一种球形钨粉末的制备装置及方法与流程

本发明涉及金属粉末技术领域，更具体的涉及一种球形钨粉末的制备装置及方法。

背景技术：

近年来，球形钨粉在低温熔融金属多孔过滤器、离化器及电子管阴极和热喷涂领域获得了广泛的应用。目前国内多采用化学气相沉积法作用于六氟化钨气体生产40-650μm的大粒度球形钨粉。该方法生产工艺较为复杂，粉末球形度不高。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种球形钨粉末的制备装置及方法，用以解决现有生产工艺比较复杂，且形成的粉末存在球形度不高的问题。

本发明实施例提供一种球形钨粉末的制备装置，包括：等离子火炬系统，雾化室，旋风分离器和真空系统；

所述等离子火炬系统包括等离子火炬阴极部件，等离子火炬阳极部件，回水管，进水管，水冷管和供气管道；

所述等离子火炬阴极部件和所述等离子火炬阳极部件相对设置在所述雾化室内；

所述进水管的进口设置在所述雾化室外侧，另一端延伸至所述雾化室内且与所述等离子阴极部件相接触；所述回水管的出口设置在所述雾化室的外侧，另一端延伸至所述雾化室内且与所述进水管联通；

所述水冷管横贯所述雾化室，且所述水冷管在所述雾化室内的部分与所述等离子阳极部件相接触；

所述供气管道的一端包括两个位于所述雾化室外侧的进气口，所述供气管的出气口延伸至所述雾化室内且与所述等离子火炬阴极部件之间的距离小于与所述等离子火炬阳极部件之间的距离；

所述旋风分离器和所述真空系统分别与所述雾化室联通。

优选地，所述进水管延伸至所述雾化室内的一段包括内环和外环两层，所述内环与所述进水管的进口相通，所述外环与所述等离子阴极部件无缝接触，所述回水管延伸至所述雾化室的部分与所述外环无缝接触。

优选地，所述回水管的进口，所述进水管的出口和所述供气管道的进气口均设置在所述雾化室的顶端的中间位置。

优选地，所述旋风分离器包括腔体，设置在所述腔体上的粉末进口，空气出口和细粉收集端；

所述粉末进口与所述雾化室联通，用于吸入所述雾化室内具有小粒径的细粒径钨粉和氟化氢气体，所述氟化氢气体通过所述空气出口排出所述旋风分离器；所述具有小粒径的细粒径钨粉跌落至所述细粉收集端。

优选地，还包括设置在雾化室下端的粗粉末收集端，所述粗粉末收集端用于收集在所述雾化室内形成的金属粉末具有较大粒径的钨粉。

本发明实施例还提供了一种球形钨粉末的制备方法，包括：

设置在雾化室内的离子火炬阴极部件和等离子火炬阳极部件与通过供气管道充入的高纯氢气电离产生等离子弧；

通过所述供气管道充入六氟化钨和氢气的混合气体，离子火炬阴极部件和所述等离子火炬阳极部件将所述混合气体加热发生反应生成细粒径钨粉和氟化氢气体；

所述细粒径钨粉内具有较大粒径的钨粉被回收至设置在雾化室下方的粗粉末收集端，所述细粒径钨粉内具有较小粒径的钨粉被旋风装置回收到设置在旋风装置下端的细粉收集端。

优选地，所述设置在雾化室内的离子火炬阴极部件和等离子火炬阳极部件与通过供气管道充入的高纯氢气电离产生等离子弧之前，还包括：

通过真空系统对雾化室，粗粉末收集端和旋风分类器抽真空，直至真空度达到5×10^-3pa；

向所述雾化室和所述旋风分离器内充入高纯氢气。

优选地，所述六氟化钨的纯度大于99.999％，所述氢气的纯度大于99.999％；

所述混合气体内包括的所述六氟化钨和所述氢气的体积比为1：3。

优选地，所述雾化室内的压力介于0.04～0.06mpa。

本发明实施例提供一种球形钨粉末的制备装置及方法，该装置包括：等离子火炬系统，雾化室，旋风分离器和真空系统；所述等离子火炬系统包括等离子火炬阴极部件，等离子火炬阳极部件，回水管，进水管，水冷管和供气管道；所述等离子火炬阴极部件和所述等离子火炬阳极部件相对设置在所述雾化室内；所述进水管的进口设置在所述雾化室外侧，另一端延伸至所述雾化室内且与所述等离子阴极部件相接触；所述回水管的出口设置在所述雾化室的外侧，另一端延伸至所述雾化室内且与所述进水管联通；所述水冷管横贯所述雾化室，且所述水冷管在所述雾化室内的部分与所述等离子阳极部件相接触；所述供气管道的一端包括两个位于所述雾化室外侧的进气口，所述供气管的出气口延伸至所述雾化室内且与所述等离子火炬阴极部件之间的距离小于与所述等离子火炬阳极部件之间的距离；所述旋风分离器和所述真空系统分别与所述雾化室联通。该装置通过雾化室内的高温等离子火炬加热通过供气管道输入的高纯六氟化钨和氢气的混合气体，高纯六氟化钨和氢气的混合气体发生化学反应可以产生固态钨粉，钨粉固化时在表面张力作用下可以得到较好的球形度、同时整个制备过程反应气氛可控、速度快、效率高、可实现连续化生产。该装置解决了现有钨粉生产工艺比较复杂，且形成的粉末存在球形度不高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种球形钨粉末的制备装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的等离子火炬结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种球形钨粉末的制备方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种球形钨粉末的制备装置结构示意图，图2为本发明实施例提供的等离子火炬结构示意图。如图1所示，该装置主要包括真空系统1，雾化室2，粗粉末收集端3，等离子火炬系统4，旋风分离器5和支架平台6。其中，等离子火炬系统4设置在雾化室2内，等离子火炬系统4包括等离子火炬阴极部件10，等离子火炬阳极部件11，回水管7，进水管8，水冷管12和供气管道9。

