[发明专利]非金属材料粉末及其制备方法

说明书

本发明涉及一种非金属材料粉末及其制备方法。该粉末制备方法包括如下步骤：在保护气体氛围下，控制非金属工件自转，控制热源与非金属工件相对运动，使热源作用于非金属工件的表面并在该表面形成熔融区；在熔融区引入脉冲气流和吹气气流，脉冲气流和吹气气流作用于熔融区使熔融材料爆炸，吹气气流将爆炸后的熔融材料吹出；吹出的熔融材料冷凝之后形成粉末；对粉末进行分级收集。其中，控制脉冲气流的频率以及控制吹气气流的流速和压力以调整爆炸后的熔融材料的粒径；控制冷凝速率以调整粉末的球形度。该方法可以有效提高非金属粉末制备的灵活性、提高非金属粉末粒径控制的准确性。

技术领域

本发明涉及粉末材料制备领域，尤其是涉及一种非金属材料粉末及其制备方法。

背景技术

在材料的成型过程中，以粉末为原料制备相应的产品具有较多的优点，比如过程可控性高、制备精度高等优点。在以粉末为原料制备相应的产品时，粉末的制备成为了制约产品制造的一个重要因素。以硅粉为例，目前较为常用的方法有机械球磨法、化学气相沉积法、流床法以及蒸发冷凝法等。

具体地，机械球磨法主要是利用机械旋转以及粒子之间的相互作用而产生的机械碾压力和剪切力将直径较大的材料研磨成微米甚至纳米粉末，其具有成本较低、操作较为简单的优点，但会引入杂质，纯度低，颗粒为不规则形状且粒径分布不能有效控制。化学气相沉积法和流化床法主要是使硅烷发生热解得到相应的硅粉，其优点在于纯度高、粒径分布均匀、形状规则，但存在工艺复杂、成本高、对设备要求高和原材料不易保存的问题。蒸发冷凝法通过热源将反应原料气化成气态原子、分子或者部分电离成离子，通过快速冷凝成固体粉末，该方法制备的粉末纯度高、粒度分布均匀以及安全可靠，但设备能耗大，生产效率低。

在上述这些方法中，虽然能够得到一些满足要求的粉末，但是这些方法中需要对原材料进行整体不间断的操作，灵活性较低，设备复杂且能耗大，需要对材料进行整体处理，难以进行定点加工，导致粉末的生产成本升高。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够有效提高原材料加工灵活性以及提高粒径控制准确性的非金属材料粉末及其制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种非金属材料粉末制备方法，包括如下步骤：

在保护气体氛围下，控制非金属工件自转，控制热源与所述非金属工件相对运动，使所述热源作用于所述非金属工件的表面并在该表面形成熔融区；在所述熔融区引入脉冲气流和吹气气流，所述脉冲气流和所述吹气气流作用于所述熔融区使熔融材料爆炸，所述吹气气流将爆炸后的熔融材料吹出；吹出的熔融材料冷凝之后形成粉末；对所述粉末进行分级收集；

其中，控制所述脉冲气流的频率以及控制所述吹气气流的流速和压力以调整爆炸后的熔融材料的粒径；控制冷凝速率以调整粉末的球形度。

在其中一个实施例中，所述非金属工件形状为块状、棒状或者异形形状。

在其中一个实施例中，所述热源为等离子体热源、电子束热源或激光热源。

在其中一个实施例中，所述脉冲气流的气流方向和吹气气流的气流方向垂直，所述脉冲气流的气流方向垂直于所述熔融区，所述吹气气流的气流方向平行于所述熔融区。

在其中一个实施例中，所述热源与所述非金属工件相对运动时，所述热源相对于所述非金属工件在X轴方向运动和/或所述热源相对于所述非金属工件在Y轴方向运动，所述非金属工件相对于所述热源在Z轴方向运动。

在其中一个实施例中，控制热源与所述非金属工件相对运动以在所述非金属工件的表面的预设位置形成预设大小的熔融区。

在其中一个实施例中，所述熔融区的大小范围为1μm-50μm。

在其中一个实施例中，控制所述脉冲气流的频率以及控制所述吹气气流的流速和压力以同时得到不同粒径的粉末。