带有喷嘴5的坩祸3中的熔融金属，毛细管射流6在机械振动的扰动下，离散成液滴束，液滴7自由降落在高速旋转的旋转圆盘16上，由于离心力的作用，液滴7被破碎成微液滴，微液滴自由降落凝固成金属粉末18，用收集盘8收集金属粉末18。
[0034]利用本发明装置制备超细球形金属粉末的方法，包括如下步骤:
[0035]①装料:将待熔融的金属材料放入设置在壳体12内上部的坩祸3内后密封，所述坩祸3的底部设有喷嘴5 ；
[0036]②抽真空:利用机械泵9和扩散泵10对所述坩祸3和所述壳体12抽真空，并充入高纯度惰性保护气体，使壳体12内压力达到0.1MPa ；
[0037]③加热:使用感应加热器13将所述坩祸3内的金属材料熔化，并通过所述坩祸3内设置的热电偶11实时监测所述坩祸3内的温度，待金属材料完全熔化后保温15-20分钟；
[0038]④制备粉末:通过设置在所述壳体12上并伸入于所述坩祸3内的坩祸进气管I将高纯度惰性保护气体通入，所述高纯度惰性保护气体为氦气、氩气。
[0039]使所述坩祸3与所述壳体12内产生差压0_200kPa，在该差压的作用下，熔融金属从喷嘴5中流出并形成毛细管射流6，给压电陶瓷2输入一定波形的脉冲信号，压电陶瓷2产生一定频率的振动，由传动杆4将此机械振动传递给带有喷嘴5的坩祸3中的熔融金属，毛细管射流6在机械振动的扰动下，离散成液滴束，液滴7自由降落在高速旋转的旋转圆盘16上，由于离心力的作用，液滴7被逐个破碎成微液滴，微液滴经过自由降落凝固形成金属粉末18 ；
[0040]⑤粒子收集:用设置于所述壳体12底部的收集盘8收集金属粉末18。
[0041]实施例1
[0042]批量制备3D打印用Sn63-Pb37球形粉末的【具体实施方式】:
[0043]将Sn63_Pb37原材料破碎成小块，进行超声震动后分别放入坩祸3中，根据需求选择喷嘴5的小孔孔径的大小，如制备25 μπι-50 μπι粒子，选择0.02mm_l.0mm的孔径，如制备50 μm-100 μπι粒子，选择1.0mm-2.0mm的孔径；Sn63_Pb37原材料放入量达到;t甘祸I的1/2-3/4，如图1所示；
[0044]用机械泵9将壳体12、坩祸3抽到低真空5Pa以下，再利用扩散泵10将壳体12、坩祸3抽到高真空0.0OlPa ;利用坩祸进气管1、腔体进气管15通入惰性气体氩气，使壳体12、坩祸3内的压力达到0.1MPa ；
[0045]利用感应加热器13对坩祸3进行加热，加热温度为260°C，熔化坩祸3内的金属材料，温度达到260°C后保温20min ；
[0046]通过坩祸进气管I向坩祸3中通入高纯度惰性保护气体氩气，使得壳体12和坩祸3间产生稳定的压力差，在此压力差作用下，熔化的金属从喷嘴5的小孔中流出并形成毛细管射流6。与此同时，给压电陶瓷2输入一定波形的脉冲信号，压电陶瓷2产生一定频率的振动，由传动杆4将此机械振动传递给带有喷嘴5的坩祸3中的熔融金属，毛细管射流6在机械振动的扰动下，离散成液滴束。液滴7自由下落在高速旋转的旋转圆盘16上，由于离心力的作用，液滴7被逐个破碎成微液滴，微液滴经自由降落凝固成金属粉末18 ；
[0047]待收集结束后，停止压电陶瓷2继续带动传动杆4产生振动，即停止液滴喷射；停止电机17，从而旋转圆盘16停止旋转；关闭感应加热器13，待温度降至室温，取出收集盘8中的金属粉末18 ;最后关闭腔体进气管15和坩祸进气管I，用机械泵9将坩祸3和壳体12抽到低真空5Pa以下，以便使设备在停用时处于真空状态。
[0048]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于均匀液滴喷射法的制备超细球形金属粉末的装置，包括壳体(12)、设置于所述壳体(12)内的坩祸(3)和粉末收集区，所述粉末收集区置于所述壳体(12)的底部，所述坩祸(3)置于所述粉末收集区的上部，所述坩祸(3)内设有与设置在所述坩祸(3)顶部的压电陶瓷(2)相连的传动杆(4)，所述壳体(12)上设有伸入于所述坩祸(3)内的坩祸进气管(I)，所述壳体(12)上还设有与所述坩祸(3)相连通的机械泵(9)和扩散泵(10)，所述壳体(12)上还设有腔体进气管(15)和腔体排气阀(14)，其特征在于: 所述坩祸(3)内部设有热电偶(11)，所述坩祸(3)外部设有感应加热器(13)，所述坩祸(3)底部设有带小孔的喷嘴(5); 所述粉末收集区包括设置在所述壳体(12)底部的收集盘(8)和设置于所述收集盘(8)上方的与电机(17)相连的旋转圆盘(16)。
