CN104741316B - 一种粉末分级装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粉末分级装置和方法，属于粉末制备技术领域。该分级装置包括粉末供给部、气体供给部、分级部、收集部、净化部、控制部和辅助部等部分。粉末分级装置分为一级分级、二级分级和多级分级等多种，多级分级装置为多个分级单元串联而成。本发明将机械分级、风力分级、高频振动清网有机结合起来，能有效提高分级精度，增加粉末粒度稳定性，延长连续分级时间，降低分级成本，是一种高精度、高效率、低成本、环保、适宜于连续制备高品质粉末特别是细粉比例较高以及密度较小粉末的分级方法。

Description

一种粉末分级装置及方法

技术领域

本发明涉及一种粉末分级装置及方法，将机械分级、风力分级、高频振动清网技术有机结合起来应用于粉体行业的粉末分级，属于粉末制备技术领域。

背景技术

高性能功能粉体材料是利用材料本身固有的物理和化学特征而直接使用的一种粉体材料，它具有优异的物理、化学性能，可有效提高材料的使用性能、降低生产成本。特别在全球资源、能源日益紧张的情况下，各类高新技术产品向轻量化、小型化和多功能一体化方向发展，使高性能功能粉体材料的需求得到迅速增长，在电子信息、机械制造、汽车制造、生物医用、国防军事等领域得到广泛的应用。高性能有色金属粉末的主要特征是细小、球形、低氧、窄粒度等，其中有一类粉末质地较软，容易变形，在制备过程中形貌容易受到破坏，再加上粉末较细，分级时容易堵网，而粉末本身又要求窄粒度和高边界精度，所以需要采用先进的分级技术才能获得。质软、较细、窄粒度、高边界精度的粉末其制备难度尤其是分级难度较大，而且其应用范围较广，用量较大，并成为一种功能或结构功能一体化材料。而这种在材料使用形态上的变化不仅会给最终产品在性能、成本方面带来革命性的变化，而且满足众多高新技术领域发展的需要。例如，电子电器、通讯产品的小型化和多功能化促使集成电路的封装和互连从传统的焊接发展到表面贴装技术，而高品级粉末状焊接材料成为表面贴装技术最关键的材料。因此，金属粉末已经作为一种高性能新材料正在广泛应用到电子信息、机电、汽车、冶金、航天、航空、交通运输、生物医学等各部门。

在质软、较细、窄粒度、高边界精度的粉末的制备尤其是分级技术方面，国内粉末分级技术水平与国外差距较大，很多国外大公司以此设置技术壁垒、提高产品附加值，获取高额垄断利润，致使大量高性能金属粉末及制品需要进口，严重制约了汽车、电子、航空航天领域等高新技术行业的发展。因此，发展高性能有色金属粉末、提高有色金属粉末的制备加工技术水平具有重要的现实意义。

目前，国际上已开发出一系列的粉末分级技术，以适应不同粉末分级的需要。日本专利特開平19758提出了粉末分级技术的方法，但需要使用尼龙网，分级精度不是很高，筛网损耗较快，不利于保证粉末的质量；中国专利00246106.4提出了粉末分级的装置，该装置振源位于筛网中心，对于远中心区的筛网的清理效果不理想，同时由于没有气流清网，因此清网效果难以达到理想状态；中国专利99250658.1提出了粉末分级的装置，该装置没有高频振动清网，使得气流清网能力变得有限；中国专利201010623153.3提出了粉末分级技术的方法，该方法清网效果不是很好，分级下限粉较多的粉末时难以有效去除下限粉，不仅如此，下限粉会堵筛网，使筛网性能逐渐变差，导致粉末粒度不稳定；在分级密度较小的粉末时，微细粉会在分级过程中漂浮在筛机空间中而不能有效筛除，致使产品中超标粉比例较多，影响粉末产品粒度的准确性，从而导致粉末性能无法达到要求。中国专利201110243887.3提出了一种粉末分级技术的方法，该方法属于气动分级方法，因此其分级精度不高，难以满足对粉末粒度分布要求较高的场合，同时该方法对软质粉末表面有损伤，不利于获得较好的粉末形貌。实现高精度、高效率、环保分级，获得较好形貌，以进一步提高产品质量，增加品质稳定性，降低生产成本、提高生产效率、增加产品的竞争能力，是分级技术发展的一个趋势。

发明内容

本发明的目的在于，针对已有技术的不足，顺应粉体分级技术的发展趋势，提出一种高精度、高效率、低成本、环保、适宜于连续制备高品质粉末的粉末分级装置与方法，满足质软、较细、窄粒度、高边界精度的粉末产品的分级需要。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种粉末分级装置，分为一级分级、二级分级和多级分级等多种情况，一级分级装置（如图1所示）为1个分级单元，包括粉末供给部、气体供给部、分级部、收集部、净化部、控制部和辅助部等部分。

一种粉末分级装置，适用于一级分级，其中，粉末供给部包括集粉锥、给粉管等；气体供给部包括风机、风机室、进风管与气流分配器等；分级部包括支撑环、连接筋、振动环、振源、筛网、基座等；收集部包括出粉管、收粉罐、集粉锥等；净化部包括旋风除尘器、过滤器等；控制部包括PLC、压力传感器等；辅助部包括围罩、管道等；进风管与气流分配器相连，气流分配器与围罩相连，围罩罩在筛网上，筛网安装在集粉锥的上口，集粉锥安装在基座上，基座与振动机械连接，支撑环安装在基座上，支撑环通过多个连接筋与振动环相连，筛网粘接在支撑环与振动环上，振源安装在振动环上，在筛网和围罩之间设置出粉管，出粉管与第一收粉罐相连接；集粉锥下端通过输送管与旋风除尘器相连，旋风除尘器分别与过滤器和第二收粉罐相连，过滤器和风机室相连，风机室内设置风机，风机室与进风管相连，构成封闭通道；在围罩上安装压力传感器，压力传感器将压力信号传送到PLC，由PLC控制风机转速来控制围罩内的压力。

