在碳化硅晶體加工車間，兩股超音速氣流裹挾著物料顆粒在密閉腔體內(nèi)高速對撞，瞬間將硬度達(dá)莫氏 9 級的礦物粉碎至 0.5 微米 —— 這種被稱為 “氣流對撞” 的粉碎技術(shù)，正以無接觸、低污染、超精細(xì)的特性，成為第三代半導(dǎo)體、人造金剛石、航空航天材料等極端制造領(lǐng)域的 “關(guān)鍵粒子工程師”。新行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2024 年全球?qū)ψ彩綒饬鞣鬯闄C(jī)市場規(guī)模同比增長 27%，在超硬材料加工設(shè)備中的占比已突破 40%。
不同于傳統(tǒng)粉碎設(shè)備依賴機(jī)械研磨的 “硬碰硬”，對撞式氣流粉碎機(jī)通過對稱布置的超音速噴嘴（出口速度可達(dá) 800-1200m/s，約 3 倍音速），將壓縮空氣或惰性氣體轉(zhuǎn)化為高能氣流。物料經(jīng)文丘里管加速后形成兩股高速粒子流，在預(yù)設(shè)交匯點(diǎn)發(fā)生劇烈對撞，利用動能轉(zhuǎn)化的沖擊力實現(xiàn) “自粉碎”。某材料力學(xué)實驗室測算顯示，這種對撞能量密度可達(dá) 10^5 J/m³，足以瞬間打破碳化硅、氮化硼等超硬材料的晶格結(jié)構(gòu)。
“傳統(tǒng)渦輪粉碎機(jī)加工金剛石微粉時，設(shè)備磨損率高達(dá) 0.3%，而對撞式氣流粉碎機(jī)因物料不接觸腔壁，污染率可控制在 0.01% 以下。” 某高校材料學(xué)院教授解釋，該技術(shù)通過調(diào)整噴嘴角度（通常 30°-60° 可調(diào)）和氣流壓力（0.7-1.2MPa），可精準(zhǔn)控制粉碎強(qiáng)度，實現(xiàn)從粗粉（50μm）到超細(xì)粉（0.1μm）的連續(xù)粒度調(diào)節(jié)，且顆粒球形度較傳統(tǒng)方法提升 20%-30%。
在第三代半導(dǎo)體行業(yè)，對撞式氣流粉碎機(jī)解決了碳化硅晶圓切割廢料的高值化利用難題。通過將切割廢料粉碎至 1-5μm 的微粉，可重新制備成陶瓷基復(fù)合材料，使原材料利用率從傳統(tǒng)工藝的 60% 提升至 92%。某半導(dǎo)體材料企業(yè)負(fù)責(zé)人透露：“采用對撞式粉碎技術(shù)后，每噸碳化硅微粉的生產(chǎn)成本降低 4000 元，同時雜質(zhì)含量控制在 10ppm 以下。”
航空航天領(lǐng)域則看中其對脆性材料的精密加工能力。用于火箭發(fā)動機(jī)噴嘴的鎢銅復(fù)合材料，需加工至 3μm 以下才能保證致密度，傳統(tǒng)球磨機(jī)加工易導(dǎo)致銅相偏析，而對撞式氣流粉碎機(jī)通過氮?dú)獗Ｗo(hù)下的低溫粉碎（-50℃），可實現(xiàn)鎢、銅顆粒的均勻混合，使材料導(dǎo)熱系數(shù)提升 15%。在人造金剛石行業(yè)，該設(shè)備將金剛石單晶粉碎至微米級后，可制備出高強(qiáng)度聚晶金剛石復(fù)合片，廣泛應(yīng)用于石油鉆探工具。
