一种逐液滴雾化法制备超细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雾化法制备超细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，设置在粉末收集区的转盘为镶嵌式结构，选择导热性较差的材料转盘的基体部分，选择与液滴的润湿角小于90°的金属材料，镶嵌进主体部分作为转盘的雾化平面，转盘内设有通气孔。本发明专利技术还公开了制备方法，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】
一种逐液滴雾化法制备超细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雾化法制备超细低熔点球形金属粉末的装置及方法。
技术介绍
随着技术的变革，球形金属粉末在3D打印快速成型、半导体集成电路等方面都有着很大的需求量，且质量要求也在不断提高。3D打印用金属粉末要求圆球度高，粒径均一，无卫星滴，具有良好的铺展性和均匀的流动性。目前，国内外生产金属球形粉末的方法有雾化法，包括气雾化法、水雾化法、离心雾化法等。但是上述雾化法制备粉末的分散度较宽，必须通过多次筛分才能得到满足使用要求粒径的粒子，而且圆球度差，粉末上存在大量的卫星滴，无法满足使用要求，并且生产效率低。国内所用粉末大部分都依赖进口，远远无法满足使用的要求。因此，探索一种制备效率高、粉末质量高的超微细球形金属粉末的制备装置及方法意义重大。
技术实现思路
根据上述提出现有金属粉末制备过程中存在的流动性及铺展性差、成品率低、效率低等技术问题，而提供一种逐液滴雾化法制备超细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，且对转盘表面进行感应加热，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，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，同时通过这种模式可以制备得到圆球度高、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。本专利技术采用的技术手段如下：一种逐液滴雾化法制备超细低熔点球形金属粉末的装置，其特征在于，包括：壳体、设置于所述壳体内的坩埚和粉末收集区，其中，所述粉末收集区置于所述壳体内的底部，所述坩埚置于所述粉末收集区上部；所述坩埚是以中心线为轴的、内外嵌套圆环式结构，所述坩埚的内容纳腔的底部与所述坩埚的外容纳腔的底部设有相贯通的中心孔，所述内容纳腔的底部与所述外容纳腔的底部之间设有用于熔融金属流通的空间；所述坩埚的内容纳腔设有与设置在所述壳体外部的压电陶瓷相连的传动杆，所述传动杆下端设有压片，所述压片正对所述内容纳腔的中心孔上方；所述壳体上设有伸入于所述坩埚内的坩埚进气管，所述壳体上还设有与所述坩埚相连通的机械泵、扩散泵，所述壳体上还设有腔体进气管和腔体放气阀；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颗粒的转盘；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；所述转盘的外围还设有感应加热线圈。上述的坩埚形式是存在内外嵌套的两个腔室，即将金属材料放入外层腔室，在熔融的过程中通过液体流动，汇聚到坩埚中心孔的区域，通过中心孔上覆盖的压片和压片上方的传动杆下移，使液滴从坩埚底部的中心孔喷出。当然，坩埚形式也不局限于上述所述的情况，只要坩埚内存在封闭的腔室，可以在充入保护气体后产生背压，促使液体流动到中心孔附近区域的结构形式均可。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。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。进一步地，所述坩埚内设有热电偶，所述坩埚外侧还设有电阻加热器。优选地，坩埚的材料与置于其内的熔融金属的润湿角大于90°。进一步地，所述坩埚的中心孔直径范围在0.02mm-2.0mm之间。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、所述电阻加热器、所述压片、所述转盘以及所述感应加热线圈位于同一轴线上。本专利技术还公开了一种采用上述的装置逐液滴雾化法制备超细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：将待熔融的金属材料放入设置在壳体内上部的坩埚内后密封；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(通常选用氦气或氩气)，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；④粒子制备：通过设置在所述壳体上并伸入于所述坩埚内的坩埚第一进气管、坩埚第二进气管将高纯度惰性保护气体通入，所述坩埚内产生背压，促使熔融金属填满所述坩埚底部的中心孔；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及设置在所述传动杆下方的压片传递给中心孔附近区域的熔融金属，使得熔融金属从中心孔底部喷出形成均匀液滴；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，同时将压片和传动杆恢复初始状态，所述坩埚内的熔池向中心孔处补充熔融金属液体；⑤粒子收集：用设置于所述壳体底部的收集盘收集均匀球形金属粉末。