支撑环为圆环形状，可以是实心的，也可以是空心的，优选空心形式，一般选用抗疲劳性能较好、强度、韧性和传振均较好的钢质材料。

出粉管和第一收粉罐之间一般有软连接缓冲，或者出粉管本身就是软管，集粉锥和旋风除尘器之间也采用软连接缓冲，如输送管为软管。

气流分配器、围罩、支撑环、基座、集粉锥、输送管、旋风除尘器、过滤器、风机室、进风管等构成封闭通道，分级装置形成密闭环境，使分级在密闭环境中进行，有效防止粉末外逸，使分级过程气氛可控，洁净环保。

二级分级装置（如图2所示）为两个分级单元串联而成，所不同的是，在第一级分级装置（单元）中，集粉锥下端不是与输送管相连，而是直接将经过第一级分级后的粉末注入到二级筛网上，同时集粉锥上设置增加了集风环，集风环通过转接头与旋风除尘器连接，其他部分与一级分级装置基本相同。多级分级装置为多个分级单元串联而成，其装置结构与组成与二级分级装置相似。

一种粉末分级装置，适用于二级分级或多级分级，由两个或多个分级单元串联而成，每个分级单元包括：粉末供给部包括集粉锥、给粉管等；气体供给部包括风机、风机室、进风管与气流分配器等；分级部包括支撑环、连接筋、振动环、振源、筛网、基座等；收集部包括出粉管、收粉罐、集粉锥等；净化部包括旋风除尘器、过滤器等；控制部包括PLC、压力传感器等；辅助部包括围罩、管道等；进风管与气流分配器相连，气流分配器与围罩相连，围罩罩在筛网上，筛网安装在集粉锥的上口，集粉锥安装在基座上，基座与振动机械连接，支撑环安装在基座上，支撑环通过多个连接筋与振动环相连，筛网粘接在支撑环与振动环上，振源安装在振动环上，在筛网和围罩之间设置出粉管，出粉管与第一收粉罐相连接；集粉锥上安装集风环，集风环通过转接头和连接管与旋风除尘器相连，旋风除尘器分别与过滤器和第二收粉罐相连，过滤器和风机室相连，风机室内设置风机，风机室与进风管相连，构成封闭通道；集粉锥下端与下一级给粉管相连，粉末进入下一级分级单元，进行再次分级；最后一级分级单元的集粉锥下端通过输送管与旋风除尘器相连，旋风除尘器分别与过滤器和第二收粉罐相连；在围罩上安装压力传感器，压力传感器将压力信号传送到PLC，由PLC控制风机转速来控制围罩内的压力。

整个二级分级或多级分级装置形成密闭环境，使分级在密闭环境中进行，有效防止粉末外逸，使分级过程气氛可控，洁净环保。

本发明的粉末分级方法将机械分级、风力分级与清网、高频振动清网有机结合起来的技术应用于粉体行业的粉末分级。

一种粉末分级方法，适用于一级分级，包括如下步骤：

（1）粉末通过给粉管落到筛网上，由风机产生气流通过进风管进入气流分配器，气流分配器将气流均匀分布并形成层流，使气流自上而下均匀地穿过筛网；

（2）基座由振动机械驱动产生运动，由基座传递给支撑环，又由支撑环传给筛网；同时，由振源产生振动，通过振动环传给筛网，粉末在筛网上的移动、分散以及穿过筛网，对粉末进行分级，筛网上的粉末通过出粉管进入第一收粉罐；

（3）气流通过筛网后经过集粉锥进入输送管，将通过筛网的粉末通过输送管带入旋风除尘器，粉末经过旋风除尘器沉降收集在第二收粉罐中，气体再经过过滤器过滤之后回到风机室内，由风机再次加速参与新一轮分级。整个分级在密闭循环系统中进行。

步骤（1）中，粉末采用振动送粉器、螺杆法或其他方法，由密闭容器输送到给粉管；

所述的气流为空气、氮气、氩气等气体中的一种或几种；气流分配器与集粉锥之间的围罩上的压力范围为0.005～1个大气压，优选为0.01～0.1个大气压。

步骤（2）中，所述的基座的运动为三维运动、二维运动或一维运动。优选的是三维和二维运动，更优选的是三维运动。

所述的振源可由超声发生器驱动压电陶瓷产生高频振动，电磁力驱动产生振动，或由其他方式产生高频振动，其振动频率在20～100KHz范围，优选的是20～80KHz，更优选的是30～50KHz，其振动模式为连续、脉冲、停止以及它们的组合。

本发明的粉末分级方法包括机械分级、风力分级、高频振动清网等工序。机械分级包括由振动机械驱动筛网使之产生三维运动、二维运动或一维运动。风力分级为用气流消除粉末漂浮，使之趋向筛网并努力通过网孔，同时起到清理筛网作用。高频振动清网为由超声发生器驱动压电陶瓷产生高频振动清理筛网被粉末堵塞的网孔或由电磁力产生的高频振动清理筛网被粉末堵塞的网孔。分级环境气体为空气、氮气、氩气中的一种或几种。可以将两级或多级分级串联起来使用。

