CN108554663A - 一种加厚粉体材料成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加厚粉体材料成型装置，涉及粉体解聚(均化)制备、坯体成型技术领域。此装置应用高压放电针的极化起电或气流冲击引起的摩擦起电的作用原理，使粉体显现同性电荷，增加排斥反应来控制粉体团聚，替代传统的粉体解聚(均化)制备工序，可提高解聚作业的质量与效率，减少相应的设备投入与工作量，降低工作成本。同时，在坯体成型工序装置的静电场中增加交流电磁场感应装置，使夹在粉体材料间的气体(空气和负离子气体)一旦被电离后，在感生电场的作用下作定向涡旋运动，有效终止离子从粉体涂层中逃逸后中和粉体携带的电荷，消除“自限制”特性，有效增加和控制粉体涂层厚度尺寸。同时可简化生产工序，提高生产效率，降低能源消耗。

Description

一种加厚粉体材料成型装置

技术领域

本发明涉及粉体成型技术领域，具体而言，涉及一种加厚粉体材料成型装置。

背景技术

传统的粉体材料生产工艺流程为：配料→坯料制备→坯体成型和干燥→烧结或固化。然而在坯料制备过程中不可避免的会出现粉体团聚的现象。由于粉体具有自发团聚的趋势，而团聚的存在又将大大影响材料优势的发挥，影响到产品的最终性能，因此如何改善粉体的分散性和稳定性是十分重要的操作工序。

坯料制备工序中，常见的粉体解聚(均化)方法有：

(1)机械分散，通过机械力作用强制将团聚的粉体分开，要求机械力必须大于颗粒间的粘接力。机械分散法一般包含研磨、普通球磨、振动球磨、胶体磨和机械搅拌。一般用于防止和破坏粉体间的软团聚。其分散效果较好，但易引入杂质，或改变粉体表面特性、晶型结构等性质，当机械力停止后，团聚也可能会再次发生。

(2)干燥处理，干燥处理是指通过破坏和防止粉体间形成的液桥来控制粉体团聚的方法。但均化不充分。有内加热和外加热两种方法。

1)内加热有红外加热和微波加热，加热时由于介质的气化过程在团聚体内部进行，降低了粉体之间的毛细管作用力，从而可以减少粉体之间的硬团聚。

2)外加热时，介质气化会在团聚体的表面进行，内部的液体可以通过毛细管输送到表面，但粉体间毛细管的作用不可避免。

(3)有机物洗涤，有机物洗涤是使用液态的表面张力小的有机物去洗涤团聚的粉体，置换团聚粉体表面吸附的水分，减小氢键作用和毛细管力，从而控制粉体团聚的方法。但存在有机物吸附，引入杂质。

(4)共沸蒸馏，共沸蒸馏法是使用与水共沸的共沸剂，将待蒸馏的含有水、乙酸和乙酸甲酯等的混合物共沸蒸馏的方法。常用的共沸剂为二甲、甲苯、苯醇等有机溶剂。将粉体和有机溶剂进行搅拌，混合后移至蒸馏瓶共沸，粉体混合物脱水后再加热至沸点，经过一定时间后，有机溶剂即可排出，随后对粉体进行干燥和煅烧，即可制得松散无团聚的粉体。但反应时间长，设备复杂。

(5)超声空化，超声波是一种频率高于20kHz的声波，方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。利用超声空化时产生的局部高温、高压、强冲击波和微射流等，可以较大幅度地弱化微体间的作用能，有效防止超细粉体微团聚，从而达到充分分散。但超声波定量控制复杂。

因此，如何有效地提高解聚作业的质量与效率，减少相应地设备投入与工作量，降低工作成本，成为影响行业进步的关键因素。

坯体成型工序中，常见的方法有：

(1)薄厚膜成型法；

(2)挤出成型法；

(3)干压成型法；

(4)等静压成型法；

(5)注浆成型法；

(6)注射成型法。

从事过相关工作的人都知道：以上粉体解聚(均化)制备和坯体成型方法都是成熟工艺已得到广泛应用。要想得到高质量的目标产品，需投入复杂、高价值的工艺设备，作业时间长且需分步执行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加厚型粉体材料成型装置，此装置应用高压放电针的极化起电或气流冲击引起的摩擦起电的作用原理，使粉体显现同性电荷，增加排斥反应来控制粉体团聚，替代传统的粉体解聚(均化)制备工序，可提高解聚(均化)作业的质量与效率，减少相应的设备投入与工作量，降低工作成本。同时，在粉体的坯体成型工序装置的静电场中增加交流电磁场感应装置，使夹在粉体材料间的气体(空气和负离子气体)一旦被电离后，在感生电场的作用下在涂层内作定向涡旋运动，有效终止离子从涂层中逃逸后中和粉体携带的电荷，消除“自限制”特性，增加和控制粉体涂层厚度尺寸。并且将粉体接收组件制作成与目标产品结构相适应的轮廓外形，使其成为接受、容纳粉体涂层构成目标产品坯体的成型模具，替代传统的坯体成型工装，实现粉体解聚(均化)制备、坯体成型一体化，简化生产工序，提高生产效率，降低能源消耗。

