一种亚微米及纳米金属粉体的生产设备制造技术

本发明专利技术公开了一种亚微米及纳米金属粉体的生产设备，包括：等离子体发生器、等离子体转移弧炬、金属粉加料设备、密封不锈钢外壳、陶瓷坩埚、电极石墨棒、废料取料口、金属蒸气过渡区、粉体收集器；等离子体转移弧炬安装在密封不锈钢外壳的上方，电极石墨棒贯穿陶瓷坩埚以及密封不锈钢外壳的底部；密封不锈钢外壳的侧面设有金属蒸气过渡区，且金属蒸气过渡区的另一端连接有粉体收集器；金属粉加料设备位于多把等离子体转移弧炬中间；等离子体发生器的负极与等离子体转移弧炬电连接，等离子体发生器的正极与电极石墨棒电连接。本发明专利技术有效提高能量利用效率和增加金属蒸发量，适合各种10~1000nm金属粉体的生产，特别是高熔点金属粉和易氧化的金属粉。

A sub micron and nano metal powder production equipment

The invention discloses a submicron and nanometer metal powder production equipment, including: plasma transferred arc plasma generator, torch, charging equipment, metal powder sealing stainless steel shell, ceramic crucible, graphite electrode, scrap metal vapor reclaiming port, transition zone, powder collector; plasma transferred arc torch is installed on the upper seal stainless steel shell, ceramic crucible and graphite electrode through stainless steel sealed at the bottom of the shell; the side sealing stainless steel shell is provided with a metal vapor transition zone, and the other end of the metal vapor transition zone is connected with a powder collector; metal powder feeding equipment in the plasma transferred arc torch; negative electrode and plasma transferred arc plasma generator the torch is electrically connected with the cathode plasma generator is connected with electric graphite electrode. The invention effectively improves the energy utilization efficiency and increases the metal evaporation capacity, and is suitable for the production of various 10~1000nm metal powders, in particular the high melting point metal powder and the easily oxidized metal powder.

【技术实现步骤摘要】
一种亚微米及纳米金属粉体的生产设备
本专利技术涉及新材料粉体生产装置
，具体是一种亚微米及纳米金属粉体的生产设备。
技术介绍
纳米材料的生产技术是纳米材料技术发展、研究和应用的关键，目前纳米材料的制备技术多达几十种。纳米金属粉体作为纳米材料一种广泛应用的材料，特别是在高品质纳米金属粉体的制备上，实现产业化最好方法有蒸发-冷凝法和高温氢还原法。蒸发-冷凝法生产过程可控，系统密闭，生产过程无废气废水，而且粉体性能优良，是生产高品质亚微米及纳米金属粉体最好的方法。1984年，Gleiter首次使用蒸发-冷凝法制备了超细镍粉，该方法是利用电弧、高频电场或等离子体等高温热源将金属原料在高真空或者低压惰性气体中，加热气化或升华，然后快速冷凝成超细粉体，该方法可制备各种超细金属粉体，特点为表面光洁，粒径可控，球形度好。在随后的30多年，各国研究者在Gleiter的研究基础上进行再度研发，通过设备的升级，加热方式的改变，理论基础的深入研究，蒸发-冷凝法的技术得到了长足的发展。根据加热方式不同，蒸发-冷凝法具体可分为电阻加热法、高频感应加热法、激光加热法，电子束加热法及等离子体加热法等，其不同加热方法的简要比较，如表1所示。表1蒸发-冷凝法不同加热方式的比较表加热方式气氛系统压力(Pa)产量设备要求电阻加热惰性气体133~13332低低高频感应加热惰性气体133~6500低低电子束加热惰性气体133低高激光束加热惰性气体1300~14000低高等离子体加热惰性气体26000~100000中等低从表1可知，等离子体加热法因蒸发效率快，设备要求较低，所制备的超细粉体形核速率快，是目前蒸发-冷凝法中最好的制备超细金属粉的方法之一。在等离子体加热蒸发-冷凝法法制备金属粉末工艺中，一般采用高频等离子体、感应等离子体、转移弧等离子体或者非转移弧等离子体加热方法来蒸发金属得到金属蒸气，随后急冷金属蒸气得到超微细金属粉末。在高频等离子体、感应等离子体、非转移弧等离子体蒸发金属设备制备超微细金属粉末工艺中，一般采用一定粒度（50~300μm）的金属粉作为原料，金属粉直接加入到等离子体弧中，金属粉在高频等离子体弧的高温作用下，金属粉被蒸发变成金属蒸气，然后金属蒸气聚冷得到超微细金属粉末。但由于进料的金属粉有一定的粒度分布，高频等离子体、感应等离子体、非转移弧等离子体因能量不足，不仅蒸发量较低，而且会有部分粒径比较大的金属粒子蒸发不完全，残留在超微细金属粉中。这部分残留的金属粒子粒径远远大于超微细金属粉的粒径，造成产品质量的下降。在等离子体转移弧蒸发金属设备制备超微细金属粉末工艺中，一般等离子体转移弧直接作用在金属液面上，利用等离子体转移弧的高温蒸发金属得到金属蒸气，然后金属蒸气急冷得到超微细金属粉末。但由于受到直流等离子体转移弧与金属液面热量传递的限制，与金属液面的接触面小，造成金属蒸发效率低，金属粉体产量低，能量的消耗大，成本高。本专利技术要解决的技术问题是，提供一种能提高金属蒸发效率又无残留金属大颗粒在超微细金属粉中的金属蒸发设备，这种设备可以用于亚微米及纳米金属粉的生产，特别是生产高熔点亚微米及纳米金属粉体材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种亚微米及纳米金属粉体的生产设备，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种亚微米及纳米金属粉体的生产设备，包括：等离子体发生器、等离子体转移弧炬、金属粉加料设备、密封不锈钢外壳、陶瓷坩埚、电极石墨棒、废料取料口、金属蒸气过渡区、粉体收集器；等离子体转移弧炬安装在密封不锈钢外壳的上方，电极石墨棒贯穿陶瓷坩埚以及密封不锈钢外壳的底部；陶瓷坩埚放置在密封不锈钢外壳内的底部；密封不锈钢外壳的侧面设有金属蒸气过渡区，且金属蒸气过渡区的另一端连接有粉体收集器；金属粉加料设备位于多把等离子体转移弧炬中间，且贯穿密封不锈钢外壳顶部；等离子体发生器的负极与等离子体转移弧炬电连接，等离子体发生器的正极与电极石墨棒电连接。作为本专利技术进一步的方案：密封不锈钢外壳底部的一侧设有废料取料口。作为本专利技术进一步的方案：等离子体转移弧炬产生等离子体转移弧，所述等离子体转移弧的产生的介质气体包括氩气、氮气、氢气、氨气中的一种或多种。作为本专利技术进一步的方案：所述等离子体转移弧炬的安装数目为3~8把。作为本专利技术进一步的方案：等离子体转移弧炬与密封不锈钢外壳上方垂直方向的夹角为10~60°。作为本专利技术进一步的方案：通过金属粉加料设备进料的金属粉为高熔点金属粉或低熔点金属粉，其中高熔点金属粉包括钽粉、钽合金粉、钨合金粉、钛粉、钛合金粉，粒径为50~300μm；低熔点金属粉包括镍粉、镍合金粉、铜粉、铜合金粉、铝粉、铝合金粉、锡合金粉与不锈钢粉，粒径为50~300μm。作为本专利技术进一步的方案：陶瓷坩埚的直径为150-350mm，放在等离子体转移弧炬的中心下的80-250mm处。作为本专利技术进一步的方案：粉体收集器内放置冷却系统。作为本专利技术进一步的方案：冷却系统包括气相冷却系统和液相冷却系统；其中生产不易氧化的金属粉采用气相冷却系统，不易氧化的金属粉包括镍粉、铜粉、钴粉，气相冷却系统的气体为氮气、氩气、氦气中的一种或者多种；生产易氧化的金属粉采用液相冷却系统，易氧化的金属粉包括钛粉、铝粉、锂粉，液相冷却系统的介质包括但不限于水、酒精、柴油、煤油、癸烷。作为本专利技术进一步的方案：金属蒸气过渡区、密封不锈钢外壳、粉末收集器均含有通冷却水的水夹层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术可以利用超高温等离子体转移弧直接蒸发较大粒径的金属粉，有效提高能量利用效率和增加金属蒸发量，适合各种10~1000nm金属粉体的生产，特别是高熔点金属粉体和易氧化的金属粉。具体特点如下所述：1）采用3~8把等离子体转移弧炬作为加热源进行加热蒸发，能量利用率高，蒸发效率更快，产量很大，避免了大部分金属颗粒进入陶瓷坩埚中造成了浪费，产量可到5~30kg/h，2）生产设备通用性强，可适合各种10~1000nm金属粉的生产，生产成本低，容易实现大规模工业化生产。3）适合亚微米及纳米级高熔点金属的生产，以及易氧化的纳米级钛粉、铝粉、锂粉等的生产。附图说明图1是本专利技术亚微米及纳米金属粉体的生产设备的结构示意图。图2是实施例1生产106nm钽粉用6把等离子体转移弧炬布局的主视图；图3是实施例1生产106nm钽粉用6把等离子体转移弧炬布局的俯视图；图4是实施例1所生产106nm钽粉SEM图。图5是实施例2所生产82nm铝粉SEM图。图6是实施例3所生产289nm镍粉SEM图。图7是液相冷却系统流程图。图8是气相冷却系统流程图。图中：1-等离子体发生器；2-等离子体转移弧炬；4-金属粉加料设备；5-金属粉；6-等离子体转移弧；7-密封不锈钢外壳；8-陶瓷坩埚；9-电极石墨棒；10-废料取料口；11-金属蒸气过渡区；12-粉体收集器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术中，一种亚微米及纳米金属粉体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亚微米及纳米金属粉体的生产设备，其特征在于，包括：等离子体发生器（1）、等离子体转移弧炬（2）、金属粉加料设备（4）、密封不锈钢外壳（7）、陶瓷坩埚（8）、电极石墨棒（9）、废料取料口（10）、金属蒸气过渡区（11）、粉体收集器（12）；等离子体转移弧炬（2）安装在密封不锈钢外壳（7）的上方，电极石墨棒（9）贯穿陶瓷坩埚（8）以及密封不锈钢外壳（7）的底部；陶瓷坩埚（8）放置在密封不锈钢外壳（7）内的底部；密封不锈钢外壳（7）的侧面设有金属蒸气过渡区（11），且金属蒸气过渡区（1）（1）的另一端连接有粉体收集器（12）；金属粉加料设备（4）位于多把等离子体转移弧炬（2）中间，且贯穿密封不锈钢外壳（7）顶部；等离子体发生器（1）的负极与等离子体转移弧炬（2）电连接，等离子体发生器（1）的正极与电极石墨棒（9）电连接。

【技术特征摘要】
1.一种亚微米及纳米金属粉体的生产设备，其特征在于，包括：等离子体发生器（1）、等离子体转移弧炬（2）、金属粉加料设备（4）、密封不锈钢外壳（7）、陶瓷坩埚（8）、电极石墨棒（9）、废料取料口（10）、金属蒸气过渡区（11）、粉体收集器（12）；等离子体转移弧炬（2）安装在密封不锈钢外壳（7）的上方，电极石墨棒（9）贯穿陶瓷坩埚（8）以及密封不锈钢外壳（7）的底部；陶瓷坩埚（8）放置在密封不锈钢外壳（7）内的底部；密封不锈钢外壳（7）的侧面设有金属蒸气过渡区（11），且金属蒸气过渡区（1）（1）的另一端连接有粉体收集器（12）；金属粉加料设备（4）位于多把等离子体转移弧炬（2）中间，且贯穿密封不锈钢外壳（7）顶部；等离子体发生器（1）的负极与等离子体转移弧炬（2）电连接，等离子体发生器（1）的正极与电极石墨棒（9）电连接。2.根据权利要求1所述的亚微米及纳米金属粉体的生产设备，其特征在于，密封不锈钢外壳（7）底部的一侧设有废料取料口（10）。3.根据权利要求1所述的亚微米及纳米金属粉体的生产设备，其特征在于，等离子体转移弧炬（2）产生等离子体转移弧（6），所述等离子体转移弧（6）的产生的介质气体包括氩气、氮气、氢气、氨气中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的亚微米及纳米金属粉体的生产设备，其特征在于，所述等离子体转移弧炬（2）的安装数目为3~8把。5.根据权利要求1所述的亚微米及纳米金属粉体的生产设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：周世恒，
申请(专利权)人：周世恒，
类型：发明
国别省市：浙江,33