本发明提出的粉末分级方法，可以是将两级或多级分级串联起来，直接分级出产品来。

一种粉末分级方法，适用于二级分级或多级分级，包括如下步骤：

（1）粉末通过给粉管落到筛网上，由风机产生气流通过进风管进入气流分配器，气流分配器将气流均匀分布并形成层流，使气流自上而下均匀地穿过筛网；

（2）基座由振动机械驱动产生运动，由基座传递给支撑环，又由支撑环传给筛网；同时，由振源产生振动，通过振动环传给筛网，粉末在筛网上的移动、分散以及穿过筛网，对粉末进行一级分级，筛网上的粉末通过出粉管进入第一收粉罐；

（3）气流通过筛网后经过集粉锥进入输送管，将通过一级筛网的微细粉末通过集风环、转接头和连接管带入旋风除尘器，经过旋风除尘器沉降收集在第二收粉罐中，气体再经过过滤器过滤之后回到风机室内，由风机再次加速参与新一轮分级；

（4）通过一级筛网的大部分粉末经过下一级给粉管进入下一级分级单元，进行下一级分级；最后一级分级单元中，通过筛网的粉末通过输送管进入旋风除尘器，经过旋风除尘器沉降收集在第二收粉罐中。整个分级在密闭循环系统中进行。

本发明将机械分级、风力分级、高频振动清网有机结合起来，充分发挥机械分级的高精度、高频振动的高效率、风力分级的去漂浮及清网作用，能有效提高分级精度，增加粉末粒度稳定性，延长连续分级时间，保持粉末形貌不被破坏，降低分级成本，分级过程无污染，实现高精度、高效率、低成本、长连续、环保分级，适合于连续制备高品质粉末特别是细粉比例较高或密度较小的粉末，满足质软、较细、窄粒度、高边界精度的粉末产品的分级需要。

本发明可将多个分级单元串联起来，可一次性分级出多种合格产品，效率较高，是一种先进的分级技术。本发明可用于金属粉末与非金属粉末等多种粉末，适应性极其广泛。

附图说明

图1是一级粉末分级装置与方法结构示意图。

图2是二级粉末分级装置与方法结构示意图。

图3是SnAg₃Cu_0.5粉末（25～38微米）扫描电镜照片。

图4是SnAg₃Cu_0.5粉末（25～38微米）激光粒度分布。

图5是SnBi58粉末（25～62微米）扫描电镜照片。

图6是SnBi58粉末（25～62微米）激光粒度分布。

图7是筛网堵孔情况照片。

主要附图标记说明：

1 支撑环 2 连接筋

3 振源 4 振动环

5 气流分配器 6 气流

7 给粉管 8 粉末

9 筛网 10 基座

11 压力传感器 12 进风管

13 围罩 14 风机室

15 风机 16 过滤器

17 出粉管 18 第一收粉罐

19 筛上粉 20 集粉锥

21 筛下粉 22 输送管

23 旋风除尘器 24 第二收粉罐

25 控制柜（PLC） 26 二级气流

27 二级粉末 28 二级气流分配器

29 二级围罩 30 二级压力传感器

31 二级筛网 32 二级出粉管

33 二级支撑环 34 二级连接筋

35 二级振动环 36 二级振源

37 二级基座 38 二级过滤器

39 二级风机室 40 二级风机

41 二级进风管 42 二级筛上粉

43 二级第一收粉罐 44 二级控制柜（PLC）

45 二级集粉锥 46 二级筛下粉

47 二级输送管 48 二级旋风除尘器

49 二级第二收粉罐 50 二级给粉管

51 集风环 52 转接头

53 连接管

具体实施方式

本发明涉及一种粉末分级装置，分为一级分级、二级分级和多级分级等多种情况，一级分级装置（如图1所示）包括粉末供给部、气体供给部、分级部、收集部、净化部、控制部、辅助部等部分。粉末供给部包括给粉管7等部分，以及本发明未阐述的已知技术中的相关部分；气体供给部包括风机15、风机室14、进风管12与气流分配器5，气流分配器5将气流均匀分布并形成层流，将风机15置于风机室14内是出于系统的密闭性考虑，风机电机选用可调速电机；分级部包括支撑环1、连接筋2、振动环4、振源3、筛网9、基座10等部分，支撑环1为一圆环，可以是实心的，也可以是空心的，优选空心形式，一般选用抗疲劳性能较好、强度、韧性和传振均较好的钢质材料；收集部包括出粉管17、第一收粉罐18、集粉锥20等部分，出粉管17和第一收粉罐18之间一般有软连接缓冲，或者出粉管本身就是软管，集粉锥20和旋风除尘器23之间也需要软连接缓冲；净化部包括旋风除尘器23、过滤器16、风机室14等部分，过滤器16选用过滤精度较高的高效过滤器；控制部包括控制柜（PLC）25、变频器、压力传感器11等部分，压力传感器11用于检测围罩13中气体压力，而控制柜25则根据此信号调节风机15转速以改变气体供给速度，以此控制气体速度和围罩13中的气体压力；辅助部包括围罩13、管道等部分，围罩13的作用是对粉末运动和气体运行起到边界限定作用。进风管12与气流分配器5相连，气流分配器5与围罩13相连，支撑环1通过多个连接筋2与振动环4相连，一般有2～4个连接筋3，筛网9粘接在支撑环1与振动环4上，支撑环1安装在基座10上，振源3安装在振动环4上，集粉锥20安装在基座10上，集粉锥10下接输送管22，出粉管17与第一收粉罐18相接，集粉锥20与输送管22相连，旋风除尘器23与过滤器16和第二收粉罐24相连，过滤器16和风机室14相连，风机室14与进风管12相连，风机15安装在风机室14中。气流分配器5、围罩13、支撑环1、基座10、输送管22、旋风除尘器23、过滤器16、风机室14、进风管12等构成封闭通道，有效防止粉末外逸，使分级过程洁净环保。

