高熔点金属或合金粉末雾化制造方法技术

提供了高熔点金属或合金粉末雾化制造方法，包括：通过进料管提供高熔点金属或合金的熔体；使熔体相对于进料管的中心轴线以转向角转向以获得转向的熔体；将转向的熔体引至雾化区域；以及向雾化区域提供至少一种雾化气流。可以在用于雾化过程的雾化室内在水的存在下进行雾化过程。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高熔点金属或合金粉末雾化制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年2月15日提交的美国临时申请No.62/631,286的优先权。该文献通过引用以其整体合并于此。
本公开的领域涉及应用于电子工业、金属注射成型、热喷涂、热喷涂焊接、3D打印和催化剂材料的细金属粉末的生产。
技术介绍
可以合成许多具有优异的物理和化学性质的新材料，但仍然难以通过常规方法(铸造/加工)以工业规模经济地进行生产。这些材料中的一些是通过以下可替选技术合成或沉积而成的：例如金属注射成形、3D打印、热喷涂以及其它要求粉末具有特定尺寸分布、球形度和物理性质的技术。电子器件和部件在尺寸方面也已被显著减小，并且它们还在用于应用含有金属粉的导电材料的焊锡膏或油墨的配方中需要细金属粉。简而言之，技术正在进步，并且为了能够实现更多创新型散料、涂层、导电层、金属化应用和金属成形应用，对尺寸分布相对细和尺寸分布相对紧密的金属粉末的需求日益增长。在其中也使用了选定的贵金属或具有多种氧化态的金属的催化材料中还可见细粉的其它一些应用。在该后一种情况下，可以生产金属细粉并将其分散在介质上，以一起用作催化材料。对于此类应用，常见的是需要或要求的粒径分布大多小于50微米甚至小于20微米。细金属粉末还有多种其它应用，例如金属注射成形、热喷涂、热喷涂焊接、3D打印等。常规技术(雾化、离心崩解、水雾化…)可以生产细粉，但是用这些技术难以从金属或合金中获得颗粒的较小的粒径、关于尺寸分布的低标准偏差和球形。根据这些技术，这通常导致具有限定的尺寸分数的所生产的粉末的低回收率。
技术实现思路
本公开描述了一种具有高熔点的金属粉末的新生产方法。该方法生产粒径标准偏差小的细球形粉末。在第一方面，提供了一种高熔点金属或合金粉末的雾化制造方法，包括：通过进料管提供所述高熔点金属或合金的熔体；使所述熔体相对于进料管的中心轴线以转向角转向以获得转向的熔体；将转向的熔体引至雾化区域；以及向雾化区域提供至少一种雾化气流，可以在用于雾化过程的雾化室内在水的存在下进行所述雾化过程。在第二方面，提供了一种高熔点金属或合金粉末的雾化制造方法，包括：通过进料管提供所述高熔点金属或合金的熔体；通过转向器将所述熔体输送至雾化区域；向雾化区域提供至少一种雾化气流；将水输送到用于所述雾化过程的雾化室中，其中，在将熔体输送到雾化区域之前，使所述熔体相对于进料管的中心轴线以转向角在转向器中转向。第三方面，提供了一种高熔点金属或合金粉末的雾化制造方法，包括：通过进料管提供所述高熔点金属或合金的熔体；将熔体引至雾化区域；以及向所述雾化区域提供至少一种平均气体速度为至少300m/s的雾化气流，其中在所述雾化区域中，雾化气体与高熔点金属的比例为约5000cm3气体/cm3待雾化金属至约40000cm3气体/cm3待雾化金属，从而提供平均粒径小于50微米且几何标准偏差低于约2.2的粉末分布。在第四方面，提供了一种高熔点金属或合金粉末的雾化制造方法，包括：通过进料管提供所述高熔点金属或合金的熔体；任选地使所述熔体相对于进料管的中心轴线以转向角转向，以获得任选地转向的熔体；将任选地转向的熔体引至雾化区域；和向雾化区域提供至少一种具有至少300m/s的速度的雾化气流，其中在雾化区域中，雾化气体与高熔点金属的比例为约5000cm3气体/cm3待雾化金属至约40000cm3气体/cm3待雾化金属，从而提供几何标准偏差低于约2.2的粉末粒径分布。