一种高效制备超细高熔点球形金属粉末的方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高熔点金属粉末制备的技术领域，具体地说是一种利用脉冲微孔喷射法与离心雾化法相结合高效制备超细高熔点球形金属粉末的方法与装置。
【背景技术】
[0002]随着材料向轻小化、集成化方向不断发展，球形粉末材料在电子封装、能源材料、生物医学等方面均有广泛的关注和应用，尤其在3D打印方面。3D打印技术突破了传统的制备技术，是一种运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，可实现复杂微小构件的制备，并且生产效率高，材料利用率高，无需模具。随着3D打印技术的快速发展，对3D打印用球形高熔点金属粉末的需求也会越来越大，而3D打印用球形粉末需要满足球形度高，良好的流动性及铺展性，尺寸均匀可控，并且无卫星滴。满足3D打印要求的金属粉末的制备已成为该行业技术发展的瓶颈。
[0003]目前国内外工业生产金属球形粉末的方法主要为雾化法，包含气雾化法、水雾化法以及离心雾化法等。但是雾化法所制备粉末的尺寸分散度大，必须通过多次筛分才能得到满足粒径要求的粉末，使生产效率大大降低，尤其当尺寸有严格要求时；雾化法易产生卫星滴，使粉末表面粘连卫星滴，降低粉末的流动性及铺展性，无法满足3D打印用粉末的要求。目前高熔点球形金属粉末的大量高效制备仍处于空缺状态。因此，有必要提供一种高熔点金属粉末的高效制备方法及制备装置以解决3D打印用粉体制备的技术难题。
【发明内容】
[0004]根据上述提出的3D打印用金属粉末制备过程中存在的圆球度差，铺展性及流动性差等问题，而提供一种高效制备超细高熔点球形金属粉末的方法与装置。本发明主要结合脉冲微孔喷射法和离心雾化法两种方法，能巧妙地制备出球形度高、具有良好流动性和铺展性、尺寸均匀可控且无卫星滴、满足3D打印使用要求的高熔点金属粉末。
[0005]本发明采用的技术手段如下:
[0006]一种高效制备超细高熔点球形金属粉末的装置，包括壳体、设置于所述壳体的腔室内的坩祸和粉末收集区，所述粉末收集区置于所述腔室的底部，所述坩祸置于所述粉末收集区上部，所述坩祸内设有与设置在所述壳体外部的压电陶瓷相连的传动杆，所述壳体上设有伸入于所述坩祸内的上进气管，所述壳体上还设有与所述坩祸相连通的机械泵和扩散泵，所述壳体上还设有腔体进气管，其特征在于:
[0007]所述坩祸内部设有多个容积相同的熔池，所述熔池底部固定有与所述腔室相连通的带小孔的垫片；所述传动杆包括与所述熔池数量相同的传动支杆，所述传动支杆的底部与所述带小孔的垫片上的圆孔对中；所述坩祸内部设有热电偶，所述坩祸外部设有感应加热器；
[0008]所述粉末收集区包括设置在所述腔室底部的、与电机相连的用于雾化金属液滴的旋转圆盘，所述腔室底部还设有收集槽。
[0009]为方便原料加入及成品收集，所述壳体的一侧设有腔室门。传动杆的传动支杆伸入到坩祸的熔池内及熔体内部，熔体在传动支杆的带动下喷射出带小孔的垫片的圆孔形成液滴，液滴自由下落到高速旋转的旋转圆盘上，在离心力作用下液滴破碎成更小的微液滴，微液滴在下落过程中凝固形成球形金属粉末，最后降落到收集槽中。所述收集槽的面积足够大能够完全收集球形金属粉末，壳体的高度满足液滴经离心破碎后的微液滴自由下落时可完成凝固，壳体的宽度大于微液滴的飞行距离的条件，可使液滴离心破碎后的微液滴在下落过程中凝固成球形金属粉末并降落到收集槽中。
[0010]进一步地，所述压电陶瓷、所述传动杆、所述坩祸、所述壳体、所述感应加热器及所述旋转圆盘位于同一轴线上。
[0011]进一步地，所述熔池的数量为2-8个，通常情况下设置4-8个较能提高制备效率。
[0012]进一步地，所述带小孔的垫片上设有至少I个圆孔，所述圆孔的孔径范围在0.02mm-2.0mm 之间。
[0013]进一步地，所述带小孔的垫片的材料与置于所述坩祸内的熔融金属的润湿角大于90。。
[0014]进一步地，所述的旋转圆盘材料为耐高温的陶瓷材料，所述旋转圆盘的直径小于等于所述坩祸的直径，所述旋转圆盘的直径大于相对的带小孔的垫片的圆孔之间的距离，所述旋转圆盘的面积大小满足从带小孔的垫片的圆孔内喷出的液滴可以落在旋转圆盘的边缘上即可，所述旋转圆盘的转速为10000-60000rpm。
[0015]本发明还公开了高效制备超细高熔点球形金属粉末的方法，其特征在于包括如下步骤:
[0016]①装料:将原料研磨到预设的平均粒径后装入到坩祸内密封；
[0017]②抽真空与加热:利用机械泵和扩散泵对所述坩祸和所述壳体抽真空，并充入高纯度惰性保护气体，如氦气、氩气；根据待加热原料的熔点设定感应加热器的加热功率，待加热温度到熔点后保温使原料完全熔化为熔体，通常保温温度在20min-40min ;手动调整传动杆的位置至传动杆上的传动支杆与带小孔的垫片之间为预设距离；