二级分级装置（如图2所示）为两级分级装置串联而成，所不同的是，在第一级分级装置中，集粉锥20不是与输送管22相连，而是与二级给粉管50相连，直接将经过第一级分级后的粉末注入到二级筛网31上，同时增加了集风环51，集风环51通过转接头52和连接管53与二级旋风除尘器48连接，其他部分与一级分级装置基本相同。

多级分级装置为多个分级装置串联而成，其装置结构与组成与二级分级装置相似。

本发明的粉末分级方法，该方法将机械分级、风力分级与高频振动清网有机结合起来的技术应用于粉体行业的粉末分级。粉末通过已知技术由密闭容器输均匀送到给粉管7，可以采用振动送粉器输送粉末，也可以使用螺杆法输送，还可以采用其他能够均匀稳定输送粉末的方法来输送粉末，粉末通过给粉管7落到筛网9上。基座10一方面起到承载作用，另一方面也起到传振作用，由已知的振动技术驱动产生振动，这种振动可以是三维的，可以是二维的，也可以是一维的，优选的是三维和二维振动，更优选的是三维振动，该振动传递给支撑环1，又由支撑环1传给筛网9，从而实现粉末在筛网9上的移动、分散和穿过筛网，于是实现分级。基座10振动的规律和幅度特征将视具体的粉末性质和产品粒度要求而定，其驱动机械和振动的制度可与参照已知的振动机械与技术。

粉末在筛网上运动的过程中，有些尺寸与网孔相近的粉末会塞在网孔中，有些微细粉会聚集起来共同堵塞网孔，有些则是由于形状原因塞在网孔里，对于软质粉末、微细粉比例较多的粉末和易起静电的粉末尤其易堵网孔。随着筛分时间的延长，一些网孔会被粉末陆续堵住，这将影响筛网的透粉能力，显著恶化分级性能，使粉末粒度持续变化，甚至超标，尤其是分级软质粉末、微细粉比例较多的粉末和易起静电的粉末时问题更为突出。为了及时清理筛网被堵的网孔，在振动环4上装有振（动）源3，让振源3产生高频振动，该振动通过振动环传给筛网，及时清理被堵网孔。由于高频振动能有效清理被堵网孔，维持分级性能的稳定，从而保持粉末产品粒度的稳定。振源3可以是由超声发生器驱动压电陶瓷产生高频振动，也可以是电磁力驱动产生的振动，还可以是其他方式产生的高频振动，优选的是由超声发生器驱动压电陶瓷产生高频振动，其振动频率在20～100KHz范围，优选的是20～80KHz，更优选的是30～50KHz，其振动模式为连续、脉冲、停止以及它们的组合。

在分级过程中，一些微细粉会产生扬尘现象，这些漂浮起来的粉末将经常不通过筛网而会进入成品粉中，导致成品中超细粉比例较高甚至超标，使粉末粒度超标，尤其是原粉中微细粉比例较多，或者是粉末密度较小时，这个问题显得尤为突出，如图7所示。为了解决这个问题，本发明提出了用气流带走漂浮粉的办法，及时将漂浮粉带向筛网9，使之通过筛网9，有效解决粉末漂浮导致的粒度波动，而且气流也具有清理网孔的功能，能有效清除多个粒径小于网孔的粉末聚集在一起堵塞的同一个网孔，也可清除粒径与网孔尺寸相当的粉末对网孔的堵塞。气流由进风管12供给给气流分配器5，气流分配器5将气流均匀分布并形成层流，使气流自上而下均匀地穿过筛网9，气流的供给由围罩13中的压力决定，围罩13上的压力传感器11给出压力信号，由控制系统中的PLC25控制风机转速来控制围罩13内的压力，该压力范围为0.005～2个大气压，优选为0.01～0.1个大气压。

由风机15产生气流通过气流分配器5形成朝向筛网9的定向层流，该气流为空气、氮气、氩气等气体中的一种或几种，气流通过筛网9后经过集粉锥20进入输送管22，将粉末通过输送管22带入旋风除尘器23，粉末经过旋风除尘器23沉降收集在收粉罐24中，气体再经过过滤器16过滤之后回到风机室14内，由风机15再次加速参与新一轮分级。整个分级在密闭循环系统中进行，清洁环保，自动连续，效率较高，性能稳定，连续工作时间较长。

本发明提出的粉末分级方法，可以是将两级或多级分级单元串联起来，直接分级出产品来。如图2所示，粉末通过已知技术由密闭容器输送到给粉管7，再通过给粉管7落到筛网9上。基座10由已知的振动技术驱动产生振动，这种振动更优选的是三维振动，该振动传递给支撑环1，又由支撑环1传给筛网9，从而实现粉末的一级分级。用于清理筛网9的高频振动的频率在20～100KHz范围，优选的是20～80KHz，更优选的是30～50KHz，其振动模式为连续、脉冲、停止以及它们的组合。

通过一级筛网9的粉末8，除少量超细粉进入集风环51，然后经过旋风除尘器23沉降至第二收粉罐24以及极少部分进入高效过滤器16外，大部分通过集粉锥20汇集并通过二级给粉管50落到二级筛网31上。气流由进风管12供给给气流分配器5，气流分配器5将气流均匀分布并形成层流，气流的供给由围罩13中的压力决定，围罩上的压力传感器11给出压力信号，由控制系统中的PLC控制风机15转速来控制围罩13内的压力，该压力范围为0.005～1个大气压，优选为0.01～0.1个大气压。而通过一级筛网9的气流大部分进入集风环51中，通过转接头52和连接管53进入旋风除尘器23，进入旋风除尘器23的粉末大部分被旋风除尘器23收集落入第二收粉罐24，而气体和少量超细粉末经过高效过滤器16过滤后成为洁净气体进入风机室14中，由风机15加速后参与新一轮分级过程。通过一级筛网的极少部分气流进入二级围罩中，参与二级分级过程。

