一种基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置及制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光‑同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置及制备方法。该装置包括：多通道送粉器，多通道送粉器用于同时填装多种不同成分种类的原料粉末；激光发生器，激光发生器用于发出激光加热熔化多通道送粉器提供的粉末；集料塔，集料塔位于激光发生器的下方，集料塔用于冷却熔化后的粉末并形成球形粉末；收粉器，收粉器位于集料塔的下方，收粉器用于收集球形粉末。本发明专利技术可实现成分均匀的合金粉末、陶瓷粉末、含陶瓷增强相的金属基复合粉末、含碳纳米管增强的金属基复合粉末等粉末材料的高通量制备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置及制备方法
本专利技术涉及粉末材料制备领域，尤其涉及一种基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置及制备方法。
技术介绍
近年来，随着国民经济和科学技术发展，对新材料需求越发急迫。新型结构材料和功能材料研发和应用直接关系到国防安全、科技进步、人民生活水平和国家的竞争力。而目前普遍使用的“试错法”依赖于大量的实验和研究人员的经验，研发周期长、成本高，严重制约了新材料的研发效率。例如，随着航空发动机推重比的不断提高，发动机内部燃气温度不断提高，迫切需要研发新型具有更承温能力的高温合金叶片，而依照传统的研发方式，新型高温合金从实验室研发到装机服役至少需要20年。近年来，材料科学家一直在寻求研发和发展新材料的更快速、更经济、更有效的新途径。为加速新材料的研发，美国于2011年宣布了“材料基因组计划”，旨在通过发展一个集成高通量计算，高通量实验、表征和数据库技术的新材料创新平台，建立材料成分/工艺-组织结构-性能之间的定量关系，实现材料研发方式从“经验型”向理论“预测型”的转变，试图将新材料的研发周期缩短一半。与此同时，欧洲也提出了“加速冶金”计划，随后我国也启动中国版的“材料基因工程”计划，即“材料基因工程关键技术与支撑平台”重点专项。作为材料基因工程的重要方面，高通量制备技术是链接高通量实验设计和数据库的重要环节，也是实现高通量表征的前提。目前发展的高通量制备技术包括扩散多元节法、共沉积法、物理掩膜法、喷印合成法和微流控合成法等，但这些技术大多适用于块体和薄膜材料样品的制备，设计合金粉末和化合物粉末等粉体的高通量制备技术还鲜有报道。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供了一种基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置及制备方法，用于解决上述问题中的至少一个。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置。该装置包括：多通道送粉器，所述多通道送粉器用于同时填装多种不同成分种类的原料粉末；激光发生器，所述激光发生器用于发出激光加热熔化所述多通道送粉器提供的粉末；集料塔，所述集料塔位于激光发生器的下方，所述集料塔用于冷却熔化后的所述粉末并形成球形粉末；收粉器，所述收粉器位于所述集料塔的下方，所述收粉器用于收集所述球形粉末。在本实施方式中，该装置还包括：气体喷盘，所述气体喷盘用于通过压气流介质调节球形粉末的粒径。在本实施方式中，该装置还包括：激光球化头，所述激光球化头位于所述气体喷盘的上方，所述激光球化头用于利用激光发生器产生的激光熔化所述粉末。在本实施方式中，所述激光球化头以及所述气体喷盘位于所述集料塔内，所述集料塔内具有惰性气氛。在本实施方式中，所述多通道送粉器包括粉末混合器，所述粉末混合器用于混合所述多通道送粉器中的不同成分种类的所述原料粉末。在本实施方式中，所述原料粉末通过气体传输。本专利技术还提供了一种基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的方法，该方法包括以下步骤：将配比好的原料粉末通过多通道送粉器传输至激光斑点处；通过激光熔化配比好的所述原料粉末并形成粉末液滴；所述粉末液滴在集料塔内下落冷却并形成球形粉末；所述球形粉末被收粉器收集。在本实施方式中，所述原料粉末在惰性气氛下熔化，所述粉末液滴在惰性气氛下冷却并形成球形粉末。在本实施方式中，还包括步骤：将制备的所述球形粉末进行分筛以获得不同粒径等级成品粉末。