CN103752838A - 一种利用多级雾化技术制备超细金属粉的装置及其使用方法 - Google Patents

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严彪
白云亮
王嘉婧
严鹏飞
水露雨
詹载雷
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Abstract

本发明涉及一种利用多级雾化技术制备超细金属粉的装置及其使用方法，属于超细金属粉末制备技术与应用领域。使用音频线圈将块状或棒状金属熔融至液态，在气压下将熔融的金属沿着小孔喷出进行第一次细化，喷出来的金属液进入特制的雾化喷嘴中，高压气体经过特制喷嘴会将金属液进行第二次雾化，喷嘴出来的金属液体落在高速旋转的圆盘上，此时细小液滴在高速转盘离心力的作用下实现第三次雾化，三次细化后可制得最小粒径为纳米级别的金属超细粉，整个金属细化过程都在惰性气体保护下进行。本发明的优点在于制备工艺简单、超细金属粉末粒径可控、产率高、纯度高等优点。

Description

一种利用多级雾化技术制备超细金属粉的装置及其使用方法
技术领域
本发明属于金属超细粉末制备技术与应用领域，特别涉及一种利用多级雾化技术制备超细金属粉的装置及其使用方法。
背景技术
金属超细粉的制备和应用的研究发展非常迅速，金属超细粉已经被应用于材料、电子、信息、航空、航天、医药、军工、制造业等领域，可用于新型高容量磁性材料、高效催化剂、磁流体、吸波材料、高效助燃剂的制备。目前出现了各种各样的金属超细粉的制备方法，主要分为物理法和化学法两大类，本发明属于物理法中多级雾化方法，现存的物理法制备超细粉最大的一个问题就是产率低，而本发明恰好克服了这一难题，不仅超细粉的粒径可控，而且产率非常高，而且容易实现。
发明内容
本发明涉及一种利用多级雾化技术制备超细金属粉的装置及其使用方法。
本发明提出的一种利用多级雾化技术制备超细金属粉的装置，包括喷射检测压力表1、石英管2、音频线圈3、喷嘴4、转盘5、真空腔6、电机7、腔体支架8、音频设备9和音频设备支架10，电机7放置于腔体支架8内，真空腔6位于腔体支架8上方，真空腔6内设置转盘5，石英管2固定于真空腔6内，其一端通过进气阀连接喷射检测压力表1，石英管2底部设有喷嘴4，喷嘴4的出口位于转盘5上方，音频线圈3套于石英管2外，音频线圈3连接音频设备9，音频设备9放置于音频设备支架10上方。
本发明中，所述金属熔融系统可将熔融金属在可调气体压力下喷射而出，从而控制金属液体进入喷嘴的流速。
本发明中，所述高速转盘转速可调节，同时转盘与喷嘴之间的距离可调节。
本发明提出的利用多级雾化技术制备超细金属粉的装置的使用方法，具体步骤如下：
（1）将直径为≤30mm,高度80~100mm的金属棒材放入石英管中；
（2）将真空腔内的真空抽至10-6Pa，充入惰性气体进行保护；
（3）此时开启超音频设备进行对金属棒材进行熔融，待金属棒材熔融后，开启进气阀将熔融金属喷射至喷嘴中；
（4）熔融的金属经喷嘴喷射到高速旋转的转盘上，在离心力的作用下将处于液态或半液态的金属甩碎实现细化过程；
（5）采用真空手套箱将真空腔内收集制取的金属粉末，收集到的超细金属粉末粒径均匀，最小粒径可达纳米级，通过高速转盘转速R（3000r/min~8000r/min）、喷嘴压力P（0.5MPa~3MPa）和喷嘴距离高速转盘的距离D（180mm~280mm）这三个参数的控制和调节就可实现制备不同粒径和形态的金属粉末。
本发明的优点在于制备工艺简单、超细金属粉末粒径可控、产率高、纯度高等优点。
附图说明
图1为本发明的结构图示。
图2为Al-20Si合金微观形貌的扫描电镜图（R=3000 r/min, P=0.5 MPa, D=200mm）。
图3为Al-20Si合金微观形貌的扫描电镜图（R=4000 r/min, P=1.0 MPa, D=200mm）。
图4为Al-20Si合金颗粒的微观形貌的扫描电镜图。
图5为Al-20Si合金颗粒的微观形貌的扫描电镜图。
图中标号：1为喷射检测压力表，2为石英管，3为音频线圈，4为喷嘴，5为转盘，6为真空腔，7为电机，8为腔体支架，9为音频设备，10为音频设备支架。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1：
如图1所示装置包括喷射检测压力表1、石英管2、音频线圈3、喷嘴4、转盘5、真空腔6、电机7、腔体支架8、音频设备9和音频设备支架10，电机7放置于腔体支架8内，真空腔6位于腔体支架8上方，真空腔6内设置转盘5，石英管2固定于真空腔6内，其一端通过进气阀连接喷射检测压力表1，石英管2底部设有喷嘴4，喷嘴4的出口位于转盘5上方，音频线圈3套于石英管2外，音频线圈3连接音频设备9，音频设备9放置于音频设备支架10上方。
选取Al-20Si合金为实验材料，将其在石英管中用音频线圈融化，在惰性气体氩气的压力下喷射到喷嘴中，喷射压力为0.1MPa进行第一次细化，进入喷嘴后喷嘴压力为0.5MPa，进行第二次细化，喷嘴出来的小液滴落到高速旋转的转盘上，转盘转速为3000r/min,收集后的粉末进行SEM观察，得到图2数据，从SEM图像中我们可以看出，在低压力、低转速的情况下，粉末形状主要以非球形为主，平均粒径在500μm左右。 
实施例2：
选取Al-20Si合金为实验材料，将其在石英管中用超音频线圈融化，在惰性气体氩气的压力下喷射到喷嘴中，喷射压力为0.1MPa进行第一次细化，进入喷嘴后喷嘴压力为1MPa，进行第二次细化，喷嘴出来的小液滴落到高速旋转的转盘上，转盘转速为4000r/min。收集后的粉末进行SEM观察，得到图3数据，从SEM图像中我们可以看出，在低压力、低转速的情况下，粉末形状主要以非球形为主，平均粒径在100μm左右。图4和图5是较小金属颗粒的粒径及形貌。