落到二级筛网31上的粉末在二级筛网31的振动下实现二级分级，同样，筛网31的振动来自支撑环1，支撑环1的振动来自基座37，基座37的振动优选的是三维振动，基座37与基座10一般共用1个振源，也就是两个基座之间用硬连接，也可各用1个振源，这样二者之间只能用软连接。用于清理筛网的高频振动的频率在20～100KHz范围，优选的是20～80KHz，更优选的是30～50KHz，其振动模式为连续、脉冲、停止以及它们的组合。

经过二级筛网31分级后的二级筛上粉42就是成品，它由二级出粉管32进入二级第一收粉罐43中，而通过二级筛网31的粉末，通过二级集粉锥45、二级输送管47进入二级旋风除尘器48，经过二级旋风除尘器48沉降至二级第二收粉罐49以及极少部分进入二级高效过滤器38。气流由二级进风管41供给给二级气流分配器28，二级气流分配器将气流均匀分布并形成层流，气流的供给由二级围罩29中的压力决定，二级围罩29上的二级压力传感器30给出压力信号，由控制系统中的二级控制柜（PLC）44控制风机转速来控制二级围罩30内的压力，该压力范围为0.005～1个大气压，优选为0.01～0.1个大气压。而通过二级筛网31的气流，通过二级输送管47进入二级旋风除尘器48，气体经过二级旋风除尘器48和二级高效过滤器38净化后成为洁净气体进入二级风机室39中，由二级风机40加速后参与新一轮分级过程。

实施例1

分级SnAg₃Cu_0.5粉末。如图1所示，装置包括粉末供给部、气体供给部、分级部、收集部、净化部、控制部、辅助部等部分。粉末供给部包括给粉管7等部分，气体供给部包括风机15、风机室14、进风管12与气流分配器5，分级部包括支撑环1、连接筋2、振动环4、振源3、筛网9、基座10等部分，收集部包括出粉管17、第一收粉罐18、集粉锥20等部分，净化部包括旋风除尘器23、过滤器16、风机室14等部分，控制部包括控制柜（PLC）25、压力传感器11等部分，辅助部包括围罩13、管道等部分。进风管12与气流分配器5相连，气流分配器5与围罩13相连，支撑环1通过多个连接筋2与振动环4相连，筛网9粘接在支撑环1与振动环4上，支撑环1安装在基座10上，振源3安装在振动环4上，集粉锥20安装在基座10上，集粉锥20下接输送管22，出粉管17与收粉罐18相接，集粉锥20与输送管22相连，旋风除尘器23与过滤器16和第二收粉罐24相连，过滤器16和风机室14相连，风机室14与进风管12相连。气流分配器5、围罩13、支撑环1、基座10、输送管22、旋风除尘器23、过滤器16、风机室14、进风管12等构成封闭通道，有效防止粉末外逸，使分级过程洁净环保。

分级气氛为空气。粉末8通过电磁振动送粉器由密闭容器输均匀送到给粉管7，采用振动送粉器输送粉末8，粉末8通过给粉管7落到筛网9上。基座10由旋转振动机械驱动产生三维振动，该振动传递给支撑环1，又由支撑环1传给筛网9。振源3由超声发生器驱动压电陶瓷产生高频振动，其振动频率50KHz，其振动模式为连续模式。由风机15产生气流6通过进风管12供给给气流分配器5，气流分配器5将气流6均匀分布并形成层流，使气流6自上而下均匀地穿过筛网，该气流6为空气，气流6的供给由围罩13中的压力决定，围罩13上的压力传感器11给出压力信号，由控制系统中的PLC控制风机15转速来控制围罩13内的压力，该压力为0.03个大气压。气流6通过筛网9后经过集粉锥20进入输送管22，将粉末8通过输送管22带入旋风除尘器23，粉末8经过旋风除尘器23沉降收集在第二收粉罐24中，气体再经过过滤器16过滤之后回到风机室14内，由风机15再次加速参与新一轮分级。整个分级在密闭循环系统中进行。

将SnAg₃Cu_0.5粉末进行两次分级，第一次筛网目数是400目，第二次筛网目数为500目。经过一次分级后的粉末，再经过一次不同目数筛网的分级便得到成品。

经检测，所得SnAg₃Cu_0.5粉末的粒度在25～38微米之间，小于25微米粉末比例不超过5%，大于38微米粉末比例不超过1%，筛分精度高、效率高，分级过程无粉末飞扬，且对粉末形貌无伤害，产品粒度稳定，连续工作时间较长（超过24小时），分级成本低、效率高。粉末的扫描电镜照片和激光粒度分布如图3和图4所示。

实施例2

分级SnBi58粉末。采用二级分级装置，如图2所示，为两级分级单元串联而成，所不同的是，在第一集分级装置中，集粉锥20不是与输送管22相连，而是与二级给粉管50相连，直接将经过第一级分级后的粉末注入到二级筛网31上，同时增加了集风环51，集风环51通过转接头52和连接管53与旋风除尘器23连接，其他部分与一级分级装置基本相同。