具体地，如图2所示，等离子火炬阴极部件10和等离子火炬阳极部件11相对设置在雾化室2内，等离子火炬阴极部件10与雾化室2顶端之间的距离小于等离子火炬阳极部件11与雾化室2顶端之间的距离。

由于等离子火炬系统4为转移弧型工作模式，为了能够对等离子火炬阴极部件10进行冷却，确保等离子火炬阴极的使用寿命，优选的，在雾化室2内等离子火炬阴极部件10上端设置有进水管8和回水管7，通过进水管8和回水管7对等离子火炬阴极部件10进行降温。具体地，如图2所示，进水管8的进口设置在雾化室2外侧，另一端延伸至雾化室2，需要说明的是，进水管8延伸至所述雾化室2内的一段包括内环和外环两层，延伸至雾化室2内的内环的一端与进水管8的进口相通，另一端和外环同时延伸至等离子火炬阴极部件10，且外环与等离子火炬阴极部件10无缝接触；进一步地，回水管7的进水管8延伸至雾化室2内，与外环无缝接触，回水管7的出口设置在雾化室2的外侧。

在实际应用中，冷却水通过进水管8的进口流入进水管8的内环内，当冷却水流入到等离子火炬阴极部件10附件时，从内环流入到外环内，由于外环与等离子火炬阴极部件10无缝接触，使得冷却水与等离子火炬阴极部件10相接触，从而起到了冷却对等离子火炬阴极部件10的作用；进一步地，冷却水通过与外环相接触的回水管7流出了雾化室2。

为了能够对等离子火炬阳极部件11进行冷却，确保等等离子火炬阳极部件11的使用寿命，优选的，在雾化室2内设置有水冷管12，该水冷管12横贯雾化室2，且水冷管12在雾化室2内的部分与等离子火炬阳极部件11相接触。通过在等等离子火炬阳极部件11附件设置水冷管12，可以对等等离子火炬阳极部件11进行降温，从而确定等等离子火炬阳极部件11的使用寿命。

进一步地，通过供气管道9的两个进气口向等离子火炬系统4内供气，具体地，供气管道9的一端包括两个位于雾化室2外侧的进气口，供气管道9的出气口延伸至雾化室2内且与等离子火炬阴极部件10之间的距离小于与等离子火炬阳极部件11之间的距离。

通过该供气管道9，一方面可以向等离子火炬系统4内充入氢气，使得抽真空后的雾化室2内的压力达到0.04～0.06mpa之间；另一方面可以通过设置在雾化室2外的两个进气口向雾化室2内充入六氟化钨和氢气的混合气体。

在实际应用中，等离子火炬阴极部件10和等离子火炬阳极部件11将六氟化钨和氢气的混合气体加热，从而产生反应生成细粒径钨粉和氟化氢气体。本分明实施例中，通过该方法可以制备钨粉，从而区别与现有技术中采用钨原料制备钨粉，存在工艺比较复杂，且粉末的球形度不高的问题。

如图1所示，本发明实施例提供的球形钨粉末的制备装置包括的真空系统1与雾化室2联通，粗粉末收集端3设置在雾化室2的下端，旋风分离器5与雾化室2联通，支架平台6用于设置雾化室2和旋风分离器5。

在实际应用中，真空系统1用于将雾化室2和旋风分离器5进行抽真空操作；粗粉末收集端3用于收集来自雾化室2内的粉末；旋风分离器5用于吸入所述雾化室2内具有小粒径的细粒径钨粉和氟化氢气体。

如图1所述，本发明实施例提供的旋风分离器5主要包括腔体，设置在腔体上的粉末进口，空气出口和细粉收集端；具体地，粉末进口与雾化室2联通，用于吸入雾化室2内具有小粒径的细粒径钨粉和氟化氢气体，进一步地，氟化氢气体通过空气出口排出旋风分离器5；具有小粒径的细粒径钨粉跌落至细粉收集端。

为了能更清楚的介绍本发明实施例提供的球形钨粉末的制备装置，以下介绍本发明实施例提供的球形钨粉末的制备方法，通过该制粉方法，可以更清楚的理解该球形钨粉末的制备装置的结构以及具体制粉步骤。