2.根据权利要求1所述的基于均匀液滴喷射法的制备超细球形金属粉末的装置，其特征在于:所述喷嘴(5)的小孔的孔径范围在0.02mm-2.0mm之间。
3.根据权利要求1所述的基于均匀液滴喷射法的制备超细球形金属粉末的装置，其特征在于:所述坩祸(3)的材料与置于所述坩祸(3)内的熔融金属的润湿角大于90°。
4.根据权利要求1所述的基于均匀液滴喷射法的制备超细球形金属粉末的装置，其特征在于:所述旋转圆盘(16)为石墨圆盘，所述旋转圆盘(16)的转速为10000rpm-40000rpm。
5.一种基于均匀液滴喷射法的制备超细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(12)内上部的坩祸(3)内后密封，所述坩祸(3)的底部设有喷嘴(5)； ②抽真空:利用机械泵(9)和扩散泵(10)对所述坩祸(3)和所述壳体(12)抽真空，并充入高纯度惰性保护气体，使壳体(12)内压力达到预设值； ③加热:使用感应加热器(13)将所述坩祸(3)内的金属材料熔化，并通过所述坩祸(3)内设置的热电偶(11)实时监测所述坩祸(3)内的温度，待金属材料完全熔化后保温； ④制备粉末:通过设置在所述壳体(12)上并伸入于所述坩祸(3)内的坩祸进气管(I)将高纯度惰性保护气体通入，使所述坩祸(3)与所述壳体(12)内产生一定的差压，在该差压的作用下，熔融金属从喷嘴(5)中流出并形成毛细管射流￠)，给压电陶瓷(2)输入一定波形的脉冲信号，压电陶瓷(2)产生一定频率的振动，由传动杆(4)将此机械振动传递给带有喷嘴(5)的坩祸(3)中的熔融金属，毛细管射流(6)在机械振动的扰动下，离散成液滴束，液滴⑵自由降落在高速旋转的旋转圆盘(16)上，由于离心力的作用，液滴(7)被逐个破碎成微液滴，微液滴经过自由降落凝固形成金属粉末(18); ⑤粒子收集:用设置于所述壳体(12)底部的收集盘(8)收集金属粉末(18)。
6.根据权利要求5所述的基于均匀液滴喷射法的制备超细球形金属粉末的方法，其特征在于:所述喷嘴(13)的小孔的孔径范围在0.02mm-2.0mm之间。
7.根据权利要求5所述的基于均匀液滴喷射法的制备超细球形金属粉末的方法，其特征在于:所述高纯度惰性保护气体为氦气、氩气。
8.根据权利要求5所述的基于均匀液滴喷射法的制备超细球形金属粉末的方法，其特征在于:所述壳体(12)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。
9.根据权利要求5所述的基于均匀液滴喷射法的制备超细球形金属粉末的方法，其特征在于:步骤④中，所述坩祸(3)与所述壳体(12)内产生的差压为0-200kPa。
【专利摘要】本发明公开了一种基于均匀液滴喷射法的制备超细球形金属粉末的装置，包括壳体、设置于壳体内的坩埚和粉末收集区，其特征在于：坩埚内部设有热电偶，坩埚外部设有感应加热器，坩埚底部设有带小孔的喷嘴；粉末收集区包括设置在壳体底部的收集盘和设置于收集盘上方的与电机相连的旋转圆盘。发明还公开了制备超细球形金属粉末的方法，主要结合均匀液滴喷射法和离心雾化法两种方法，从而能够制备出粒径分布区间窄、圆球度高、流动性好、铺展性优良且尺寸均匀可控、无卫星滴的符合3D打印使用要求的金属粉末。
【IPC分类】B22F9-10
【公开号】CN104550988
【申请号】CN201510044625
【发明人】董伟, 高玉来, 许富民, 康世薇, 盖如坤, 魏宇婷
【申请人】大连理工大学, 上海大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月28日