粉体材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种粉末材料的制备方法及应用，所述制备方法通过合金熔体的凝固获得含有基体相与弥散颗粒相的初始合金条带，再将所述初始合金条带中的基体相去除，并同时保留弥散颗粒相，从而得到由原弥散颗粒相组成的粉末材料。本发明专利技术的制备方法工艺简单，可以制备包括纳米级、亚微米级、微米级的多种尺寸的粉末材料，在催化材料、粉末冶金、复合材料、吸波材料、杀菌材料、金属注射成型、3D打印、涂料等领域具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
粉体材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及微纳米材料
，特别是涉及一种粉体材料的制备方法及其应用。
技术介绍
微米、亚微米、纳米粒径的超细粉末材料的制备方法从物质的状态分有固相法、液相法和气相法。其中，固相法主要有机械粉碎法、超声波粉碎法、热分解法、爆炸法等，液相法主要有沉淀法、醇盐法、羰基法、喷雾热干燥法、冷冻干燥法、电解法、化学凝聚法等，气相法主要有气相反应法、等离子体法、高温等离子体法、蒸发法、化学气相沉积法等。虽然超细粉末材料的制备方法有很多种，但每种方法都有一定的局限性。例如，液相法的缺点是产量低、成本高和工艺复杂等；机械法的缺点是在制取粉末材料后存在分级困难的问题，且产品的纯度、细度和形貌均难以保证；旋转电极法和气体雾化法是目前制备高性能金属及合金粉末的主要方法，但生产效率低，收得率不高，且能耗相对较大；气流磨法、氢化脱氢法适合大批量工业化生产，但对原料和合金的选择性较强。此外，粉体材料的杂质含量，尤其是氧含量，对其性能具有极大的影响。目前，主要通过控制原料纯度与真空度的方法来控制金属或合金的杂质含量，成本高昂。因此，开发新的高纯粉体材料的制备方法，具有重要的意义。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种工艺简单、易于操作的粉末材料的制备方法。一种粉末材料的制备方法，包括：步骤S1，选择初始合金原料，按照初始合金成分配比将初始合金原料熔化，得到含有杂质元素T的均匀初始合金熔体，其中，T包含O、H、N、P、S、F、Cl、I、Br中的至少一种，且所述初始合金熔体的平均成分为AaMbTd，其中，A包含Zn、Mg、Sn、Pb、Ga、In、Al、La、Ge、Cu、K、Na、Li中的至少一种，M包含B、Bi、Fe、Ni、Cu、Ag、Cr、V、Si、Ge中的至少一种，其中a、b、d代表对应组成元素的原子百分比含量，且60％≤a≤99.5％，0.5％≤b≤40％，0≤d≤10％；步骤S2，将所述初始合金熔体凝固成初始合金条带；所述初始合金条带的凝固组织包括基体相和弥散颗粒相；所述基体相的熔点低于所述弥散颗粒相，所述弥散颗粒相被包覆于所述基体相中；所述初始合金熔体凝固过程中，初始合金熔体中的杂质元素T在弥散颗粒相与基体相中重新分配，并富集于所述基体相中，从而使所述弥散颗粒相得到纯化；所述初始合金条带中弥散颗粒相的成分主要为Mx1Tz1，基体相的平均成分主要为Ax2Tz2；且98.5％≤x1≤100％,0≤z1≤1.5％；80％≤x2≤100％,0≤z2≤20％；z1≤d≤z2，2z1≤z2；x1、z1、x2、z2分别代表对应组成元素的原子百分比含量；步骤S3，将所述初始合金条带中的基体相去除，并保留基体相去除过程中不能被同时去除的弥散颗粒相，收集脱落出来的弥散颗粒相，即得到由原弥散颗粒组成的高纯目标粉体材料。所述步骤S1中，进一步地，A包含Sn、Pb、Ga、In、Al、La、Ge、Cu、K、Na、Li中的至少一种，M包含B、Bi、Fe、Ni、Cu、Ag中的至少一种；作为优选，当M包含B时，A包含Sn、Ge、Cu中的至少一种；当M包含Bi时，A包含Sn、Ga、Al中的至少一种；当M包含Fe时，A包含La、In、Na、K、Li中的至少一种；当M包含Ni时，A包含Na、K、Li中的至少一种；当M包含Cu时，A包含Pb、Na、K、Li中的至少一种；当M包含Ag时，A包含Pb、Na、K中的至少一种。进一步地，当M包含Si、Ge中的至少一种时，A包含Zn、Sn、Pb、Ga、In、Ag、Bi、Al中的至少一种；当M包含B、Cr、V中的至少一种时，A包含Zn；当M包含Fe时，A包含Mg；进一步地，所述初始合金熔体中的T杂质元素来源包括：初始合金原料引入杂质，熔炼过程中气氛或坩埚引入杂质。其中，气氛引入杂质是指合金熔体吸收的环境气氛中的O、N、H等杂质。进一步地，T为杂质元素且包含O、H、N、P、S、F、Cl、I、Br中的至少一种；且这些杂质元素的总含量即为T杂质元素的含量；进一步地，如果原料是含有杂质元素的各单质或中间合金，则可将其按照配比熔化制备所述初始合金熔体。如果提供的原料直接为初始合金熔体成分对应合金原料时，则可以将其重熔得到初始合金熔体。进一步地，所述初始合金原料包括含有杂质元素T的M-T原料。例如，当M为Fe，且T包含O时，M-T原料即包括含有O杂质的Fe-O原料。进一步的，所述步骤S1中初始合金熔体平均成分中A与M的组合极为重要，其选择原则是确保合金熔体凝固过程中A与M之间不形成金属间化合物。这样就能实现初始合金熔体凝固过程中以A主的基体相和与M为的颗粒相的两相分离，有利于后续制备以M为主的粉体材料。所述步骤S2中，进一步地，所述初始合金条带中不含有包含A与M构成的金属间化合物；进一步地，所述合金熔体凝固的方式包括甩带法、连铸法；一般来说，通过甩带法可以获得较薄的初始合金条带；通过连铸法可以获得较厚的合金条带。不论是甩带法获得的薄合金条带，还是连铸法获得的厚合金条带，均与普通铸造法获得的合金铸锭形貌完全不同，普通铸造法获得的合金铸锭在尺度上一般没有明显的长度、宽度、厚度区别。进一步地，所述初始合金条带的厚度范围为5μm～10mm；进一步地，所述初始合金条带的厚度范围为5μm～5mm；作为优选，所述初始合金条带的厚度范围为5μm～1mm；作为进一步优选，所述初始合金条带的厚度范围为5μm～200μm；作为进一步优选，所述初始合金条带的厚度范围为5μm～20μm。需要说明的是，当初始合金条带的厚度为毫米级时，其也可以被称为合金薄板。进一步地，所述初始合金条带横截面的宽度是其厚度的2倍以上；进一步地，所述初始合金条带的长度是其厚度的10倍以上；作为优选，所述初始合金条带的长度是其厚度的50倍以上；作为优选，所述初始合金条带的长度是其厚度的100倍以上；进一步地，所述初始合金熔体凝固的速率为1K/s～107K/s；进一步地，所述弥散颗粒相的颗粒大小与初始合金熔体的凝固速率有关；一般来说，弥散颗粒相的颗粒粒径大小与初始合金熔体的凝固速率成负相关的关系，即初始合金熔体的凝固速率越大，弥散颗粒相的颗粒粒径就越小。进一步地，所述弥散颗粒相的颗粒粒径范围为2nm～3mm；进一步地，所述弥散颗粒相的粒径范围为2nm～500μm；作为优选，所述弥散颗粒相的粒径范围为2nm～99μm；作为进一步优选，所述弥散颗粒相的粒径范围为2nm～5μm；作为进一步优选，所述弥散颗粒相的粒径范围为2nm～200nm；作为进一步优选，所述弥散颗粒相的粒径范围为2nm～100nm。进一步地，所述初始合金熔体凝固的速率为105K/s～107K/s时，可以获得粒径以纳米级尺度为主的弥散颗粒。进一步地，所述初始合金熔体凝固的速率为104K/s～105K/s时，可以获得粒径以亚微米级尺度为主的弥散颗粒。进一步地，所述初始合金熔体凝固的速率为102K/s本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，选择初始合金原料，按照初始合金成分配比将初始合金原料熔化，得到含有杂质元素T的均匀初始合金熔体，其中，T包含O、H、N、P、S、F、Cl、I、Br中的至少一种，且所述初始合金熔体的平均成分为A