附图说明为了更好地理解本文所述的各种实施方式，并且为了更清楚地示出这些各种实施方式如何可以被实施生效，将以示例的方式参考示出了至少一个示例性实施方式的附图，其中：图1是示出根据至少一个实施方式的在雾化过程中涉及的步骤的框图；图2示出了根据至少一个实施方式的、具有带有用于在雾化区域中提供熔体的转向通道的进料管的雾化喷嘴的示意性侧视图；图3示出了根据至少一个实施方式的雾化室的立体图，其示出了在进气口上的切向入气口；图4A和图4B示出了在实施例2中获得的粉末的扫描电子显微镜(SEM)图片，其中图4A是指5型粉末(15μm-25μm)，图4B是指小于7μm的粉末的比例；和图5A和图5B示出了与参考常规“会聚-发散(conv-CD)”雾化器相比，新雾化技术(new-C)的益处，其中，图5A表明新技术的尺寸分布方面的较低标准偏差，图5B表明在规定的粒径范围内具有较高的收率。具体实施方式以非限制性方式提供以下示例。如本文所用，表述“高熔点金属”是指具有约500℃至约1800℃的熔点温度的金属。如本文所用，表述“高熔点合金”是指液相线温度为约500℃至约1800℃的合金。如本文中所使用，程度术语，诸如“约”和“大约”，是指使得最终结果不会显著改变的所修饰术语的合理偏差量。在该偏差不否定其所修饰的用语的含义的情况下，这些程度术语应被解释为包括至少5％或至少10％的偏差。在理解本公开的范围时，如本文中所使用，术语“包括”及其派生词旨在是开放式术语，其指定了所陈述的特征、元素、组分、基团、整体和/或步骤的存在，但不排除存在其它未陈述的功能、元素、组分、基团、整体和/或步骤。前述内容也适用于具有类似含义的用语，例如术语“包含”、“具有”及其派生词。如本文所用，术语“由...组成”及其派生词旨在是封闭式术语，其指定存在所陈述的特征、元素、组分、基团、整体和/或步骤，但排除存在其它未陈述的功能、元素、组分、基团、整体和/或步骤。如本文所用，术语“基本上由...组成”旨在指定存在所陈述的特征、元素、组分、基团、整体和/或步骤，以及不会实质性影响所述特征、元素、组分、基团、整体和/或步骤的基本和新颖特征那些特征、元素、组分、基团、整体和/或步骤。在细金属粉末的生产中，有多个参数会影响产品质量。用于表征粉末的参数中的一些可以包括平均尺寸分布、尺寸分布的标准偏差、超过/小于预定尺寸的较粗颗粒和较细颗粒的比例、粉末的球形度、金属杂质含量和含氧量。在至少一个实施方式中，转向角(90-β)可以为约30度至约70度。在至少一个实施方式中，转向角可以为约10度至约90度。在至少一个实施方式中，雾化气体与熔体之间形成的角度可以为约10度至约90度。在至少一个实施方式中，雾化气体与熔体之间形成的角度可以为约40度至约90度。在至少一个实施方式中，该方法可以包括提供高熔点金属。在至少一个实施方式中，高熔点金属的熔点可以为约500℃至约1800℃。在至少一个实施方式中，在雾化区域中，雾化气体与高熔点金属的比例可以为约15000cm3气体/cm3待雾化金属至约30000cm3气体/cm3待雾化金属。在至少一个实施方式中，在雾化区域中，雾化气体与高熔点金属的比例可以为约5000cm3气体/cm3待雾化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高熔点金属或合金粉末雾化制造方法，包括：/n通过进料管提供所述高熔点金属或合金的熔体；/n使所述熔体相对于进料管的中心轴线以转向角转向以获得转向的熔体；/n将所述转向的熔体引至雾化区域；和/n向所述雾化区域提供至少一种雾化气流，/n在用于雾化过程的雾化室内在水的存在下进行所述雾化过程。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180215 US 62/631,2861.一种高熔点金属或合金粉末雾化制造方法，包括：
通过进料管提供所述高熔点金属或合金的熔体；
使所述熔体相对于进料管的中心轴线以转向角转向以获得转向的熔体；
将所述转向的熔体引至雾化区域；和
向所述雾化区域提供至少一种雾化气流，
在用于雾化过程的雾化室内在水的存在下进行所述雾化过程。