分级气氛为氮气。粉末8通过电磁振动送粉器由密闭容器输送到给粉管7，再通过给粉管7落到筛网9（230目）上。基座10由旋转振动机械驱动产生三维振动，该振动传递给支撑环1，又由支撑环1传给筛网9，从而实现粉末的一级分级。用于清理筛网9的高频振动的频率在38KHz，其振动模式为连续模式。通过一级筛网的粉末8，除少量超细粉进入集风环51，然后经过旋风除尘器23沉降至第二收粉罐24以及极少部分进入高效过滤器16外，大部分通过集粉锥20汇集并通过二级给粉管50落到二级筛网31上。气流6由进风管12供给给气流分配器5，气流分配器5将气流6均匀分布并形成层流，由控制系统中的PLC控制风机15转速来控制围罩13内的压力，该压力范围为0.031个大气压。而通过一级筛网9的气流6大部分进入集风环51中，通过转接头52和连接管53进入旋风除尘器23，进入旋风除尘器23的粉末大部分被旋风除尘器23收集落入第二收粉罐24，而气体和少量超细粉末经过高效过滤器16过滤后成为洁净气体进入风机室14中，由风机15加速后参与新一轮分级过程。通过一级筛网9的极少部分气流进入围罩13中，参与二级分级过程。

落到二级筛网31上的二级粉末27在二级筛网31的振动下实现二级分级，同样，二级筛网31的振动来自二级支撑环33，二级支撑环33的振动来自二级基座37，二级基座37的振动优选的是三维振动，基座10与二级基座37共用1个振源，也就是两个基座之间用硬连接。用于清理二级筛网31的高频振动的频率在45KHz，其振动模式为脉冲模式。

经过二级筛网（500目）分级后的二级筛上粉42就是成品，它由二级出粉管32进入二级第一收粉罐43中，而通过二级筛网31的粉末，通过二级集粉锥45、二级输送管47进入二级旋风除尘器48，经过二级旋风除尘器48沉降至二级第二收粉罐49以及极少部分进入高效二级过滤器38。气流由二级进风管41供给给二级气流分配器28，二级气流分配器28将气流均匀分布并形成层流，气流的供给由二级围罩29中的压力决定，二级围罩29上的二级压力传感器30给出压力信号，由二级控制柜（PLC）44控制二级风机40转速来控制二级围罩29内的压力，该压力范围为0.027个大气压，而通过二级筛网31的气流，经二级输送管47进入二级旋风除尘器48，气体经过二级旋风除尘器48和高效二级过滤器38净化后成为洁净气体进入二级风机室39中，由二级风机40加速后参与新一轮分级过程。

经检测，所得SnBi58粉末的粒度在25～62微米之间，小于25微米粉末比例不超过10%，大于62微米粉末比例不超过1%，筛分精度高、效率高，分级过程无粉末飞扬，且对粉末形貌无伤害，产品粒度稳定，连续工作时间较长（超过30小时），分级成本低、效率高。粉末的扫描电镜照片和激光粒度分布如图5和图6所示。

实施例3

分级SnAg0.3Cu0.7粉末。采用二级分级装置，如图2所示。分级气氛为氩气。粉末8通过电磁振动送粉器由密闭容器输送到给粉管7，再通过给粉管7落到筛网9（筛网目数400目）上。基座10由已知的旋转振动机械驱动产生三维振动，该振动传递给支撑环1，又由支撑环1传给筛网9，从而实现粉末的一级分级。用于清理筛网9的高频振动的频率在47KHz，其振动模式为脉冲模式。通过一级筛网9的粉末8，除少量超细粉进入集风环51，然后经过旋风除尘器23沉降至第二收粉罐24以及极少部分进入高效过滤器16外，大部分通过集粉锥20汇集并通过二级给粉管50落到二级筛网31上。气流由进风管7供给给气流分配器5，气流分配器5将气流6均匀分布并形成层流，由控制系统中的PLC控制风机转速来控制围罩13内的压力，该压力范围为0.039个大气压。而通过一级筛网9的气流大部分进入集风环51中，通过转接头51进入旋风除尘器23，进入旋风除尘器23的粉末大部分被旋风除尘器23收集落入第二收粉罐24，而气体和少量超细粉末经过高效过滤器16过滤后成为洁净气体进入风机室14中，由风机15加速后参与新一轮分级过程。通过一级筛网9的极少部分气流进入围罩13中，参与二级分级过程。

落到二级筛网31（筛网目数500目）上的二级粉末27在二级筛网31的振动下实现二级分级，同样，二级筛网31的振动来自二级支撑环33，二级支撑环33的振动来自二级基座37，二级基座37的振动优选的是三维振动，基座10与二级基座37共用1个振源，也就是两个基座之间用硬连接。用于清理二级筛网31的高频振动的频率在50KHz，其振动模式为脉冲模式。

经过二级筛网31分级后的二级筛上粉42就是成品，它由二级出粉管32进入二级第一收粉罐43中，而通过二级筛网31的粉末，通过二级集粉锥45、二级输送管47进入二级旋风除尘器48，经过二级旋风除尘器48沉降至二级第二收粉罐49以及极少部分进入高效二级过滤器38。气流由二级进风管41供给给二级气流分配器28，二级气流分配器28将气流均匀分布并形成层流，气流的供给由二级围罩29中的压力决定，二级围罩29上的二级压力传感器30给出压力信号，由二级控制柜（PLC）44控制二级风机40转速来控制二级围罩29内的压力，该压力范围为0.036个大气压，而通过二级筛网31的气流，经二级输送管47进入二级旋风除尘器48，气体经过二级旋风除尘器48和高效二级过滤器38净化后成为洁净气体进入二级风机室39中，由二级风机40加速后参与新一轮分级过程。

