本发明涉及一种微米及纳米粉体加工方法。
背景技术：
电子工业中元器件的原料采用纳米粉体会获得更好的效果，比如负温度系数半导体NTC电阻用的电子粉料，但是对于纳米粉体的粒度分布，分布越窄，均匀性和一致性越好，这样所制器件的性能一致性更好，可以简化或者去掉器件制造后期的测试分拣和修正电阻的过程，只用抽检即可，省去器件加工时间至少一半以上，大幅降低成本。其他纳米粉(正温度系数PTC纳米粉、纳米陶瓷和玻璃粉、纳米氧化物粉、纳米金属粉)的应用也有同样要求，从而满足更高精度电子器件或者部件对于纳米粉体原料粒度分布一致性的高要求。金属合金加工包括粉末冶金、3D打印等也对于合金粉末有一样的要求。
一般对于微米以及更小粒度的纳米粉体，工业上采用在电炉中加热进行热分解金属盐或者多种金属的复合盐混合物的方式，物料是静态的铺放于电炉中。由于物料本身存在导热问题，会在物料内部形成温度梯度。热分解的热量传递靠辐射或者空气对流，过程由于处于高温环境下，很难对物料进行翻动搅拌，使其受热均匀，所以为了热分解完全，要求温度更高。加热后，过程制备中粉体一般硬团聚严重，使用效果很差。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种粉体制备高温气流冲击热分解加工方法，能够提高生成粉体的分散性和均匀性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种粉体制备高温气流冲击热分解加工方法，采用温度高于待加工物料热分解温度的气体冲击待加工物料，使得待加工物料进行热分解。
所述的待加工物料在进行气体冲击前进行加热。
所述的待加工物料在进行气体冲击前加热至低于理论热分解反应温度100℃。
所述的待加工物料包括所有金属能形成的可热分解的固态盐，包括硝酸盐、碳酸盐、碱式碳酸盐、草酸盐、柠檬酸盐、有机金属盐，所有金属能形成的可热分解的固态氢氧化物、氢氧化物凝胶体系，硼、硅、磷、砷和硒的可热分解固态化合物，以及上述所有物料的任意比例混合物。
所述的待加工物料事先研磨至粒径10mm以下。
所述的气体的温度比待加工物料热分解温度理论热分解反应温度50℃。
所述的气体通过切换通断或调节气流大小的方式对待加工物料进行脉冲冲击。
所述的待加工物料为氧化物或者氧化物的固溶体时，所述的气体选用空气、氧气、二氧化碳、氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气或者以上气体的混合气；所述的待加工物料的热分解产物为单质金属或者合金粉体时，所述的气体采用氢气或一氧化碳，或氢气、一氧化碳与氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气任意比例的混合气。
所述的气体反复对待加工物料进行冲击，直至检测物料中可分解成份残留质量比降至1％以下。
本发明还提供一种实现粉体制备高温气流冲击热分解加工方法的装置，在一个加热装置底部放置一个气匣，气匣上表面开有若干通孔，待加工物料置于气匣上表面；所述的气匣通过设有阀门的导管连接供气装置；供气装置输出的气体在通过阀门进入气匣之前由加热装置进行加热。
本发明的有益效果是：本发明适用的物料在粉碎过程同时伴随有热分解反应，既有化学反应过程又有物理分散过程；本发明的热分解物料先在电炉或者烘箱中预热，物料被预先加热到物料理论热分解反应温度以下；气体也要先预热到物料理论热分解反应温度以上，然后采用高温气流冲击物料，让物料发生热分解化学反应，并通过气流物理分散搅拌制备粉体，物料的化学组成在热分解过程中会发生变化。本发明依靠粒子碰撞进行气流粉碎，几乎不污染物料，而且颗粒纯度高，分散性好。
附图说明
图1是本发明装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明涉及一种微米及纳米粉体加工方法，对于可热分解的金属盐类或者氢氧化物制备氧化物微米及纳米粉体，采用高温惰性气体或者与原料不发生反应气体的热气流冲击物料，与加热共同作用来热分解物料，来实现物料粉体分散制造的加工过程。本发明适合加工的粉体包括氧化物半导体、合金粉体等。本发明涉及负温度系数半导体(NTC)粉体和正温度系数半导体(PTC)粉体的加工，以及多种陶瓷粉体和化合物的加工技术方法。
为了获得更好的对于微米以及纳米粉体的热分解效果，确保其分散性，导热更均匀充分，而且不是通过盐类物料逐渐分解从里到外的导热分解，本发明采用高温热气流直接导热的同时，高温热气流脉冲冲击翻动热分解原料，同时起到加热作用和气流冲击搅拌作用，可以使得粉体的均匀性更好。而且采用惰性气体或者与原料不发生反应的气体冲击热分解盐类时，也起到分散性界面保护作用，提高生成粉体的分散性和均匀性。
本发明对于使用可热分解金属的盐类或者氢氧化物制备氧化物半导体纳米粉过程，采用高温气流冲击和加热共同作用来实现粉体分散制造的过程。所述的盐类包括元素周期表中所有金属能形成的可热分解的硝酸盐、碳酸盐、碱式碳酸盐、草酸盐、柠檬酸盐、有机金属盐及其任意比例的固态混合物，所述的氢氧化物包括所有金属能形成的可热分解的固态氢氧化物、氢氧化物凝胶体系及其任意比例的固态混合物，本发明还适用于硼、硅、磷、砷和硒的可热分解固态化合物。将上述可热分解物料放置于电炉或者烘箱的箱体内气匣托盘上，气匣托盘上部为多孔结构，其余五个面为密封并连接气流导管的匣体，导管连接气阀开关和气体源(如钢瓶等)，气体导管先在电炉中加热到上述盐类或氢氧化物及其混合物热分解温度以上，具体根据所用物料热分解物性决定。此时打开气阀，利用高温高压气体冲击上述盐类和氢氧化物及其混合物物料，让物料发生热分解，采用高温热气流冲击或者多次开闭阀门脉冲热分解方式。对于分解产物为氧化物或者氧化物的固溶体物料，气体一般选用空气、氧气、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气或者以上气体的混合气。