一种逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置及方法。装置包括壳体、设置于壳体内的坩埚和粉末收集区，其特征在于：转盘为镶嵌式结构，主体选择导热性较差的材料，雾化平面选择与液滴的润湿角小于90°的金属材料，在转盘轴线上增加通气孔提高圆盘转动时的稳定性，转盘外设有感应加热线圈。本发明专利技术结合脉冲微孔喷射法和离心雾化法，配合转盘结构并对转盘表面感应加热，从而使金属液突破了传统熔融金属的分裂模式，实现了只有当雾化介质为水溶液或有机溶液时才能实现的纤维状分裂方式，在超微细化方面取得飞跃进步，制得圆球度高、有良好流动性和铺展性、无卫星滴的符合使用要求的低熔点超微细金属球形粉末。

【技术实现步骤摘要】
一种逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置及方法
本专利技术属于超细球形微粒子制备
，具体而言，尤其涉及一种利用逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置及方法。
技术介绍
球形金属粉末作为一种重要的工业原料，在3D打印、电子封装、半导体集成电路、新能源等领域得到了广泛的应用。随着设备微型化、高精度的发展，上述领域对球形粉末及其制备技术提出了更高的要求，特别是金属粉末快速成型领域。目前全球对金属材料进行3D打印的需求十分迫切，如不锈钢、钛合金、镍基合金、银和金等，但目前这些打印技术还未能得到快速发展，其中金属粉末制备技术成为制约3D打印技术发展的关键问题之一。3D打印技术要求金属粉末需满足粒径细小、粒度分布窄、球形度高、易铺展、流动性好和松装密度高等性能。但国内所用粉末大部分都依赖进口，远远无法满足3D打印的要求。因此，探索一种制备效率高、粉末质量高的超微细金属球形粉末的制备方法意义重大。目前国内外生产球形金属粉末的方法主要有：雾化法和近几年新兴的脉冲微孔喷射法。雾化法制得的粉末粒径分布宽，必须经过多次筛选才能得到满足要求的粉末，成品率低；雾化粉末中含有大量的卫星滴，使其流动性和铺展性下降；此外，在传统离心雾化过程中，当熔体温度及转速过高时，熔体极易发生侧滑，严重影响雾化效率。脉冲微孔喷射法制得的粉末虽然球形度高，粒径均一，但是该方法制备小粒径粒子时效率不高，且应用范围受到限制。因此，这两种方法生产的粉末都无法满足要求，研发一种制备效率高、粉末质量高的超微细金属球形粉末的制备方法意义重大。
技术实现思路
根据上述提出的3D打印用金属粉末制备过程中存在的流动性及铺展性差、成品率低、效率低等问题，而提供一种逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置及方法。本专利技术主要结合脉冲微孔液滴喷射法和离心雾化法两种方法，同时对转盘进行结构设计，且对圆盘表面进行感应加热，从而使熔融金属液突破了传统熔融金属的分裂模式，实现了只有当雾化介质为水溶液或有机溶液时才能实现的纤维状分裂方式，与现有的离心雾化技术相比较，这种线状分裂模式下雾化得到的粉末在超微细化方面可取得飞跃进步，从而可以制备得到粒径非常小、粒径分布区间窄且可控、圆球度高、有良好流动性和铺展性、无卫星滴、雾化效率高、细粉收得率非常高的符合3D打印使用要求的超微细金属球形粉末。本专利技术采用的技术手段如下：一种逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置，包括壳体、设置于所述壳体内的坩埚和粉末收集区，所述粉末收集区置于所述壳体的底部，所述坩埚置于所述粉末收集区的上部，所述坩埚上设有与设置在所述壳体外部的压电陶瓷相连的传动杆，所述传动杆的下端对着所述坩埚底部的中心孔，所述中心孔底部装有带小孔的垫片；所述坩埚内部设有热电偶，所述坩埚外部设有环形电阻加热器；所述壳体上设有伸入于所述坩埚内的坩埚进气管，所述壳体的侧壁上还设有与所述坩埚相连通的机械泵和扩散泵，所述壳体上还设有腔体进气口和腔体排气阀；所述粉末收集区包括设置在所述壳体底部的收集盘和设置于所述收集盘上方的与电机相连的用于雾化金属粉末液滴的转盘；其特征在于：所述转盘包括基体，所述基体由上部的承接部和下部的支撑部构成的纵截面呈类“T型”的主体结构，所述承接部上表面设有与其圆心同轴的具有一定半径的圆形凹槽；其中，所述基体采用导热性小于20W/m/k的材料制成；雾化平面，为圆盘结构，所述圆盘与所述圆形凹槽相匹配且与所述圆形凹槽过盈配合，所述雾化平面采用与雾化金属粉末液滴润湿角小于90°的材料制成；通气孔，贯通设置在所述承接部及所述支撑部内，所述通气孔的上端面与所述雾化平面的下端面接触，所述通气孔的下端与外界连通；即通气口设置在转盘的轴线位置。