一种磁旋转弧等离子体制备金属纳米粉体的方法与流程

本发明涉及金属粉体制备，具体涉及一种磁旋转弧等离子体制备金属纳米粉体的方法。

背景技术：

1、纳米铜粉和纳米镍粉具有电阻率小、化学稳定性强、机械强度高等特点，在多层陶瓷电容器(mlcc)内电极导电浆料中有大规模的应用。进一步研究等离子体法大规模可控制备纳米铜粉、纳米镍粉，对降低mlcc的生产成本有着重要的意义。

2、纳米铜粉的制备方法主要包括沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法、物理气相沉积法和等离子体法。纳米镍粉的制备方法主要为羰基镍热分解、化学气相沉积和等离子体法。其中，等离子体法制备的金属粉体产物的纯度高、形貌与尺寸可控、制备过程对环境友好，是一种工业化生产纳米铜粉、纳米镍粉的理想方法。然而，等离子体法的工业化一次生产的产量约为1kg/h，其生产效率较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁旋转弧等离子体制备金属纳米粉体的方法，本发明提供的方法金属纳米粉体的产量高，生产效率高。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种磁旋转弧等离子体制备金属纳米粉体的方法，包括步骤：

4、将工作气体通入磁旋转弧等离子体炬内，经起弧后在外加磁场的作用下形成磁旋转弧等离子体；

5、利用载气将微米级金属粉体输送至所述磁旋转弧等离子体炬的气化室内，在所述磁旋转弧等离子体作用下熔融气化，得到气态金属原子；所述微米级金属粉体的送粉率为5～1000kg/h；

6、将所述气态金属原子进行冷却，得到金属纳米粉体。

7、优选地，所述的磁旋转弧等离子体炬的功率为100～10000kw；所述外加磁场的强度为0.1～10t；所述起弧的电弧转速为1000～20000r/s。

8、优选地，所述气化室的平均温度为3000～10000k。

9、优选地，所述微米级金属粉体的粒径为1～100μm；所述微米级金属粉体中的金属包括铜、镍、银、铁、钯、铂、钴和铝中的一种或几种。

10、优选地，所述工作气体包括氩气、氦气、氢气和氮气中的一种或几种；所述工作气体的流量为10～2000nm3/h。

11、优选地，所述载气包括氩气、氦气、氢气和氮气中的一种或几种；所述载气的流量为10～1000nm3/h。

12、优选地，所述冷却为淬冷气体冷却；所述淬冷气体包括氩气、氦气、氢气和氮气中的一种或几种，所述淬冷气体的流量为20～10000nm3/h。

13、优选地，所述冷却在冷却室中进行；

14、所述冷却室形状为圆柱形，所述冷却室的直径为所述磁旋转弧等离子体炬直径的2～5倍，所述冷却室具有外壁和内衬双层结构，所述冷却室还设置有两组以上的喷嘴。

15、优选地，所述外壁的材质包括水冷金属壁；所述内衬的材质包括石墨、氮化硼陶瓷和刚玉中的一种或几种。

16、优选地，所述冷却后还包括：将所述冷却得到的冷却粉体进行旋风分离后布袋除尘器收集。

17、本发明提供了一种磁旋转弧等离子体制备金属纳米粉体的方法，包括步骤：将工作气体通入磁旋转弧等离子体炬内，经起弧后在外加磁场的作用下形成磁旋转弧等离子体；利用载气将微米级金属粉体输送至所述磁旋转弧等离子体炬的高温区域(气化室)内，在所述磁旋转弧等离子体作用下熔融气化，得到气态金属原子；所述微米级金属粉体的送粉率为5～1000kg/h；将所述气态金属原子进行冷却，得到金属纳米粉体。磁旋转弧等离子体是同轴式电弧等离子体，在外加磁场的驱动下，电弧在等离子炬内高速旋转，与常规等离子体(例如射频等离子体、脉冲等离子体、微波等离子体等)相比具有更均匀的温度场分布，磁旋转弧等离子体的能量转化率高，具体的，微米级金属粉体会随着气流穿过高温电弧面，电弧高速旋转(每秒上千转)，所有的微米级金属粉体都会与电弧接触到，从而会在毫秒的时间内气化，能够使得送粉率为5～1000kg/h微米级金属粉体直接穿过旋转的高温区(电弧区域)即可熔融气化，经过后续的冷却得到金属纳米粉体，金属纳米粉体的产量大。本发明提供的方法产量为5～1000kg/h，处理量大，能够实现金属纳米粉体的高产量连续制备，生产效率高，生产成本低，适宜工业化生产。

18、进一步的，采用淬冷气体冷却，能够实现淬冷气体的循环利用，降低了生产成本。

19、进一步的，冷却后还包括将得到的冷却粉体进行旋风分离后布袋除尘器收集，能够获得金属纳米粉体的分级产品。

技术特征：

1.一种磁旋转弧等离子体制备金属纳米粉体的方法，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的磁旋转弧等离子体炬的功率为100～10000kw；所述外加磁场的强度为0.1～10t；所述起弧的电弧转速为1000～20000r/s。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化室的平均温度为3000～10000k。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微米级金属粉体的粒径为1～100μm；所述微米级金属粉体中的金属包括铜、镍、银、铁、钯、铂、钴和铝中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作气体包括氩气、氦气、氢气和氮气中的一种或几种；所述工作气体的流量为10～2000nm3/h。

6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述载气包括氩气、氦气、氢气和氮气中的一种或几种；所述载气的流量为10～1000nm3/h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却为淬冷气体冷却；所述淬冷气体包括氩气、氦气、氢气和氮气中的一种或几种，所述淬冷气体的流量为20～10000nm3/h。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述冷却在冷却室中进行；

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述外壁的材质包括水冷金属壁；所述内衬的材质包括石墨、氮化硼陶瓷和刚玉中的一种或几种。

10.根据权利要求1、7或9所述的方法，其特征在于，所述冷却后还包括：将所述冷却得到的冷却粉体进行旋风分离后布袋除尘器收集。

技术总结
本发明提供了一种磁旋转弧等离子体制备金属纳米粉体的方法，涉及金属粉体制备技术领域。本发明将工作气体通入磁旋转弧等离子体炬内，经起弧后在外加磁场的作用下形成磁旋转弧等离子体；利用载气将微米级金属粉体输送至所述磁旋转弧等离子体炬的气化室内，在所述磁旋转弧等离子体作用下熔融气化，将所得气态金属原子进行冷却；得到金属纳米粉体。本发明采用的磁旋转弧等离子体法的能量转化率高，能够使得送粉率为5～1000kg/h微米级金属粉体直接穿过旋转的气化室(电弧区域)即可熔融气化，经过后续的冷却得到金属纳米粉体。本发明提供的方法能够实现金属纳米粉体的高产量连续制备，生产效率高，生产成本低，适宜工业化生产。

技术研发人员：王佳丽,万玲,张铭,李如龙,杨启炜
受保护的技术使用者：衢州晶洲科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13