【技术特征摘要】
20200312 CN 2020101705791;20200714 CN 2020106730871.一种粉体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，选择初始合金原料，按照初始合金成分配比将初始合金原料熔化，得到含有杂质元素T的均匀初始合金熔体，其中，T包含O、H、N、P、S、F、Cl、I、Br中的至少一种，且所述初始合金熔体的平均成分为AaMbTd，其中，A包含Zn、Mg、Sn、Pb、Ga、In、Al、La、Ge、Cu、K、Na、Li中的至少一种，M包含B、Bi、Fe、Ni、Cu、Ag、Cr、V、Si、Ge中的至少一种，其中a、b、d代表对应组成元素的原子百分比含量，且60％≤a≤99.5％，0.5％≤b≤40％，0≤d≤10％；
步骤二，将所述初始合金熔体凝固成初始合金条带；所述初始合金条带的凝固组织包括基体相和弥散颗粒相；所述基体相的熔点低于所述弥散颗粒相，所述弥散颗粒相被包覆于所述基体相中；所述初始合金熔体凝固过程中，初始合金熔体中的杂质元素T在弥散颗粒相与基体相中重新分配，并富集于所述基体相中，从而使所述弥散颗粒相得到纯化；
所述初始合金条带中弥散颗粒相的成分主要为Mx1Tz1，基体相的平均成分主要为Ax2Tz2；且98.5％≤x1≤100％,0≤z1≤1.5％；80％≤x2≤100％,0≤z2≤20％；z1≤d≤z2，2z1≤z2；x1、z1、x2、z2分别代表对应组成元素的原子百分比含量；
步骤三，将所述初始合金条带中的基体相去除，并保留基体相去除过程中不能被同时去除的弥散颗粒相；收集脱落出来的弥散颗粒相，即得到由原弥散颗粒组成的高纯目标粉体材料。


2.根据权利要求1所述的粉体材料的制备方法，其特征在于，所述初始合金熔体中的T杂质元素来源包括：初始合金原料引入杂质，熔炼过程中气氛或坩埚引入杂质。


3.根据权利要求1所述的粉体材料的制备方法，其特征在于，所述初始合...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵远云，刘丽，
申请(专利权)人：赵远云，
类型：发明
国别省市：广东;44