[0018]③喷射液滴:给压电陶瓷输入一定波型的脉冲信号，压电陶瓷带动传动杆向下移动挤压熔体，同时通过上进气管向坩祸中通入高纯度惰性保护气体，使所述坩祸内与所述壳体的腔室之间达到一定差压，在差压与脉冲的作用下，熔体从带有小孔的垫片中的圆孔喷出形成液滴；
[0019]④形成粉末:液滴自由下落到高速旋转的旋转圆盘的边缘上，在离心力的作用下，液滴破碎成更小的微液滴，微液滴在下落过程中无容器凝固形成球形金属粉末，降落至收集槽中；
[0020]⑤收集粉末:制备结束后，停止感应加热器的加热及旋转圆盘的旋转，关闭机械泵、扩散泵、腔体进气管和上进气管，打开腔室门，取出收集槽中的金属粉末。
[0021]进一步地，所述原料研磨的平均粒径为lcm-2cm，通过腔室门装入到所述坩祸中，原料放入量为所述坩祸容积的1/4-3/4。
[0022]进一步地，所述坩祸内部设有多个容积相同的熔池，所述熔池底部固定有与所述腔室相连通的带小孔的垫片；所述传动杆包括与所述熔池数量相同的传动支杆，所述传动支杆的底部与所述带小孔的垫片上的圆孔对中；手动调整传动支杆底部的位置至传动支杆与带小孔的垫片之间的距离为2cm-10cm，优选的为2cm_5cm。
[0023]进一步地，步骤③中，通入高纯度惰性保护气体后，使所述坩祸内与所述壳体的腔室之间达到差压为0_200kPa。
[0024]较现有技术相比，本发明的效果和益处如下:
[0025]本发明设计了一种脉冲微孔多传动杆喷射法与离心雾化法相结合的可高效制备高熔点金属球形粉末的装置，脉冲微孔喷射法可以克服其他方法在高熔点金属喷射上的不足，实现高熔点金属均匀液滴的喷射，并且喷射出的液滴无卫星滴，球形度高；采用多传动杆的方式可以提高生产效率；再由离心雾化法将均匀液滴破碎成微液滴，微液滴的尺寸大大减小，而且粒径分布区间非常狭窄，每个液滴破碎成多个微液滴，极大的提高了粉末的产量，实现高效制备超细金属球形粉末，满足工业生产的要求。
[0026]本发明的工艺方法可控性强，表现在如下几点:通过感应加热器可精确控制坩祸的加热温度；通过向坩祸内与壳体内的腔室内通入高纯度惰性保护气体，可控制坩祸与腔室的压力差；传动杆的个数可控，提高生产效率；坩祸底部带小孔的垫片的圆孔的尺寸可以控制液滴的尺寸，经过离心雾化，进一步控制球形金属粉末的粒径分布；旋转圆盘的转速可控，即离心雾化的效果可控；工艺参数的可调节与可控制，可以获得符合要求的粒径分布及尺寸的球形金属粉末，生产效率大幅度提高。
[0027]本发明能够高效制备出满足要求的高熔点球形金属粉末，粒径分布区间窄，圆球度高，无卫星滴，流动性与铺展性良好，且生产效率高，成本低，适宜工业化生产。
【附图说明】
[0028]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0029]图1是本发明的结构示意图。
[0030]图2是图1中A-A面视图。
[0031]图中:1、压电陶瓷2、传动杆3、坩祸4、壳体5、感应加热器6、熔池7、熔体8、圆孔9、液滴10、腔室门11、收集槽12、金属粉末13、微液滴14、支柱15、旋转圆盘16、腔体进气管17、带小孔的垫片18、机械泵19、扩散泵20、腔室21、上进气管。
【具体实施方式】
[0032]如图1所示，一种高效制备超细高熔点球形金属粉末的装置，包括壳体4、设置于所述壳体4的腔室20内的坩祸3和粉末收集区，所述粉末收集区置于所述腔室20的底部，所述坩祸3置于所述粉末收集区上部，所述坩祸3内设有与设置在所述壳体4外部的压电陶瓷I相连的传动杆2，所述壳体4上设有伸入于所述坩祸3内的上进气管21，所述壳体4上还设有与所述坩祸3相连通的机械泵18和扩散泵19，所述壳体4上还设有腔体进气管16。
[0033]所述坩祸3内部设有多个容积相同的熔池6 (如图2所示)，本实施例中，熔池6的个数为4个，所述熔池6底部固定有与所述腔室20相连通的带小孔的垫片17 ;所述带小孔的垫片17上设有至少I个圆孔8，所述圆孔8的孔径范围在0.02mm-2.0mm之间，所述带小孔的垫片17的材料与置于所述坩祸3内的熔体7的润湿角大于90°。
[0034]所述传动杆2包括与所述恪池6数量相同的4个传动支杆，所述传动支杆的底部与所述带小孔的垫片17上的圆孔8对中，传动支杆底部距带小孔的垫片17的距离为5-10cm ;所述坩祸3内部设有热电偶，可感测到加热温度，所述坩祸3外部设有感应加热器5 ；
[0035]所述粉末收集区包括设置在所述腔室20底部的、与电机相连的用于雾化金属液滴的旋转圆盘15，所述旋转圆盘15