2.一种高熔点金属或合金粉末雾化制造方法，包括：
通过进料管提供所述高熔点金属或合金的熔体；
通过转向器将所述熔体输送至雾化区域；
向所述雾化区域提供至少一种雾化气流；
将水输送到用于雾化过程的雾化室中，其中，在将所述熔体输送至所述雾化区域之前，使所述熔体相对于所述进料管的中心轴线以转向角在所述转向器中转向。


3.一种高熔点金属或合金粉末雾化制造方法，包括：
通过进料管提供所述高熔点金属或合金的熔体；
将所述熔体引至雾化区域；以及向所述雾化区域提供至少一种平均气体速度为至少300m/s的雾化气流，其中在所述雾化区域中，雾化气体与所述高熔点金属的比例为约5000cm3气体/cm3待雾化金属至约40000cm3气体/cm3待雾化金属，从而提供平均粒径小于50微米且几何标准偏差低于约2.2的粉末分布。


4.一种高熔点金属或合金粉末雾化制造方法，包括：
通过进料管提供所述高熔点金属或合金的熔体；
任选地使所述熔体相对于所述进料管的中心轴线以转向角转向，以获得任选地转向的熔体；
将所述任选地转向的熔体引至雾化区域；和
向所述雾化区域提供至少一种具有至少300m/s的速度的雾化气流，其中在所述雾化区域中，雾化气体与所述高熔点金属的比例为约5000cm3气体/cm3待雾化金属至约40000cm3气体/cm3待雾化金属，从而提供几何标准偏差低于约2.2的粉末粒径分布。


5.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其中，所述转向角(90-β)为约30度至约70度。


6.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其中所述转向角为约10度至约90度。


7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述雾化气体与所述熔体之间形成的角度为约10度至约90度。


8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述雾化气体与所述熔体之间形成的角度为约40度至约90度。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述方法包括提供高熔点金属。


10.根据权利要求9的方法，其中所述高熔点金属的熔点为约500℃至约1800℃。


11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，在所述雾化区域中，所述雾化气体与所述高熔点金属的比例为约15000cm3气体/cm3待雾化金属至约30000cm3气体/cm3待雾化金属。


12.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，在所述雾化区域中，所述雾化气体与所述高熔点金属的比例为约5000cm3气体/cm3待雾化金属至约40000cm3气体/cm3待雾化金属。


13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述高熔点金属是选自Al、Fe、Ni、Co、Cr、Mn、Si、Ti、Ag、Cu、Mo、Pt、Pd和Au中的元素。


14.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述高熔点金属是选自Al、Fe、Ni、Co、Cr、Mn、Si、Ti、Ag、Cu、Mo、Pt、Pd、Au和Sn中的元素。


15.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述高熔点金属是Cu。


16.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述方法包括提供高熔点合金。


17.根据权利要求16所述的方法，其中所述高熔点合金的液相线为约500℃至约1800℃。


18.根据权利要求16所述的方法，其中所述高熔点合金的液相线为约500℃至约1500℃。


19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中雾化气体与所述高熔点合金的比例为约15000cm3气体/cm3金属至约30000cm3气体/cm3金属。


20.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中雾化气体与所述高熔点合金的比例为约5000cm3气体/cm3金属至约40000cm3气体/cm3金属。


21.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中所述高熔点合金包含选自Al、Fe、Ni、Co、Cr、Mn、Si、Ti、Ag、Cu、Mo、Pt、Pd和Au中的至少一种元素。


22.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中，所述高熔点合金包含选自Al、Fe、Ni、Co、Cr、Mn、Si、Ti、Ag、Cu、Mo、Pt、Pd、Au和Sn中的至少一种元素。


23.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中，所述高熔点合金包含Cu和Sn。


24.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中，所述高熔点合金包含Cu。


25.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中，所述高熔点合金包含Sn。


26.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中，所述高熔点合金基本上由Cu和Sn组成。


27.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中，所述高熔点合金由Cu和Sn组成。


28.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，其中，所述雾化气流的速度为约300m/s至约700m/s。


29.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，其中，所述雾化气流的速度为约450m/s至约600m/s。


30.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·圣劳伦特，S·陈，H·李，
申请(专利权)人：伍恩加有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA