[发明专利]一种制备金属或非金属包覆微纳米粉体的装置及方法

说明书

本发明公开了一种制备金属或非金属包覆微纳米粉体的装置，包括制粉器和等离子体发生源，制粉器包括储粉仓和挡尘板，储粉仓内设置有翻粉机构，翻粉机构包括螺旋提升机和圆锥形分散盖；另外，本发明还提供了一种制备金属或非金属包覆微纳米粉体的方法，该方法采用等离子体发生源对下方处于动态翻覆的微纳米粉体进行喷涂镀膜，对微纳米粉体颗粒外表面进行润湿改性，不仅可以降低金属或非金属包覆微纳米粉体的晶粒尺寸，同时利用复合组元的各自优势增强材料的力学性能，在微纳米粉体表面获得相同厚度和均匀包覆的表面改性层，实现了对微纳米粉体大批量的表面改性，金属或非金属包覆层的厚度可达50nm~100μm。

技术领域

本发明属于微纳米材料表面改性技术领域，具体涉及一种制备金属或非金属包覆微纳米粉体的装置及方法。

背景技术

合金材料的力学性能受限于金属元素本身的量级限制，无法达到或超越陶瓷材料；而陶瓷材料的脆性较大，相较于金属材料是为缺点。近年来衍生出金属基复合材料的研究领域，即将微纳米尺度的陶瓷或其他具备某种优势的金属粉体通过多种方式混合后复合烧结成为新的材料，新材料具备金属基的强韧性，同时具备了复合粉体所携带的高硬度、耐磨性、耐蚀性或者抗氧化性能等，从而实现材料性能上的飞越提升。

但随着研究不断开展，研究者发现异质金属或陶瓷粉体在与金属基材料进行复合时，因固溶度差异较大，或价键的不匹配、或金属与陶瓷的不相容等问题，导致复合后的金属基材料与被复合的微纳米粉体之间连接无法达到紧密效果，实验值与理论预测值相差较大，其原因就是微纳米粉体材料表面润湿性差，与金属基材料不相容，无法有效复合。解决方案是通对微纳粉体表面进行改性，制备与金属基材料相容的材料。

现有改性工艺较多为电化学方法和熔渗法，但存在诸多缺点。电化学方法是对陶瓷粉体或金属粉体表面制备镍层、铬层等，或者将石墨烯通过电镀方式复合在微纳粉体表面，通过放电等离子烧结SPS、热压HP、电弧非自耗熔炼等方式，熔炼为复合材料。但电化学方法的缺点是：1、可氧化还原反应得到的金属种类较少；2、化学反应不易控制，厚度和均匀性无法控制；3、化学药液使用后的处理问题；4、无法沉积陶瓷类非金属改性层；5、仅能制备单一来源的金属层等问题。熔渗法是将改性材料熔化浇铸进入具有缝隙的微纳米粉末内，冷却后进行粉碎研磨成粉，具备以下缺点：1、温度过高，需要对金属加热至熔点，易对待改性的微纳米粉材料造成损伤；2、可选金属材料少；3、对粉体熔渗，再造粉，工艺复杂，不易保留原有微纳尺度的材料效应。

随着金属基复合材料的发展，将不同类、不易互溶的金属或非金属颗粒熔炼、烧结复合在一起，具有巨大的应用潜力。但固溶度低或物性差距较大的基体和待复合粉体颗粒较难烧结复合，性能无法进一步提升。

因此需要一种在微纳米粉体表面包覆金属或非金属镀层的装置及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种制备金属或非金属包覆微纳米粉体的装置。该装置通过采用等离子体发生源对制粉器中的微纳米粉体进行处理，在微纳米尺度的粉体表面镀覆一层或多层异质金属或非金属膜材料，以达到对粉体进行表面改性的目的，通过在储粉仓上部设置有对储粉仓进行封闭或打开的挡尘板，防止储粉仓中的微纳米粉体在抽真空时产生飞溅，通过在储粉仓内设置有翻粉机构，保证了微纳米粉体充分经等离子体发生源处理，以达到所有微纳米粉体具备相同几率和相同暴露时间，获得相同厚度和均匀包覆的表面改性层。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种制备金属或非金属包覆微纳米粉体的装置，其特征在于，包括制粉器和在制粉器上侧设置的等离子体发生源，所述制粉器包括储粉仓，所述储粉仓上部设置有对储粉仓进行封闭或打开的挡尘板，所述储粉仓内设置有翻粉机构，所述翻粉机构包括螺旋提升机和安装在螺旋提升机上部的圆锥形分散盖，所述螺旋提升机上端伸出圆锥形分散盖。

上述的一种制备金属或非金属包覆微纳米粉体的装置，其特征在于，所述等离子体发生源为磁控溅射设备的磁控靶源，多弧离子镀设备的电弧装置或电弧源，气体等离子体化设备的电子枪或空心阴极。