所述转盘的外围还设有感应加热线圈。优选地，基体的高度为10-20mm，支撑部的高度不宜太高，小于承接部的高度为宜。所述雾化平面的上端面凸出于所述承接部上端面，凸出范围为0.1-0.5mm。凸出高度只要满足利于离散的金属液滴不接触基体，直接飞到腔室内落入收集盘内即可。所述承接部的直径范围在10-100mm，所述圆形凹槽的直径范围在5-90mm。所述基体采用二氧化锆陶瓷、二氧化硅玻璃或不锈钢制成，不局限于上述几种材质，只要满足导热性小于20W/m/k的材料均可。所述通气孔的上端面小于等于所述雾化平面的下端面，通气孔设置的目的是为了在抽真空时可以将转盘内间隙的气体抽的更干净，转盘高速旋转时更加安全，因此通气孔的上端面与雾化平面的下端面的接触面积越大抽真空时雾化平面的稳定性越好。所述壳体的体积要足够液滴经离心破碎后飞行降落到底部的收集盘内的范围，能够保证不会凝固在壳体的内壁上，收集盘的面积要保证足够大能够收集粉末即可。进一步地，所述坩埚底部的的中心孔直径大于带小孔的垫片的小孔直径，所述带小孔的垫片的小孔直径范围在0.02mm-2.0mm之间。进一步地，所述带小孔的垫片的材料与置于所述坩埚内的熔体的润湿角大于90°。进一步地，所述转盘的转速为10000rpm-50000rpm。进一步地，所述感应加热线圈的加热厚度范围在5-20mm之间，它与设置在所述壳体外的变频器和稳压电源相连，所述稳压电源的电压控制范围在0-50V之间。进一步地，在所述装置自上而下的方向上，所述压电陶瓷、所述传动杆、所述坩埚、所述环形式电阻加热器、所述垫片、所述转盘以及所述感应加热线圈位于同一轴线上。目的是为了液滴可以滴落在转盘中心位置，在离心力的作用下可以更好的铺展与雾化平面。本专利技术公开了一种采用上述的装置逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的方法，其特征在于包括如下步骤，①装料：将原材料焊丝剪到预设的平均长度后，装入设置在壳体上部的坩埚内，手动调整高度方向上，感应加热线圈位置至转盘为预设距离后密封壳体；②抽真空：利用机械泵和扩散泵对所述坩埚和所述壳体抽真空，并充入高纯度惰性保护气体，使壳体内压力达到预设值；③电阻加热：根据待加热原材料的熔点设定使用环形电阻加热器的加热参数，并通过所述坩埚内设置的热电偶实时监测所述坩埚内的温度，待金属材料完全熔化后保温；④感应加热：利用电机使所述转盘在预设转速下高速旋转，接着利用感应加热线圈将高速旋转的转盘上表面加热到金属材料的熔点温度以上；⑤粉末制备：首先，手动调整传动杆的位置至传动杆与带小孔的垫片之间为预设距离；其次，通过设置在所述壳体上并伸入于所述坩埚内的坩埚进气管将高纯度惰性保护气体通入，使所述坩埚内外形成正压力差，促使熔体填满所述坩埚底部的中心孔；最后，给压电陶瓷输入一定波型的脉冲信号，所述压电陶瓷产生向下位移，由与所述压电陶瓷相连的传动杆传递给中心孔附近区域的熔体，使得熔体从中心孔底部的带小孔的垫片喷出形成均匀液滴；均匀液滴自由降落在高速旋转的转盘上，熔融状态下的均匀液滴，先滴落在转盘的中心，由于此时离心力较小，液滴不会被马上离散出去，而是会呈圆形铺展在转盘上，当铺展到一定范围离心力足够大时，铺展的金属会在离心力的作用下，在转盘上呈纤维线状离散至转盘边缘，最后分裂成微小的液滴飞出，微液滴在下落过程中无容器凝固，形成金属粉末，降落至收集盘上，同时将传动杆恢复初始状态。⑥粒子收集：用设置于所述壳体底部的收集盘收集金属粉末。进一步地，所述原材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置，包括壳体(12)、设置于所述壳体(12)内的坩埚(4)和粉末收集区，所述粉末收集区置于所述壳体(12)的底部，所述坩埚(4)置于所述粉末收集区的上部，所述坩埚(4)上设有与设置在所述壳体(12)外部的压电陶瓷(1)相连的传动杆(2)，所述传动杆(2)的下端对着所述坩埚(4)底部的中心孔，所述中心孔底部装有带小孔的垫片(6)；所述坩埚(4)内部设有热电偶，所述坩埚(4)外部设有环形电阻加热器(5)；所述壳体(12)上设有伸入于所述坩埚(4)内的坩埚进气管(20)，所述壳体(12)的侧壁上还设有与所述坩埚(4)相连通的机械泵(16)和扩散泵(17)，所述壳体(12)上还设有腔体进气口(15)和腔体排气阀(18)；所述粉末收集区包括设置在