本发明是这样实现的：

一种加厚型粉体材料成型装置，包括：

原料仓，用于储存粉体材料；

喷枪，具有气体高速通过且可产生流体负压的流道，流道与原料仓通过第一输送管道连通，用于吸取、混合雾化、喷射粉体材料以及极化粉体材料；

压缩空气装置，用于提供压缩空气，与流道通过第二输送管道连通，高速流动的压缩空气在流道中形成负压，负压将吸取原料仓中的粉体材料进入流道；粉体材料在压缩空气推动作用下在流道中被混合雾化、或被极化并从流道射出；

粉体接收组件，用于吸引接收喷枪的发射端喷射出的粉体材料，粉体接收组件正对喷枪，且与粉体材料显现相反极性的电荷；

粉体解聚及驱动组件，粉体解聚及驱动组件包括负高压直流电源(高压静电发生器)或直流电源，直流电源的一极与喷枪连接，使得流道喷射的粉体材料表面之间显现稳定性高的同性电荷，增加排斥反应从而控制粉体材料团聚；直流电源另一极与粉体接收组件连接，且与喷枪以及粉体材料上已显现的同性电荷形成正负极性的驱动电场；粉体材料上已显现的同性电荷成为搭载粉体材料在驱动电场中向粉体接收组件运动的载体，在压缩空气推力和驱动电场共同作用下，同性电荷搭载着粉体材料被粉体接收组件上的相反极性的电荷吸引并接收形成粉体涂层。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，粉体解聚及驱动组件具体包括：

用于产生使粉体材料显现负电荷和驱动电场的负高压直流电源；以及

高压放电针，高压放电针与负高压直流电源的负极通过高压线连接，在负高压作用下使得其端部附近的空气被电离产生密集的空气负离子雾，也即电晕放电区域，且高压放电针设置于喷枪的流道内或流道外，且高压放电针与流道内的粉体材料相互接触或不相互接触；粉体材料在流道内接触高压放电针后被极化、穿过电晕放电区域后被进一步极化，使粉体材料显现同性的高密度的负电荷；或使得粉体材料在流道内不接触高压放电针、穿过电晕放电区域时被极化，使粉体材料显现同性的较高密度的负电荷；增加排斥反应从而控制粉体材料团聚；

其中，粉体接收组件与负高压直流电源的正极通过导线连接，使得粉体接收组件显现正极性，且与喷枪以及粉体材料上已显现的负电荷形成正负极性的驱动电场；粉体材料上已显现的负电荷成为搭载粉体材料在驱动电场中向粉体接收组件运动的载体，负电荷搭载着粉体材料在压缩空气推力和驱动电场共同作用下，离开喷枪的发射端转移奔向正极性的粉体接收组件，并吸附在粉体接收组件表面形成粉体涂层。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，粉体解聚及驱动组件具体包括：

用于产生使粉体材料显现正电荷的摩擦静电发生组件，摩擦静电发生组件为压缩空气装置与第二输送管道连通的流道，使得粉体材料在压缩空气推动作用下在流道中与流道的管壁和芯柱或者粉体材料相互之间摩擦后失去电子显现低密度的同性的正电荷，增加排斥反应从而控制粉体材料团聚；

用于产生驱动电场的直流电源，粉体接收组件与直流电源的负极连通而显现负极性，且与从流道射出的已显现正电荷的粉体材料形成正负极性的(静电)驱动电场；粉体材料上已显现的正电荷成为搭载粉体材料在(静电)驱动电场中向粉体接收组件运动的载体，正电荷搭载着粉体材料在压缩空气推力和所述(静电)驱动电场共同作用下，离开喷枪的发射端转移奔向负极性的粉体接收组件，并吸附在粉体接收组件表面形成粉体涂层。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，喷枪的流道的轴向截面为具有促进摩擦、产生静电的变径尺寸；

流道的管壁和芯柱的材料为具有低介质常数的有机聚合物。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，流道的管壁和芯柱的材料为具有低介质常数的聚四氟乙烯塑料。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，喷枪的端口设置与直流电源正极连通的金属导电环或导电针，用于吸收中和喷枪上聚集的电子和端口的随粉体流动逃逸的电子，且从金属导电环或导电针内流向直流电源的正极形成回收电流，从而使得粉体材料显现正电荷并趋于稳定。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，加厚型粉体材料成型装置还包括设置于粉体接收组件端的交流电磁场装置，交流电磁场装置用于使夹在粉体之间的气体电离后所产生的离子在感生电场的作用下在粉体涂层内作定向涡旋运动，从而有效终止离子从粉体涂层逃逸消除粉体的“自限制”特性，防止粉体涂层中逃逸的离子中和粉体材料表面携带的电荷而丧失与粉体接收组件上的异性电荷相吸引的能力，进而增加和控制粉体涂层厚度尺寸。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，粉体接收组件为用于接受、容纳粉体涂层构成目标产品坯体的成型模具，成型模具具有与目标产品结构相适应的轮廓外形，以实现粉体解聚(均化)制备与胚体成型一体化。