经扫描电镜和激光粒度分布检测，所得SnAg0.3Cu0.7粉末的粒度在25～38微米之间，小于25微米粉末比例不超过3%，大于38微米粉末比例不超过1%，筛分精度高、效率高，分级过程无粉末飞扬，且对粉末形貌无伤害，产品粒度稳定，连续工作时间较长（超过20小时），分级成本低、效率高。

实施例4

分级SnAg_1.0Cu_0.5粉末。采用二级分级装置，如图2所示。分级气氛为空气。粉末8通过电磁振动送粉器由密闭容器输送到给粉管7，再通过给粉管7落到筛网9（筛网目数400目）上。基座10由已知的旋转振动机械驱动产生三维振动，该振动传递给支撑环1，又由支撑环1传给筛网9，从而实现粉末8的一级分级。用于清理筛网9的高频振动的频率在43KHz，其振动模式为连续与脉冲组合模式，工作时间比例为1:1。通过一级筛网9的粉末，除少量超细粉进入集风环51，然后经过旋风除尘器23沉降至第二收粉罐24以及极少部分进入高效过滤器16外，大部分通过集粉锥20汇集并通过二级给粉管50落到二级筛网31上。气流6由进风管7供给给气流分配器5，气流分配器5将气流6均匀分布并形成层流，由控制系统中的PLC控制风机转速来控制围罩13内的压力，该压力范围为0.026个大气压。而通过一级筛网9的气流大部分进入集风环51中，通过转接头52进入旋风除尘器23，进入旋风除尘器23的粉末大部分被旋风除尘器23收集落入第二收粉罐24，而气体和少量超细粉末经过高效过滤器16过滤后成为洁净气体进入风机室14中，由风机15加速后参与新一轮分级过程。通过一级筛网9的极少部分气流进入围罩13中，参与二级分级过程。

落到二级筛网31（筛网目数500目）上的二级粉末27在二级筛网31的振动下实现二级分级，同样，二级筛网31的振动来自二级支撑环33，二级支撑环33的振动来自二级基座37，二级基座37的振动优选的是三维振动，二级基座37与基座10共用1个振源，也就是两个基座之间用硬连接。用于清理二级筛网31的高频振动的频率在49KHz，其振动模式为连续与脉冲组合模式，工作时间比例为1:1。

经过二级筛网31分级后的二级筛上粉42就是成品，它由二级出粉管32进入二级第一收粉罐43中，而通过二级筛网31的粉末，通过二级集粉锥45、二级输送管47进入二级旋风除尘器48，经过二级旋风除尘器48沉降至二级第二收粉罐49以及极少部分进入高效二级过滤器38。气流由二级进风管41供给给二级气流分配器28，二级气流分配器28将气流均匀分布并形成层流，气流的供给由二级围罩29中的压力决定，二级围罩29上的二级压力传感器30给出压力信号，由二级控制系统中的PLC控制风机转速来控制二级围罩29内的压力，该压力范围为0.023个大气压，而通过二级筛网31的气流，经二级输送管47进入二级旋风除尘器48，气体经过二级旋风除尘器48和高效二级过滤器38净化后成为洁净气体进入二级风机室39中，由二级风机40加速后参与新一轮分级过程。

经扫描电镜和激光粒度分布检测，所得SnAg_1.0Cu_0.5粉末的粒度在25～38微米之间，小于25微米粉末比例不超过3%，大于38微米粉末比例不超过1%，筛分精度高、效率高，分级过程无粉末飞扬，且对粉末形貌无伤害，产品粒度稳定，连续工作时间较长（超过27小时），分级成本低、效率高。

实施例5

分级SnBi₃₀Cu_0.5粉末。采用二级分级装置，如图2所示。分级气氛为氮气。粉末8通过电磁振动送粉器由密闭容器输送到给粉管7，再通过给粉管7落到筛网9（筛网目数是325目）上。基座10由已知的旋转振动机械驱动产生三维振动，该振动传递给支撑环1，又由支撑环1传给筛网9，从而实现粉末的一级分级。用于清理筛网9的高频振动的频率在50KHz，其振动模式为连续、脉冲与停止的组合模式，工作时间比例为1:2:1。通过一级筛网9的粉末8，除少量超细粉进入集风环51，然后经过旋风除尘器23沉降至第二收粉罐24以及极少部分进入高效过滤器16外，大部分通过集粉锥20汇集并通过二级给粉管50落到二级筛网31上。气流6由进风管12供给给气流分配器5，气流分配器5将气流6均匀分布并形成层流，由控制系统中的PLC控制风机转速来控制围罩13内的压力，该压力范围为0.028个大气压。而通过一级筛网9的气流大部分进入集风环51中，通过转接头52进入旋风除尘器23，进入旋风除尘器23的粉末大部分被旋风除尘器23收集落入第二收粉罐24，而气体和少量超细粉末经过高效过滤器16过滤后成为洁净气体进入风机室14中，由风机15加速后参与新一轮分级过程。通过一级筛网9的极少部分气流进入围罩13中，参与二级分级过程。

落到二级筛网31上的二级粉末27在二级筛网31的振动下实现二级分级，同样，二级筛网31的振动来自二级支撑环33，二级支撑环33的振动来自二级基座37，二级基座37的振动优选的是三维振动，基座10与二级基座37共用1个振源，也就是两个基座之间用硬连接。用于清理二级筛网31的高频振动的频率在50KHz，其振动模式为连续、脉冲与停止的组合模式，工作时间比例为1:2:1。

