本发明专利技术属于一种以等离子体为热源进行粉末材料制备与加工的工艺，具体涉及粉末冶金、等离子体喷涂、注射成形、凝胶注模成形等金属钛粉末材料的工艺和装置。本发明专利技术的优点是，采用高温球化和快速冷凝特殊球化技术，能够提高钛粉的球形度和纯度，反应器和钛粉球化过程中均使用循环水冷却，既保证了设备的密封性能、又减少了惰性气体的使用量，有效降低成本、提高生产效率并能保障球形钛粉的纯度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种粉末材料制备装置和加工的方法，具体涉及一种以等离 子体为热源进行粉末材料制备的装置和方法。
技术介绍
等离子体具有高温、高焓、高活性和温度梯度大的特性，用等离子体做 热源在微米亚微米以及某些纳米粉末材料的球化处理方面，具有较大的技术 优势。射频等离子体技术和设备由于其不带入任何杂质、运行持续稳定、材 料处理速度快、产能高和设备造价适中，使之较微波和直流弧等离子体热源 更广泛地应用于粉末材料
在高性能结构材料或功能材料制备和加 工领域具有更高的应用价值。钛及其合金是20世纪中期发展起来的一种重要金属，由于其具有密度 低、比强度高、耐蚀性好、耐热性高、无磁、焊接性能好等优良性能,在军工 和民用领域具有独特的应用，但长期以来钛的高成本成为制约其扩大民用市 场的瓶颈。近年来,钛业界正在朝着开发成本低且性能高的方向发展,努力使钛 进入到具有巨大市场潜力的民用工业,如生物医学、汽车、纺织、生活用品等 各个领域，而降低钛合金产品的制造、加工成本成为钛合金生产的关键所在。目前，制备钛合金较成熟的方法主要有真空熔炼、精密铸造和粉末冶金 法。熔炼法和精密铸造这些工艺存在缺陷，成分易于偏析和组织不均匀、引 进夹杂、生产效率低和生产成本高。传统粉末冶金法采用简单的工艺生产较 高性能钛合金，但该方法只能生产简单形状零件。注射成形虽然可以实现复 杂零件的近净尺寸制备，但零件尺寸受到限制。而凝胶注模成形方法可以批 量生产成分和组织均匀、近净尺寸的复杂形状大尺寸零件，原料利用率几乎 达到100%，且零部件的稳定性好，均匀性和机械性能可以完全得到保证，将 其应用于钛及钛合金领域，可以实现钛合金零部件的低成本连续化生产。但 是，在钛制品的注射成形和凝胶注模成形中需要原料粉末具有较好的球形度， 目前主要采用气雾化钛合金粉末，成本较高。采用等离子技术对不规则形状的低成本钛粉进行球化处理是进一步降低注射和凝胶注模成形钛制品成本的 有效途径，符合钛制品产业发展方向，为实现低成本高性能钛制品在民用工 业的大规模应用具有重荽的现实意义。制备球形钛粉欧洲最早采用金属熔液液滴流撞击阻挡板，受阻力作用分 裂为小滴后冷却固化成形，所得到的钛球，多数为椭球和一些两端为圆头的棒状的粉末。此后美国的Preston等用直流弧等离子体熔融、冷却成形方法获 得成功，得到无椭球和棒状颗粒的球化钛粉，但需将制成品分检出未球化粒 子，进行再加工。进入上世纪90年代后,球形粉末的需求越来越大,等离子喷 雾技术得到了充分的发展。国外已将等离子喷雾技术成功应用于制取球形粉 末、超细粉末、喷涂、CVD金刚石沉积等众多领域。如加拿大的PyroGenesis 有限公司已于1998年底将等离子喷雾用于工业规模生产球形钛粉，该公司使 用的是直流非转弧等离子喷嘴,等离子喷雾设备由三个与垂直方向成20—40 °角的喷嘴组成，由此克服粉末颗粒难于送达等离子体弧芯部高温区的不足。 但这些直流弧等离子体法的主要缺陷是其电极烧损、引入杂质，而且电极必 须定时更换，影响设备系统的连续稳定运行。目前制备细小球形金属钛粉末的方法，生产率较低，成本较高。射频等 离子体法是制备出组分均匀、缺陷少、流动性好、球形度好的钛粉或钛合金 粉，又兼备较低的生产成本，较高的生产率，是一种较好的技述途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生产效率高、制备的钛粉球形度好、纯度高且 生产成本低廉的制备球形钛微粉或超微粉的装置和方法。本专利技术是这样实现的， 一种制备球形钛微粉或超微粉的装置，它包括一 个固定件，与固定件下部密封连接的石英管套件，贯穿固定件并与其密封连 接的粉体原料注入枪，在石英管套件外套有高频感应线圈，所述的石英管套 件是由内石英管、中石英管和外石英管同轴布置而成，外石英管与内石英管 下端相连，中石英管的下端与外石英管和内石英管的底部之间留有流通间隙， 使内石英管和中石英管之间，中石英管与外石英管之间形成石英管套件的冷 却通道，在固定件上设有冷却水进、出口，它们与石英管套件的冷却通道相 通；所说的粉体原料注入枪是由钢制的内管、中管和外管同轴布置而成，外 管和内管的底部之间相连，中管的下端与外管和内管的底部之间留有流通间隙，使内管和中管之间，中管与外管之间形成粉体原料注入枪的冷却通道， 在固定件上还开有注入枪冷却水进、出口，它们与粉体原料注入枪冷却通道 相通；在固定件上同时还设有反应气体输入口和保护气体输入口，它们均与内石英管相通；在石英管套件外下侧开有点火隧道，在点火隧道内设有可移动的放电装置，石英管套件的下部设有热交换室，热交换室通过连接管与气 固分离室连接。