进一步地，所述金属材料装入到所述外容纳腔内的装入量为所述外容纳腔容积的50％-70％。进一步地，所述壳体内抽真空后的压力达到0.1MPa，金属材料完全熔化后保温时间为15-20分钟。进一步地，所述感应加热线圈的感应加热电压范围为0-50V，感应加热时间为5-15min。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术公开了一种利用脉冲微孔喷射法与离心雾化法结合逐液滴雾化法制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种逐液滴雾化法制备超细低熔点球形金属粉末的装置，其特征在于，包括：壳体(13)、设置于所述壳体(13)内的坩埚(7)和粉末收集区，其中，所述粉末收集区置于所述壳体(13)内的底部，所述坩埚(7)置于所述粉末收集区上部；所述坩埚(7)是以中心线为轴的、内外嵌套圆环式结构，所述坩埚(7)的内容纳腔的底部与所述坩埚(7)的外容纳腔的底部设有相贯通的中心孔，所述内容纳腔的底部与所述外容纳腔的底部之间设有用于熔融金属流通的空间；所述坩埚(7)的内容纳腔设有与设置在所述壳体(13)外部的压电陶瓷(1)相连的传动杆(3)，所述传动杆(3)下端设有压片(5)，所述压片(5)正对所述内容纳腔的中心孔上方；所述壳体(13)上设有伸入于所述坩埚(7)内的坩埚进气管，所述壳体(13)上还设有与所述坩埚(7)相连通的机械泵(17)、扩散泵(18)，所述壳体(13)上还设有腔体进气管(16)和腔体放气阀(19)；所述粉末收集区包括设置在所述壳体底部的收集盘(12)和设置于所述收集盘(12)上方的与电机(10)相连的用于雾化金属粉末颗粒的转盘(9)；其特征在于：所述转盘(9)包括基体，所述基体由上部的承接部(22)和下部的支撑部(23)构成的纵截面呈类“T型”的主体结构，所述承接部(22)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(24)，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(24)采用与雾化液滴(15)润湿角小于90°的材料制成；通气孔(25)，贯通设置在所述承接部(22)及所述支撑部(23)内，所述通气孔(25)的上端面与所述雾化平面(24)的下端面接触，所述通气孔(25)的下端与外界连通；所述转盘(9)的外围还设有感应加热线圈(14)。...

【技术特征摘要】
1.一种逐液滴雾化法制备超细低熔点球形金属粉末的装置，其特征在于，包括：壳体(13)、设置于所述壳体(13)内的坩埚(7)和粉末收集区，其中，所述粉末收集区置于所述壳体(13)内的底部，所述坩埚(7)置于所述粉末收集区上部；所述坩埚(7)是以中心线为轴的、内外嵌套圆环式结构，所述坩埚(7)的内容纳腔的底部与所述坩埚(7)的外容纳腔的底部设有相贯通的中心孔，所述内容纳腔的底部与所述外容纳腔的底部之间设有用于熔融金属流通的空间；所述坩埚(7)的内容纳腔设有与设置在所述壳体(13)外部的压电陶瓷(1)相连的传动杆(3)，所述传动杆(3)下端设有压片(5)，所述压片(5)正对所述内容纳腔的中心孔上方；所述壳体(13)上设有伸入于所述坩埚(7)内的坩埚进气管，所述壳体(13)上还设有与所述坩埚(7)相连通的机械泵(17)、扩散泵(18)，所述壳体(13)上还设有腔体进气管(16)和腔体放气阀(19)；所述粉末收集区包括设置在所述壳体底部的收集盘(12)和设置于所述收集盘(12)上方的与电机(10)相连的用于雾化金属粉末颗粒的转盘(9)；其特征在于：所述转盘(9)包括基体，所述基体由上部的承接部(22)和下部的支撑部(23)构成的纵截面呈类“T型”的主体结构，所述承接部(22)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(24)，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(24)采用与雾化液滴(15)润湿角小于90°的材料制成；通气孔(25)，贯通设置在所述承接部(22)及所述支撑部(23)内，所述通气孔(25)的上端面与所述雾化平面(24)的下端面接触，所述通气孔(25)的下端与外界连通；所述转盘(9)的外围还设有感应加热线圈(14)。2.根据权利要求1所述的逐液滴雾化法制备超细低熔点球形金属粉末的装置，其特征在于，所述坩埚(7)的中心孔直径范围在0.02mm-2.0mm之间。3.根据权利要求1所述的逐液滴雾化法制备超细低熔点球形金属粉末的装置，其特征在于，所述转盘(9)的转速为10000rpm-50000rpm。4.根据权利要求1所述的逐液滴雾化法制备超细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(14)的加热厚度范围在5-20mm之间，它与设置在所述壳体(13)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。5.根据权利要求1所述的逐液滴雾化法制备超细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(3)、所述坩埚(7)、所述电阻加热...

【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