[实用新型]一种旋转离心雾化制备铍及铍合金微球的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于粉末冶金领域、3D打印增材制造技术领域以及核能技术领域，具体涉及一种制备用于铍的3D打印增材制造成形以及核能技术的具有高球形度的铍小球的旋转离心雾化工艺。

背景技术

铍是原子能、火箭、导弹、航空、宇宙航行以及冶金工业中不可缺少的宝贵材料。X射线对铍有很强的透过能力，因此铍是制造X射线管小窗口不可取代的材料。铍在被中子、粒子、氘核及γ射线撞击或照射时会产生中子，因此铍又是一种中子源材料。铍由于原子序数低，通过与中子的散射作用可以很好地慢化和反射中子，所以铍在一些核核反应堆中也是一种优良的慢化剂和反射层材料。另外铍比常用的铝和钛都轻，比强度是钢的四倍，吸热能力强，热导率高，机械性能稳定，同时也可以用于制造火箭和卫星的结构材料。

不过铍部件的加工制造非常困难，不能采用传统的锻造机加的方式，目前主要采用热等静压工艺来加工铍部件，但热等静压工艺对设备要求高，灵活性差，加工成本高。随着3D打印增材制造技术的兴起，激光立体成形技术有望应用于铍部件的加工，但该技术需要球形度高、流动性好、球径在200微米以下的铍小球作为原料。同时，随着国际磁约束聚变技术的发展，中国将在国际热核聚变实验堆上参试自主设计研制的固态增殖剂氚增殖实验包层模块。而这一模块也需要 球形度高、流动性好、球径在1mm左右均匀可控的铍小球。

目前制备铍小球的工艺主要有两种，一种是气雾化的方法，即利用高压惰性气流将铍的金属液流吹散，在表面张力的作用下形成雾状的近球形铍液滴，在气体中冷却形成铍小球，这种方法的特点是成本低，但球形度差，球径不均匀。

另一种方法是等离子辅助旋转电机离心雾化法，即将铍先加工成铍电极棒，与钨电极之间通过高压发电形成等离子体，将铍电极的顶端熔融，同时高速旋转铍电极，将熔融的液态铍甩出，形成雾状的球形液滴，在惰性气氛中冷却得到球形度高、球径均匀的铍小球。该方法制备铍小球虽然球形度高、球径均匀，但是需要先采用热等静压工艺制备铍电极棒，即先将镁热还原得到的大球径铍珠用高压气流冲击打碎形成不规则的铍粉，然后将铍粉采用真空电子束焊接封装在包壳里，然后利用热等静压机利用高温高压制备出铍棒，整个工艺涉及多个技术要求和设备成本非常高的环节，因此铍小球制备成本比较高昂，并不利用铍的规模化市场应用。

针对这一问题，我们结合了等离子辅助旋转电极离心雾化工艺和熔融气雾化工艺的特点开发出了一种旋转离心雾化的新工艺来制备球形度高、球径均匀可控、可以满足3D打印增材制造及聚变核能应用需求且成本相对低廉的铍小球。

发明内容

本实用新型属于粉末冶金领域、3D打印增材制造技术领域以及核能技术领域，具体涉及一种制备用于铍的3D打印增材制造成形以 及核能领域特殊用途的具有高球形度、球径均匀可控、且成本相对低廉的铍小球的旋转离心雾化工艺所用装置。

为达到以上目的，本实用新型提出了一种旋转离心雾化制备铍及铍合金小球的装置，该装置由镁热还原炉或铍及铍合金熔融炉、惰性气体保护的密闭容器腔室、以及将从熔融炉流出的液态金属通过旋转离心力甩成大小均匀的铍液滴离心轴托构成，所述熔融炉位于所述密闭容器腔室的上部，所述离心轴托穿过所述熔融炉，所述离心轴托上端与电机驱动系统连接，所述离心轴托下端制有梯形斜面并位于所述密闭容器腔室内，所述熔融炉下端设有可通过阀门控制的引流嘴并且引流嘴位于所述密闭容器腔室内；所述密闭容器腔室内上制有惰性保护气的进气口和惰性保护气的出气口。

所述熔融炉的炉腔为环筒状。

所述离心轴托通过一根贯穿所述熔融炉内筒环的旋转离心轴与电机轴承连接；离心轴和熔融炉之间有隔热保护层；离心轴托由耐高温的钽合金制成；离心轴托为圆锥台体构型，圆锥台的梯形斜面与台面法线的夹角小于等于45度。

本实用新型的有益效果为：(1)相比熔融气雾化工艺，制备的铍小球球形度高，球径均匀可控；(2)相比等离子辅助旋转电极雾化工艺，由于无需采用热等静压工艺制备铍电极，降低了铍小球的生产成本。

附图说明

图1为旋转离心雾化工艺装置图。图号说明：1铍液滴离心轴托； 2镁热还原炉或铍及铍合金熔融炉；3引流嘴；4密封容器腔室；5惰性保护气的进气口；6惰性保护气的出气口；7电机驱动系统。

具体实施方式

本实用新型工艺包括如下步骤：