所述的高频感应线圈是用紫铜管外包套聚四氟乙稀管，绕制成直经相同的4 5匝同轴线圈。所述的热交换室外部设有冷却装置，冷却剂出口设在冷却剂装置的上部， 冷却剂入口，设在冷却剂装置的下部。一种制备球形钛微粉或超微粉的方法，它包括以下几个步骤，1) 建立稳定运行的氩等离子体炬；2) 利用携带气体将金属钛粉注入氩等离子体炬的芯部高温区加热；3) 将加热熔融后的钛粉颗粒液滴冷却固化形成球形钛粉末；4) 将气体抽离，收集球形钛粉。本专利技术的优点是，使用本专利技术所提供的装置和方法采用高温球化和快速 冷凝特殊球化技术，能够提高钛粉的球形度和纯度，反应器和钛粉球化过程 中均使用循环水冷却，既保证了设备的密封性能、又减少了惰性气体的使用 量，有效降低成本、提高生产效率并能保障球形钛粉的纯度。 附图说明图1是本专利技术所提供的一种制备球形钛微粉或超微粉的装置结构剖面示 意图2是本本专利技术所提供的一种制备球形钛微粉或超微粉的装置中粉体原 料注入枪结构剖面示意图3是钛粉原粉的扫描电子显微图片； 图4是球形钛粉的扫描电子显微图片。图中，l粉体原料注入枪，2反应气体输入口， 3保护气体输入口 4内石 英管，5石英管冷却水出口， 6固定件，7石英管冷却水进口， 8高频感应线 圈，9中石英管，10石英管套件，、11放电装置，12点火隧道，13等离子体 炬，14外石英管，15注入枪冷却水进口， 16注入枪冷却水出口， 17内管，18中管，19外管，21冷却剂出口， 22热交换室，23连接管，24冷却剂入口，25粉末出口， 26气固分离室，27冷却装置。具体实施例方式按照本专利技术用等离子体装置加工钛粉，利用射频(RF)等离子体的高能 特性，将形状不规则的钛原粉颗粒用携带气体(氩气)通过加料枪注入等离子 体炬，不规则的钛原粉颗粒被迅速加热而熔化，熔融的颗粒在表面张力的作用 下形成球形度很高的液滴，并在极高的温度梯度下迅速凝固，可以形成球形度 好的钛粉。本专利技术装置主要包括高频等离子体电源，等离子体发生器和反应器， 一个 喂料器、 一个热交换室、 一个气固分离、粉末材料收集室和一个加料枪。这些 设备组成运行稳定、连续工作、产能高的可产业化生产系统。本专利技术采用高温球化和快速冷凝特殊球化技术，反应器和钛粉球化过程中 均使用循环水冷却，既保证了设备的密封性能、又减少了惰性气体的使用量， 有效降低成本、保障球形钛粉的纯度。本专利技术根据钛粉球化要求所设计建立的系统使各项技术参数的调整范围 得以拓宽，有利于调控优化等离子体功率、密度，反应器内压力、气流等参数 组合，配之以符合原料钛粉处理特本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备球形钛微粉或超微粉的装置，它包括一个固定件（６），与固定件（６）下部密封连接的石英管套件（１０），贯穿固定件（６）并与其密封连接的粉体原料注入枪（１），在石英管套件（１０）外套有高频感应线圈（８），其特征在于：所述的石英管套件（１０）是由内石英管（４）、中石英管（９）和外石英管（１４）同轴布置而成，外石英管（１４）与内石英管（４）下端相连，中石英管（９）的下端与外石英管（１４）和内石英管（４）的底部之间留有流通间隙，使内石英管（４）和中石英管（９）之间，中石英管（９）与外石英管（１４）之间形成石英管套件（１０）的冷却通道，在固定件（６）上设有冷却水进、出口（７，５），它们与石英管套件（１０）的冷却通道相通；所说的粉体原料注入枪（１）是由钢制的内管（１７）、中管（１８）和外管（１９）同轴布置而成，外管（１９）和内管（１７）的底部之间相连，中管（１８）的下端与外管（１９）和内管（１７）的底部之间留有流通间隙，使内管（１７）和中管（１８）之间，中管（１８）与外管（１９）之间形成粉体原料注入枪（１）的冷却通道，在固定件（１０）上还开有注入枪冷却水进、出口（１５，１６），它们与粉体原料注入枪（１）冷却通道相通；在固定件（６）上同时还设有反应气体输入口（２）和保护气体输入口（３），它们均与内石英管（４）相通；在石英管套件（１０）外下侧开有点火隧道（１２），在点火隧道（１２）内设有可移动的放电装置（１１），石英管套件（１０）的下部设有热交换室（２２），热交换室（２２）通过连接管（２３）与气固分离室（２６）连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：叶高英，古忠涛，刘川东，郭志猛，郝俊杰，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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