[发明专利]通过雾化以伸长部件的形式的原材料制造粉末粒子的方法和设备

说明书

本公开涉及通过雾化以伸长部件例如线、棒或填充管的形式的原材料制造粉末粒子的方法和设备。将所述原材料引入到等离子体炬中。所述原材料的前部从所述等离子体炬移动到所述等离子体炬的雾化喷嘴中。所述原材料的前端通过暴露于形成在所述雾化喷嘴中的一个或多个等离子体射流而表面熔融。所述一个或多个等离子体射流包括环状等离子体射流、多个会聚的等离子体射流、或环状等离子体射流和多个会聚的等离子体射流的组合。还描述了使用所述方法和设备获得的粉末粒子。

本申请是申请日为2015年3月9日、申请号为“201580024449.4”、名称为“通过雾化以伸长部件的形式的原材料制造粉末粒子的方法和设备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及材料加工领域。更具体地，本公开涉及通过雾化(atomization)以伸长部件的形式的原材料制造粉末粒子的方法(工艺)和设备。还公开了使用所公开的方法和设备制造的粉末粒子。

背景技术

随着在快速原型制作和制造(通常称为增材制造(additive manufacturing)或3-D打印)方面日益增加的兴趣，已经开发了许多技术来制造可用于这样的技术的致密的球状粉末。增材制造和3-D打印的成功很大程度上取决于可用于零件制造的材料的可得性。这样的材料需要以具有明确限定的粒度分布的高纯的、细的(例如小于150μm的直径)、致密的、球状的和自由流动的粉末的形式提供。常规的熔融雾化技术例如气体、液体和旋转圆盘雾化不能制造这样的高品质粉末。

较近的技术避免通常造成材料污染的坩锅熔融的使用。这些近来的技术提供自由流动的球状粉末。

例如，一些等离子体雾化方法基于产生会聚到顶点(apex)的等离子体射流的多个等离子体炬的使用。通过将以线或棒的形式的待雾化的材料进料到所述顶点中，该材料被由等离子体射流提供的热能和动能所熔融和雾化。还已经提出，将待雾化的材料以连续的熔融物流的形式朝向其中若干个等离子体射流会聚的顶点进料。这些类型的等离子体雾化方法相当精细且要求费力地对准至少三个等离子体炬以具有向顶点会聚的至少三个等离子体射流。由于这样的等离子体炬的物理尺寸，顶点位置被约束在远离等离子体射流的离开点几厘米。这导致等离子体射流在它们到达顶点位置和撞击到材料上之前重大的热能和动能的损失。总而言之，这些方法涉及在对于所述炬的精确对准和功率调节以及材料进料速率的精确设定的要求方面的若干困难。

其它技术基于待雾化的材料的线或棒的直接感应加热和熔融的使用，同时避免熔融的材料和坩埚之间的接触。来自所述棒的熔体液滴落到气体雾化喷嘴系统中而且使用高流速的合适惰性气体进行雾化。这些技术的主要优势在于通过消除待雾化的材料与陶瓷坩埚的任何可能接触而避免其可能的污染。然而，这些技术限于纯金属或合金的雾化。而且，这些技术是复杂的且为了最佳性能要求细微地调节操作条件。此外，消耗大量惰性雾化气体。

因此，存在对于由宽范围的原材料高效且经济地制造粉末粒子的技术的需要。

发明内容

根据第一方面，本公开涉及通过雾化以伸长部件的形式的原材料制造粉末粒子的方法，其包括将原材料引入到等离子体炬中、将原材料的前部从等离子体炬移动到等离子体炬的雾化喷嘴中、和通过暴露于在雾化喷嘴中形成的一个或多个等离子体射流而使原材料的前端表面熔融，所述一个或多个等离子体射流选自环状等离子体射流、多个会聚的等离子体射流、及其组合。

根据另一方面，本公开涉及通过雾化以伸长部件的形式的原材料制造粉末粒子的设备，其包括等离子体炬，该等离子体炬包括：用于接收原材料的注入探管(探针，probe)；和雾化喷嘴，其配置成接收来自注入探管的原材料的前部、供应有等离子体、产生一个或多个等离子体射流、和通过暴露于一个或多个等离子体射流而使原材料的前端的表面熔融。所述一个或多个等离子体射流选自环状等离子体射流、多个会聚的等离子体射流、及其组合。

前述和其它特征在参考附图阅读以下仅举例性地给出的其说明性实施方式的非限缩性描述时将变得更加明晰。相同的数字在附图的各图中代表相同的特征。