一种球形钨粉末的制备方法主要包括以下步骤：

步骤101，设置在雾化室2内的等离子火炬阴极部件10和等离子火炬阳极部件11与通过供气管道9充入的高纯氢气电离产生等离子弧；

步骤102，通过所述供气管道9充入六氟化钨和氢气的混合气体，等离子火炬阴极部件10和所述等离子火炬阳极部件11将所述混合气体加热发生反应生成细粒径钨粉和氟化氢气体；

步骤103，所述细粒径钨粉内具有较大粒径的钨粉被回收至设置在雾化室2下方的粗粉末收集端3，所述细粒径钨粉内具有较小粒径的钨粉被旋风分离器5回收到设置在旋风分离器5下端的细粉收集端。

在步骤101之前，需要通过真空系统1对雾化室2，粗粉末收集端3和旋风分类器抽真空，当雾化室2，粗粉末收集端3和旋风分离器5的真空度达到5×10^-3pa以后，停止抽真空操作。

然后向雾化室2和旋风分离器5内充入高纯氢气，设定雾化室2内的压力达到0.04～0.06mpa。

在步骤101中，开启100kw等离子火炬系统4的供电电源，设置在雾化室2内的等离子火炬阴极部件10和等离子火炬阳极部件11与通过供气管道9充入的高纯氢气电离产生等离子弧，其中，雾化室2内的等离子弧温度最高可达到10000°。

在步骤102中，通过设置在雾化室2外的两个进气口，向雾化室2内充入六氟化钨和氢气的混合气体。在实际应用中，等离子火炬阴极部件10和等离子火炬阳极部件11将六氟化钨和氢气的混合气体加热发生反应生成细粒径钨粉和氟化氢气体；在本发明实施例中，六氟化钨的纯度大于99.999％，氢气的纯度大于99.999％，其中，六氟化钨和氢气的混合气体的体积比为1:3之间。

进一步地，六氟化钨和氢气的混合气体的流速为60～100l/min之间，需要说明的是，在实际应用中，混合气体的流量额压力均可以调节。

进一步地，氟化氢气体通过旋风分离器5分类出去，固态钨粉在雾化室2和旋风分离器5中收集。

在步骤103中，六氟化钨和氢气的混合气体加热发生化学反应生成细粒径钨粉和氟化氢气体。与雾化室2联通的旋风分离器5在工作时，可以抽取雾化室2内形成的氟化氢气体，当氟化氢气体进入到旋风分离器5时，可以通过设置在旋风分离器5顶端的空气出口排放出去，进一步地，当旋风分离器5抽取雾化室2内的氟化氢气体时，可以将雾化室2内具有较小粒径的钨粉同时抽到旋风分离器5内，在本发明实施例中，进入到旋风分离器5内的具有较小粒径的钨粉可以跌落至设置在旋风分离器5腔体底端的细粉收集端内。再者，雾化室2内没有被旋风分离器5抽取走的钨粉的粒径相对于被抽走的钨粉的粒径比较大，留在雾化室2内的钨粉可以被设置自雾化室2下方的粗粉末收集端3收集。

在本发明实施例中，通过设置两个钨粉收集端，可以自然将制备好的钨粉按照粉末粒径进行区分，一方面提高了钨粉的生产效率，另一方面，整个钨粉制备过程可以通过控制进气口六氟化钨和氢气的进入量，控制钨粉的制备速度，再者，高纯六氟化钨和氢气的混合气体发生化学反应可以产生固态钨粉，钨粉固化时在表面张力作用下可以得到较好的球形度。

综上所述，本发明实施例提供一种球形钨粉末的制备装置及方法，该装置包括：等离子火炬系统，雾化室，旋风分离器和真空系统；所述等离子火炬系统包括等离子火炬阴极部件，等离子火炬阳极部件，回水管，进水管，水冷管和供气管道；所述等离子火炬阴极部件和所述等离子火炬阳极部件相对设置在所述雾化室内；所述进水管的进口设置在所述雾化室外侧，另一端延伸至所述雾化室内且与所述等离子阴极部件相接触；所述回水管的出口设置在所述雾化室的外侧，另一端延伸至所述雾化室内且与所述进水管联通；所述水冷管横贯所述雾化室，且所述水冷管在所述雾化室内的部分与所述等离子阳极部件相接触；所述供气管道的一端包括两个位于所述雾化室外侧的进气口，所述供气管的出气口延伸至所述雾化室内且与所述等离子火炬阴极部件之间的距离小于与所述等离子火炬阳极部件之间的距离；所述旋风分离器和所述真空系统分别与所述雾化室联通。该装置通过雾化室内的高温等离子火炬加热通过供气管道输入的高纯六氟化钨和氢气的混合气体，高纯六氟化钨和氢气的混合气体发生化学反应可以产生固态钨粉，钨粉固化时在表面张力作用下可以得到较好的球形度、同时整个制备过程反应气氛可控、速度快、效率高、可实现连续化生产。该装置解决了现有钨粉生产工艺比较复杂，且形成的粉末存在球形度不高的问题。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。