对于热分解产物为单质金属或者合金的粉体，气体采用氢气或一氧化碳，或者氢气、一氧化碳与氮气(N2)、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气的混合气。为了过程提高效率，一般可以把物料在电炉或者烘箱中先加热到其特定热分解温度以下，高于常温。过去热分解靠的是电炉或者烘箱加热传导，由于热分解物料本身导热很差，而且吸热，所以热分解先发生于物料外表，再传递到物料内部，效率很低，需要更高的外部温度。本发明采用气流热分解的好处在于可以从物料内部传导热分解的能量，会使的物料分解均匀性更好，而且所需的最高加热温度可以降低，同时降低了由于加热过程的热梯度造成的粉体硬团聚。举例来说，某一物料原先理论热分解反应温度为1160℃，用电炉加热静止物料达到99％以上分解需要加热到1280℃，需要时间3-5小时，而且在此温度下操作不便，很难对于物料搅拌翻动，物料铺陈的厚度和大小体积都有限制，不能太厚太大，单纯加热不搅拌，使得物料表面和内部受热不均匀，加热温度高，加热时间都要延长，所得产品不均匀性增加；本发明以电炉加热物料到1100℃，低于理论热分解反应温度(预热最佳温度低于理论热分解反应温度100℃以内更优)；先加热气体至1180℃(气体预热温度高于理论热分解反应温度50℃以内更好)，用1180℃气体对物料进行热冲击，就可以实现物料热分解，同时又对物料起到搅拌翻动的作用，使物料受热均匀，所需时间会减少到1-2小时。这样做的好处，在于对物料加热所需的最高温度比采取单纯静止加热法所需的最高温度更低，且由于气流翻动搅拌而受热均匀，加热所需时间缩短，加工过程效率提高，同时所制的热分解物料产品的均匀性和一致性得到提高。
本发明所使用的具体装置如图1所示，在一个电炉或者烘箱中，放置一气匣，气匣上面铺满热分解物料，物料是固态可热分解化合物或者它们经过研磨混合后的混合物均可，对于物料可事先研磨至10mm以下，粒径小于1mm以下更好；然后连接导管，导管设置阀门，对于物料首先在电炉中预热超过室温，低于物料理论热分解温度，气体先加热到设定温度，然后打开阀门，高温气流冲击气匣上物料，导致其热分解。取样测试物料分解成份残留量，反复进行气流冲击，直至检测物料中可分解成份残留量降至1％以下。取出分解后的粉末物料即为产品。
实施例1：研磨混合的锰钴镍的硝酸盐物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至300摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氮气，氮气首先预热到650摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对锰钴镍的硝酸盐物料进行热分解。检测硝酸分解成份残余低于0.1％即可完成取出最终的氧化物粉体物料。
实施例2：研磨混合的铁钴铜的柠檬酸盐物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至400摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氧气，氧气首先预热到450摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对铁钴铜的柠檬酸盐物料进行热分解。检测柠檬酸成份残余低于0.2％，即可完成取出最终的氧化物粉体物料。
实施例3：研磨混合的锰铁铜的草酸盐物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至350摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通二氧化碳，二氧化碳首先预热到450摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对锰铁铜的草酸盐物料进行热分解。检测草酸分解成份残余低于0.3％，即可完成取出最终的氧化物粉体物料。
实施例4：研磨混合的锂钴的碳酸盐物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至300摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氮气，氮气首先预热到450摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对锰钴镍的硝酸盐物料进行热分解。检测碳酸分解成份残余低于0.05％即可完成取出最终的氧化物粉体物料。
实施例5：研磨混合的多种稀土的硝酸盐物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至800摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氧气，氧气首先预热到1250摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对稀土的硝酸盐物料进行热分解。检测硝酸分解成份残余低于0.1％，即可完成取出最终的氧化物粉体物料。
实施例6：研磨混合的铜的碱式碳酸盐物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至500摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氮气，氮气首先预热到600摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对铜的碱式碳酸盐物料进行热分解。检测碳酸分解成份残余低于0.1％即可完成取出最终的氧化物粉体物料。