Claims (4)

1.一种利用多级雾化技术制备超细金属粉的装置，包括喷射检测压力表(1)、石英管(2)、音频线圈(3)、喷嘴(4)、转盘(5)、真空腔(6)、电机(7)、腔体支架(8)、音频设备(9)和音频设备支架(10)，其特征在于电机(7)放置于腔体支架(8)内，真空腔(6)位于腔体支架(8)上方，真空腔(6)内设置转盘(5)，石英管(2)固定于真空腔(6)内，其一端通过进气阀连接喷射检测压力表(1)，石英管(2)底部设有喷嘴(4)，喷嘴(4)的出口位于转盘(5)上方，音频线圈(3)套于石英管(2)外，音频线圈(3)连接音频设备(9)，音频设备(9)放置于音频设备支架(10)上方。
2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于所述金属熔融系统可将熔融金属在可调气体压力下喷射而出，从而控制金属液体进入喷嘴的流速。
3.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于所述转盘转速R为 3000r/min~8000r/min之间可调节，同时转盘与喷嘴之间的距离可调节。
4.一种如权利要求1所述的金属超细粉的制备装置的使用方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）将直径为≤30mm,高度80~100mm的金属棒材放入金属熔融装置的石英管中；
（2）将真空腔室的真空抽至10-6Pa左右,充入惰性气体进行保护；
（3）此时开启超音频感应设备进行熔融金属，待金属熔融后，开启进气阀将熔融金属喷射至喷嘴中；
（4）熔融的金属经过喷嘴后喷射到高速旋转的转盘上，在离心力的作用下将处于液态或半液态的金属甩碎实现细化过程；
（5）采用真空手套箱将真空腔内收集制取的金属粉末，收集到的超细金属粉末粒径均匀，最小粒径可达纳米级，通过调节转盘转速R为3000r/min~8000r/min、喷嘴压力P为0.5MPa~3MPa和喷嘴距离高速转盘的距离D为180mm~280mm，这三个参数的控制和调节就可实现制备不同粒径和形态的金属粉末。
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