所述壳体底部的收集盘(11)和设置于所述收集盘(11)上方的与电机(9)相连的用于雾化金属粉末液滴(14)的转盘(8)；其特征在于：所述转盘(8)包括基体，所述基体由上部的承接部(21)和下部的支撑部(22)构成的纵截面呈类“T型”的主体结构，所述承接部(21)上表面设有与其圆心同轴的具有一定半径的圆形凹槽；其中，所述基体采用导热性小于20W/m/k的材料制成；雾化平面(23)，为圆盘结构，所述圆盘与所述圆形凹槽相匹配且与所述圆形凹槽过盈配合，所述雾化平面(23)采用与雾化金属粉末液滴(14)润湿角小于90°的材料制成；通气孔(24)，贯通设置在所述承接部(21)及所述支撑部(22)内，所述通气孔(24)的上端面与所述雾化平面(23)的下端面接触，所述通气孔(24)的下端与外界连通；所述转盘(8)的外围还设有感应加热线圈(13)。...

【技术特征摘要】
1.一种逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置，包括壳体(12)、设置于所述壳体(12)内的坩埚(4)和粉末收集区，所述粉末收集区置于所述壳体(12)的底部，所述坩埚(4)置于所述粉末收集区的上部，所述坩埚(4)上设有与设置在所述壳体(12)外部的压电陶瓷(1)相连的传动杆(2)，所述传动杆(2)的下端对着所述坩埚(4)底部的中心孔，所述中心孔底部装有带小孔的垫片(6)；所述坩埚(4)内部设有热电偶，所述坩埚(4)外部设有环形电阻加热器(5)；所述壳体(12)上设有伸入于所述坩埚(4)内的坩埚进气管(20)，所述壳体(12)的侧壁上还设有与所述坩埚(4)相连通的机械泵(16)和扩散泵(17)，所述壳体(12)上还设有腔体进气口(15)和腔体排气阀(18)；所述粉末收集区包括设置在所述壳体底部的收集盘(11)和设置于所述收集盘(11)上方的与电机(9)相连的用于雾化金属粉末液滴(14)的转盘(8)；其特征在于：所述转盘(8)包括基体，所述基体由上部的承接部(21)和下部的支撑部(22)构成的纵截面呈类“T型”的主体结构，所述承接部(21)上表面设有与其圆心同轴的具有一定半径的圆形凹槽；其中，所述基体采用导热性小于20W/m/k的材料制成；雾化平面(23)，为圆盘结构，所述圆盘与所述圆形凹槽相匹配且与所述圆形凹槽过盈配合，所述雾化平面(23)采用与雾化金属粉末液滴(14)润湿角小于90°的材料制成；通气孔(24)，贯通设置在所述承接部(21)及所述支撑部(22)内，所述通气孔(24)的上端面与所述雾化平面(23)的下端面接触，所述通气孔(24)的下端与外界连通；所述转盘(8)的外围还设有感应加热线圈(13)。2.根据权利要求1所述的逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置，其特征在于，所述坩埚(4)底部的的中心孔直径大于带小孔的垫片(6)的小孔直径，所述带小孔的垫片(6)的小孔直径范围在0.02mm-2.0mm之间。3.根据权利要求1所述的逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置，其特征在于，所述带小孔的垫片(6)的材料与置于所述坩埚内的熔体(3)的润湿角大于90°。4.根据权利要求1所述的逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置，其特征在于，所述转盘(8)的转速为10000rpm-50000rpm。5.根据权利要求1所述的逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置，其特征在于，所述感应加热线圈(13)的加热厚度范围在5-20mm之间，它与设置在所述壳体(12)外的变频器和稳压电源相连，所述稳压电源的电压控制范围在0-50V之间。6.根据权利要求1所述的逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置，其特征在于，在所述装置自上而下的方向上，所述压电陶瓷(1)、所述传动杆(2)、所述坩埚(4)、所述环形式电阻加热器(5)、所述垫片(6)、所述转盘(8)以...

【专利技术属性】
技术研发人员：董伟，许富民，孟瑶，朱胜，王晓明，白兆丰，王延洋，韩阳，李国斌，赵阳，石晶，韩国峰，王思捷，常青，任志强，滕涛，
申请(专利权)人：大连理工大学，中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21