经过二级筛网31（筛网目数是500目）分级后的二级筛上粉42就是成品，它由二级出粉管32进入二级第一收粉罐43中，而通过二级筛网31的粉末，通过二级集粉锥45、二级输送管47进入二级旋风除尘器48，经过二级旋风除尘器48沉降至二级第二收粉罐49以及极少部分进入高效二级过滤器38。气流由二级进风管41供给给二级气流分配器28，二级气流分配器28将气流均匀分布并形成层流，气流的供给由二级围罩29中的压力决定，二级围罩29上的压力传感器给出压力信号，由二级控制系统中的PLC控制二级风机40转速来控制二级围罩29内的压力，该压力范围为0.025个大气压，而通过二级筛网31的气流，经二级输送管47进入二级旋风除尘器48，气体经过二级旋风除尘器48和高效二级过滤器38净化后成为洁净气体进入二级风机室39中，由二级风机40加速后参与新一轮分级过程。

经扫描电镜和激光粒度分布检测，所得SnBi₃₀Cu_0.5粉末的粒度在25～45微米之间，小于25微米粉末比例不超过3%，大于45微米粉末比例不超过1%，筛分精度高、效率高，分级过程无粉末飞扬，且对粉末形貌无伤害，产品粒度稳定，连续工作时间较长（超过30小时），分级成本低、效率高。

本发明将机械分级、风力分级、高频振动清网有机结合起来，能有效提高分级精度，增加粉末粒度稳定性，延长连续分级时间，降低分级成本，是一种高精度、高效率、低成本、环保、适宜于连续制备高品质粉末特别是细粉比例较高以及密度较小粉末的分级方法。

Claims (8)

1.一种粉末分级装置，其特征在于：包括粉末供给部、气体供给部、分级部、收集部、净化部、控制部和辅助部；所述的粉末供给部包括集粉锥和给粉管；所述的气体供给部包括风机、风机室、进风管和气流分配器；所述的分级部包括支撑环、连接筋、振动环、振源、筛网和基座；所述的收集部包括出粉管、收粉罐和集粉锥；所述的净化部包括旋风除尘器和过滤器；所述的控制部包括PLC和压力传感器；所述的辅助部包括围罩和管道；所述的进风管与气流分配器相连，所述的气流分配器与围罩相连，所述的围罩罩在筛网上，所述的筛网安装在集粉锥的上口，所述的集粉锥安装在基座上，所述的基座与振动机械连接，所述的支撑环安装在基座上，所述的支撑环通过多个连接筋与振动环相连，所述的筛网粘接在支撑环与振动环上，所述的振源安装在振动环上，在筛网和围罩之间设置出粉管，所述的出粉管与第一收粉罐相连接；所述的集粉锥下端通过输送管与旋风除尘器相连，所述的旋风除尘器分别与过滤器和第二收粉罐相连，所述的过滤器和风机室相连，所述的风机室内设置风机，所述的风机室与进风管相连，构成封闭通道；在围罩上安装压力传感器，所述的压力传感器将压力信号传送到PLC，由PLC控制风机转速来控制围罩内的压力。

2.如权利要求1所述的粉末分级装置，其特征在于：所述的粉末分级装置串联构成二级或多级分级装置，在第一级分级装置中，所述的集粉锥下端与二级给粉管相连，同时集粉锥上设置集风环，所述的集风环通过转接头与旋风除尘器连接。

3.一种粉末分级方法，包括如下步骤：

(1)粉末通过给粉管落到筛网上，由风机产生气流通过进风管进入气流分配器，气流分配器将气流均匀分布并形成层流，使气流自上而下均匀地穿过筛网；

(2)基座由振动机械驱动产生运动，由基座传递给支撑环，又由支撑环传给筛网；同时，由振源产生振动，通过振动环传给筛网，粉末在筛网上的移动、分散以及穿过筛网，对粉末进行分级，筛网上的粉末通过出粉管进入第一收粉罐；

(3)气流通过筛网后经过集粉锥进入输送管，将通过筛网的粉末通过输送管带入旋风除尘器，粉末经过旋风除尘器沉降收集在第二收粉罐中，气体再经过过滤器过滤之后回到风机室内，由风机再次加速参与新一轮分级，整个分级在密闭循环系统中进行。

4.一种粉末分级方法，包括如下步骤：

(1)粉末通过给粉管落到筛网上，由风机产生气流通过进风管进入气流分配器，气流分配器将气流均匀分布并形成层流，使气流自上而下均匀地穿过筛网；

(2)基座由振动机械驱动产生运动，由基座传递给支撑环，又由支撑环传给筛网；同时，由振源产生振动，通过振动环传给筛网，粉末在筛网上的移动、分散以及穿过筛网，对粉末进行一级分级，筛网上的粉末通过出粉管进入第一收粉罐；

(3)气流通过筛网后经过集粉锥进入输送管，将通过一级筛网的微细粉末通过集风环、转接头和连接管带入旋风除尘器，经过旋风除尘器沉降收集在第二收粉罐中，气体再经过过滤器过滤之后回到风机室内，由风机再次加速参与新一轮分级；

(4)通过一级筛网的大部分粉末经过下一级给粉管进入下一级分级单元，进行下一级分级；最后一级分级单元中，通过筛网的粉末通过输送管进入旋风除尘器，经过旋风除尘器沉降收集在第二收粉罐中，整个分级在密闭循环系统中进行。

5.如权利要求3或4所述的粉末分级方法，其特征在于：所述的气流为空气、氮气和氩气中的一种或几种。

6.如权利要求3或4所述的粉末分级方法，其特征在于：所述的气流分配器与集粉锥之间的围罩上的压力为0.005～1个大气压。

7.如权利要求3或4所述的粉末分级方法，其特征在于：所述的基座的运动为三维运动、二维运动或一维运动。

8.如权利要求3或4所述的粉末分级方法，其特征在于：所述的振源的振动频率为20～100KHz，振动模式为连续、脉冲、停止以及它们的组合。