实施例7：研磨混合的铁钴镍的硝酸盐物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至300摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氢气，氢气首先预热到650摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对锰钴镍的硝酸盐物料进行热分解。检测硝酸分解成份残余低于0.1％即可完成取出最终的铁钴镍合金粉体物料。
实施例8：研磨混合的铁镍的硝酸盐物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至500摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氢气和氮气的混合气，氢气和氮气的混合气首先预热到550摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对锰钴镍的硝酸盐物料进行热分解。检测硝酸分解成份残余低于0.2％即可完成取出最终的铁钴镍合金粉体物料。
实施例9：研磨混合的锰钴镍铜的碱式碳酸盐，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至400摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氮气，氮气首先预热到550摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对锰钴镍的硝酸盐物料进行热分解。检测硝酸分解成份残余低于0.5％，即可完成取出最终的氧化物粉体物料。
实施例10：研磨混合的多种稀土的硝酸盐物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至800摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氧气，氧气首先预热到1250摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对稀土的硝酸盐物料进行热分解。检测硝酸分解成份残余低于0.1％，即可完成取出最终的氧化物粉体物料。
实施例11：研磨的有机金属盐异丙醇铝的物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至500摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氧气，氧气首先预热到600摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对异丙醇铝的物料进行热分解。检测异丙醇分解成份残余低于0.1％即可完成取出最终的氧化物粉体物料。
实施例12：研磨的有机金属盐三乙酰丙酮金物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至350摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氢气，氢气首先预热到450摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对三乙酰丙酮金物料进行热分解。检测三乙酰丙酮分解成份残余低于0.1％即可完成取出最终的金粉体物料。
实施例13：研磨混合的氢氧化锡和氢氧化铟物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至600摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氢气和氮气的混合气，氢气和氮气的混合气首先预热到750摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对氢氧化锡和氢氧化铟物料进行热分解。检测硝酸分解成份残余低于0.2％即可完成取出最终的锡铟合金粉体物料。
实施例14：研磨混合的氢氧化铝凝胶，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至1000摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氮气，氮气首先预热到1150摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对氢氧化铝凝胶物料进行热分解。检测氢氧根分解成份残余低于0.5％，即可完成取出最终的氧化物粉体物料。
实施例15：研磨混合的有机金属盐乙酸锰和乙酸钴物料，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至500摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氢气和氮气的混合气，氢气和氮气的混合气首先预热到550摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对乙酸锰和乙酸钴物料进行热分解。检测乙酸分解成份残余低于0.2％，即可完成取出最终的锰钴合金粉体物料。
实施例16：研磨混合的锰钴镍铜的碳酸盐和碱式碳酸盐，放置于烘箱中气匣容器之上，烘箱加热至150摄氏度，然后气匣连接导管，导管设置阀门通氩气，氩气首先预热到550摄氏度，然后打开阀门，利用热气流对锰钴镍铜的碳酸盐和碱式碳酸盐物料进行热分解。检测碳酸盐和碱式碳酸盐分解成份残余低于0.25％，即可完成取出最终的氧化物粉体物料。