本专利技术相对现有技术的积极进步效果在于：一、多母料的设计充分体现了高通量制备的理念，可以很好的与高通量设计计算相结合，实现任意配比新型粉末材料的高通量制备；二、本专利技术既可以实现单一粉末的球形化和均匀化，也可实现多种成分和含量的复合粉末材料的制备。三、锥状环形气流喷嘴中的高速气流可实现熔融液滴的快速冷却和破碎，所制备粉末材料粒径较原始粉末小且直径均匀。四、气氛气压温度可控加工腔的设计可以使本专利技术使用高活性金属材料的制备，极大的拓展了本专利技术的适用范围，进一步体现其高通量的属性。五、本专利技术可实现成分均匀的合金粉末、陶瓷粉末、含陶瓷增强相的金属基复合粉末、含碳纳米管增强的金属基复合粉末等粉末材料的高通量制备。参照后文的说明和附图，详细公开了本专利技术的特定实施方式，指明了本专利技术的原理可以被采用的方式。应该理解，本专利技术的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本专利技术的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的一种基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置的结构示意图；图2a为片状铁基非晶粉末未球化前的微观图；图2b为片状铁基非晶粉末球化后的微观图；图2c为片状铁基非晶粉末球化前后的XRD图谱；图3为一种基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的制备方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施方式，对本专利技术的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。图1所示为本专利技术的实施例提供的基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置的结构示意图。该装置可以包括：多通道送粉器1、激光发生器2、激光球化头3、激光头4、集料塔5、收粉器6以及气体喷盘7。其中，多通道送粉器1可以同时填装多种不同成分种类的原料粉末，进而实现根据需求配比不同合金成分。优选的，多通道送粉器1同时可以集成有粉末混合器(未示出)，可以实现多种粉末的均匀混合功能。所述原料粉末通过气体传输。激光发生器2主要与激光球化头3和激光头4两部分组成能量供给与控制系统，实现粉末的快速熔化及合金功能。集料塔5与收粉器6组成物料收集与气氛保护系统，可以保证球化后的粉末不被氧化和快速收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置，其特征在于，该装置包括：/n多通道送粉器，所述多通道送粉器用于同时填装多种不同成分种类的原料粉末；/n激光发生器，所述激光发生器用于发出激光加热熔化或合金化所述多通道送粉器提供的粉末；/n集料塔，所述集料塔位于激光发生器的下方，所述集料塔用于冷却熔化后的所述粉末并形成球形粉末；/n收粉器，所述收粉器位于所述集料塔的下方，所述收粉器用于收集所述球形粉末。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置，其特征在于，该装置包括：
多通道送粉器，所述多通道送粉器用于同时填装多种不同成分种类的原料粉末；
激光发生器，所述激光发生器用于发出激光加热熔化或合金化所述多通道送粉器提供的粉末；
集料塔，所述集料塔位于激光发生器的下方，所述集料塔用于冷却熔化后的所述粉末并形成球形粉末；
收粉器，所述收粉器位于所述集料塔的下方，所述收粉器用于收集所述球形粉末。


2.根据权利要求1所述的基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置，其特征在于，该装置还包括：
气体喷盘，所述气体喷盘用于通过气流介质调节球形粉末的粒径。


3.根据权利要求2所述的基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置，其特征在于，该装置还包括：
激光球化头，所述激光球化头位于所述气体喷盘的上方，所述激光球化头用于利用激光发生器产生的激光熔化或合金化所述粉末。


4.根据权利要求3所述的基于激光-同轴送粉耦合高通量制备球形粉末的装置，其特征在于，所述激光球化头以及所述气体喷盘位于所述集料塔内，所述集料塔内具有惰...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，王仁全，李军，王璐，高宇，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51