[发明专利]超细粉末的制备装置和制备方法

说明书

本发明涉及超细粉末的制备装置和制备方法，制备装置包括真空腔室、将金属细丝送入真空腔室的送丝机构、将金属细丝尖端熔融的加热器、使熔融态金属形成脉冲金属液滴的激振器；将金属液滴分散成金属微滴的激光组件，向真空腔室内充入将金属微滴冷凝成微粉的惰性气体的进气组件，收集微粉的收集组件；其中激光组件、送丝机构和激振器通过控制中心耦合同步，使得每形成一滴金属液滴，激光组件同步发出一个激光脉冲轰击该金属液滴形成金属微滴，送丝机构同步将金属细丝送入一个单位长度，使得金属细丝尖端在真空腔室的位置保持不变。本发明的超细粉末的制备装置和制备方法能够快速高效地制备粒度小和粒度分布范围窄的超细金属粉末。

技术领域

本发明涉及金属或合金粉末的制备技术领域，特别涉及超细粉末的制备装置和制备方法。

背景技术

超细粉末在工程上一般是指颗粒粒度在微米以下量级的粉末。由于小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等，超细粉末在机械、电磁、光、热、化学等方面显示了特殊的性能，受到材料科学家和工程技术人员的高度重视。超细粉末的特殊性能，使其在电子封装、精密制备、生物材料和3D打印等方面均有广泛的应用，也可用于新型高容量磁性材料、高效催化剂、磁流体、吸波材料和高效助燃剂等的制备。

超细粉末的制备方法很多，包括机械粉碎法、蒸发法、沉积法、合成法和水解法等，高效低成本地制备纯度高、粒度小、粒度分布范围窄和团聚少的超细粉末目前仍然是难点。

中国专利CN201610854781“一种3D打印用高温合金粉末的制备方法”中以高纯氩气作为雾化介质采用超音速紧耦合气雾化喷嘴对金属熔滴或液流进行雾化得到3D打印用微细高纯球形高温合金粉末，粒度范围为15～150μm，其基本原理是通过雾化喷嘴产生的高速高压气流将熔融态金属液滴粉碎成细小的液滴，并经过快速冷却使其凝固成金属粉末。中国专利CN00114487“制备超细粉的方法与装置”中采用脉冲激光束烧蚀连续送入的金属细丝端部，使端部发生整体爆炸式蒸发，得到平均粒径为10nm，粒度分布范围为1-20nm的金属超细粉。该专利采用固体细丝作为靶材制备超细粉时，大部分激光能量会被靶材消耗来融化金属，金属细丝端部容易发生爆炸式溅射以致产生大粒径的碎屑，因此制得的金属超细粉粒度分布范围略宽。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供超细粉末的制备装置和制备方法。

根据本发明的一个方面提供一种超细粉末的制备装置，包括：作为超细粉末制备场所的真空腔室；将金属细丝送入真空腔室的送丝机构；使真空腔室的金属细丝尖端熔化成熔融态的加热器；使熔融态金属细丝尖端隔断形成脉冲金属液滴的激振器；将金属液滴分散成金属微滴的激光组件；惰性气体的进气组件和保持真空腔室真空度的抽气组件，惰性气体用于在真空腔室内将金属微滴冷凝成超细粉末；用于收集超细粉末并防止其静电团聚的收集组件；以及控制中心。

其中，激光组件、送丝机构和激振器通过控制中心控制耦合同步，使得每形成一滴金属液滴，激光组件同步发出一个激光脉冲轰击该金属液滴形成金属微滴，送丝机构同步将金属细丝送入一个单位长度以保持金属细丝尖端在真空腔室的位置保持不变。

其中，激光组件包括激光发生器和聚焦透镜，聚焦透镜位于激光发生器与金属液滴的运动轨迹之间，使得激光发生器发出的激光脉冲经聚焦透镜汇聚形成聚焦光斑照射在金属液滴上，聚焦光斑的直径大于金属液滴的直径。

其中，激振器包括细丝振动器，细丝振动器套在金属细丝上并发出均匀振动脉冲，使得熔融态金属形成均匀脉冲金属液滴。

其中，收集组件包括转动圆盘、保护溶液输送机构和收集器，转动圆盘位于金属微滴发生位置的下方，收集器的上部呈漏斗形且包围转动圆盘设置，保护溶液输送机构将保护溶液持续送入至转动圆盘表面并形成保护膜，转动圆盘将混有保护溶液和超细粉末的悬浊液送入收集器。