[发明专利]一种脉冲小孔喷射法连续高效制备均一球形微粒子的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于球形微粒子的制备的技术领域，特别涉及一种利用脉冲小孔喷射法连续高效制备均一球形微粒子的方法和装置。

背景技术

随着材料行业向着微小化、轻型化的方向发展，球形金属粉末在材料行业越来越受重视，采用3D打印技术，可以将很多难以加工成型的复杂结构件用球形金属粉末打印成型。而球形金属粉末的粒径均匀性、表面质量以及球形度都对产品性能起着至关重要的作用。

随着球形金属粉末的广泛应用，国内外对于金属粉末的制备技术做了大量的研究。目前，球形金属粉末的制备技术主要分为以下几种：1）重熔法，该方法是将金属制成细丝，然后用机械的方法剪切成小段，然后将金属小段浸入热油中重熔形成球形金属粉末。该方法的缺点在于生产效率极低，并且对于塑形较差的金属难以拉拔成合适直径的金属丝；2）雾化法，该方法是采用高速介质金属熔体形成冲击，从而破碎金属熔体形成细小的金属液滴冷凝成球形金属粉末。该方法的缺点在于所制备的金属粉末粒径不可控，并且粉末表面质量差，同时容易形成卫星滴；3）均匀液滴喷射法，该方法是采用脉冲信号控制压电陶瓷振动，从而带动与压电陶瓷相连的杆振动，将坩埚中的金属熔体从底部小孔中挤压出去，形成球形金属液滴继而冷凝成为球形金属粉末。该方法制备的球形金属粉末粒径均匀、表面质量好、球形度高，但目前该方法存在一个较大的缺点，即采用坩埚熔化金属原料，当坩埚中的金属原料制备完之后，必须停机添加金属原料，过程繁琐，不能实现连续生产，大幅度降低了生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脉冲小孔喷射法连续高效制备均一球形微粒子的装置，该装置采用了自动双送丝系统和与之配套的控制系统，解决了生产效率低，生产不连续等问题。该装置装料简单，通过交替装料来实现连续化和高效生产。且该装置的自动化水平高，只需经过交替换料就可实现连续生产。

本发明技术方案是一种脉冲小孔喷射法连续高效制备均一球形微粒子的装置，该装置的上部有左右两个送丝仓室，在仓室中装有仓门（1）、丝盘（2）、驱动滚轮（11）、压紧滚轮（10）、压紧装置（9）、送丝软管（12），送丝仓室通过陶瓷嘴（15）与坩埚（24）相连，陶瓷嘴的上端装有动态密封圈（13）；坩埚位于真空腔体中，真空腔体包括仓门（30）、真空腔室、机械泵（5）、扩散泵（6）、放气阀（7）、进气孔（4）；坩埚外部有加热装置（23），上部端盖有电磁阀（14），陶瓷嘴下部有加热装置（16），坩埚内部设有热电偶（17）、工作液位传感器（22）、报警液位传感器（21），坩埚底部开孔并与带小孔的陶瓷片（8）相连；传动系统由传动棒（20）和压电陶瓷（18）组成，压电陶瓷外设有水冷装置（19）；正对陶瓷片的下方是收集部，收集部由仓门（26）、支撑体（28）、收集槽（27）组成，用于收集金属粒子；

所述装置开孔坩埚的底部安装的陶瓷片的小孔，其孔径范围在0.020～1.500mm之间；

所述装置坩埚内置有与控温装置相连的热电偶，坩埚的加热器与控温装置相连；

该装置压电陶瓷的振动频率在1～20KHZ；

所述装置的驱动滚轮采用步进电机驱动以实现自动送丝。

一种脉冲小孔喷射法连续高效制备均一球形微粒子的方法，其设计方案是装上丝盘（2），调整滚轮（10）压紧金属丝，将带有小孔的陶瓷片（8）固定在带孔坩埚（24）的底部，同时调整坩埚中传动棒（20）的直径和距陶瓷片的距离，利用机械泵（5）进行抽至低真空，在用扩散泵（6）抽至高真空，坩埚端盖的电磁阀（14）打开同时通入惰性气体Ar气达到一定的压强，停止通气，坩埚开始加热并加热到能维持金属在液态的温度，通过热电偶（17）实时监控，此时陶瓷嘴（15）下方的加热装置（16）开始运作并以较快的速度进行送丝当液位到达工作液位时，放气阀（7）打开使产生一定的背压，给压电陶瓷（18）输入一定的脉冲信号使其产生一定的纵向微小位移，并由传动棒作用于溶体金属，从而使一定量的微小液体从熔池底部的小孔喷出形成液滴（25），液滴在降落过程中无凝固形成均一的球形金属粒子。此时的送丝速度也要根据液滴的大小和下降频率而调整，来维持坩埚中液面的相对平衡，当液位高于报警液位时停止送丝直到降到工作液位送丝又开始，当一边仓室的金属丝用完，另一个仓室立马开始送丝，用完的仓室进行换装，喷射结束后打开收集部仓门取出粒子。其步骤如下：

（1）装料，将带小孔的陶瓷片固定于坩埚的底部，在装料仓装上需生产的金属丝盘，用动态密封圈密封；