循环性能和提高的硫利用率。

4）硫化物电池材料

C代表普通球磨，P代表等离子球磨

通过等离子球磨制备硫化锑嵌入纳米石墨片结构的Sb₂S₃-C材料，实现了在1A/g电流密度下，经过500次循环后容量仍达到500mAh/g，容量保持率超过80%的长循环锂离子电池负极。

二、硬质合金

等离子球磨技术实现了对W-C-Co复合粉末的超短时间（1.5-3 h）快速细化和活化，经压制成型后的生坯，可以在一次的固相烧结中同步实现WC的合成和块体的致密化，成功探索出“碳化-烧结同步法”，相比于传统硬质合金制备方法，其具有过程简便，效率高，生产周期短的优点。

WC-Co硬质合金的制备流程：(a)传统方法制备，(b)碳化-烧结同步法制备

等离子球磨技术实现了WC晶粒形貌（a.棱柱状和b.板状结构）和尺寸的自由调控

利用等离子球磨可以制备出不同尺寸的板状WC晶粒，调控不同尺度WC相在合金基体中的比例及其定向排列状态，制备出双尺度结构的板状WC-8Co硬质合金，显著提高了合金的断裂强度和韧性。

离子球磨技术同步法合成双尺度板状结构WC-8Co合金的实验方法

等离子球磨技术同步步法合成双尺度板状结构WC-8Co合金的力学性能数据

（其中，S、M、L是单尺度硬质合金，S1M1、S1L1、M1L1是双尺度硬质合金）

三、气固反应

氨气等离子球磨Ti粉：(a) 0 h, (b) 1 h, (c) 3 h, (d) 6 h, (e) 10 h, (f)16 h；氨气保护下普通球磨Ti粉：(g) 10 h.

氨气等离子离化形成高活性的H, N, NH, 和
NH₂
等物质；等离子球磨可促进Ti和氨气的气-固快速反应（10 h），合成TiN和TiH₂，普通球磨则需要上百小时。

四、原位反应

利用Ti和石墨直接球磨诱发自蔓延反应合成TiC，普通球磨需要7.5h，等离子球磨只要4h

五、片层材料/涂层材料

等离子体产生的高能电子通过撞击造成晶体的晶界滑移甚至位错，在短时间球磨过程中表现出超高塑性（电致塑性效应），形成超细片状结构。

氩气等离子球磨2h制备片状铝粉

不同等离子球磨工艺制备的片状羟基Fe粉（吸波材料）

六、玻璃粉

等离子球磨前后玻璃粉的形貌，球磨后其烧成温度下降50-150℃

七、非晶材料

等离子球磨的等离子体“骤热—骤冷”现象，可以诱发材料的晶体转变和非晶化。

（C代表普通球磨，P代表等离子球磨）

等离子体球磨加速Sb₂O₃材料从立方结构向正交结构转变，并促进了非晶结构形成，普通球磨则无法形成非晶。

6选配附件