成型模具的材料为耐高温的导电材料。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，模具的材料为金属、导电陶瓷或石墨中的任一种。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，粉体接收组件水平放置以消除地球引力对粉体重力影响。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，交流电磁场装置包括通交流电的螺线管和磁铁芯，螺线管和磁铁芯设置于目标产品坯体的两端或一端，且螺线管和磁铁芯的截面外形与目标产品坯体的外形相匹配，以使目标产品坯体获得最大磁通量。

上述方案具有以下有益效果：

(1)本发明提供了一种加厚型粉体材料成型装置，应用高压放电针的极化起电或气流冲击引起的摩擦起电的作用原理，使粉体显现同性电荷，增加排斥反应来控制粉体团聚，替传统的粉体解聚(均化)制备工序，减少相应的设备投入和工作量，降低成本。

(2)本发明提供了一种加厚型粉体材料成型装置，配置交流电磁感应装置，克服传统静电转移(喷涂)粉体过程中，不可避免的粉体“自限制”特性，使粉体涂层厚度尺寸可以能人为控制地涂覆到接地的被涂物上。

(3)本发明提供了一种加厚型粉体材料成型装置，将被涂物(粉体接收组件113)制作成与目标产品结构相适应的轮廓外形，或在型芯的辅助作用下，成为接受、容纳粉体涂层构成目标产品坯体的成型模具，替代传统的坯体成型工装；被解聚(均化)的粉体材料在压缩空气推力和驱动电场共同作用下完成转移过程，形成目标产品坯体，替代传统的坯体成型工序，实现粉体解聚(均化)制备、坯体成型一体化，降低生产成本。

(4)本发明提供了一种加厚型粉体材料成型装置，用高压放电针的极化起电或气流冲击引起的摩擦起电的方法能完成粉体解聚(均化)制备的作用原理，与电磁感应能量场对粉体厚度尺寸能产生有效的控制作用相结合的思路，创新改进、优化传统的静电转移(喷涂)装置，组成磁/电复合能量场系统装置；将粉体解聚(均化)制备后应用静电转移(喷涂)的方式涂覆到耐高温能导电的工件表面或模具型腔内，作为粉体解聚(均化)制备、坯体成型一体化的有效方法，能广泛地应用于粉末冶金工件制作工程，陶瓷(无机非金属固体材料)工件制作工程，塑料或树脂粉体等材料任意厚度尺寸的涂覆、防腐、装饰工程，即所有粉体解聚(均化)制备和坯体成型工序。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的第一种加厚型粉体材料成型装置的结构示意图；

图2为传统的高压放电针与粉体接收组件组成的驱动电场的原理示意图；

图3为本发明的实施例提供的第二种加厚型粉体材料成型装置的结构示意图；

图4为本发明的实施例提供的摩擦产生静电形成的驱动电场的原理示意图；

图5为本发明的实施例提供的第三种加厚型粉体材料成型装置的结构示意图；

图6为图4中的气体被电离后的原理示意图；

图7为在交流电磁场中，被电离的空气离子的原理示意图；

图8为本发明的实施例提供的电生磁的楞次定律的原理示意图；

图9为本发明的实施例提供的涡旋电流的在第一种环境下原理示意图；

图10为本发明的实施例提供的涡旋电流的在第二种环境下原理示意图。

图标：100-加厚型粉体材料成型装置；101-原料仓；105-喷枪；109-电晕放电区域；111-压缩空气装置；113-粉体接收组件；115-直流电源；117-流道；119-负高压直流电源(高压静电发生器)；121-高压放电针；123-交流电磁场装置；125-正极性的金属导电环或导电针；127-第一输送管道；129-第二输送管道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

图1为本发明的实施例提供的第一种加厚型粉体材料成型装置100的结构示意图，请参阅图1，在本实施例中，加厚型粉体材料成型装置100包括原料仓101、喷枪105、静电驱动组件、压缩空气装置111以及粉体接收组件113。

具体地，请参阅图1，原料仓101用于提供粉体材料。喷枪105具有流道117，此流道117具有高速气体通过，并能产生流体负压吸取原料仓101中的粉体材料进入流道117。流道117与原料仓101通过第一输送管道127连通，用于吸取、混合雾化以及喷射粉体材料。驱动组件与喷枪105连接，使得流道117中喷出的粉体材料之间显现同性电荷，增加排斥反应从而控制粉体材料团聚。压缩空气装置111用于提供压缩空气，与流道117通过第二输送管道129连通，使得粉体材料在压缩空气推动作用下从流道117射出。粉体接收组件113正对喷枪105，用于接收喷枪105的发射端喷射出的粉体材料。

请再次参阅图1，粉体解聚及驱动组件具体包括：用于产生使粉体材料显现负电荷和驱动电场E的直流负高压直流电源119；以及高压放电针121，高压放电针121与直流负高压发生装置119的负极通过高压线连接，在负高压作用下使得其附近空气被电离产生密集空气负离子雾(电晕放电区域109)，且高压放电针121设置于喷枪105内或者喷枪105外，且高压放电针121与流道117内的粉体材料可以相互接触或者不相互接触。

经压缩空气混合雾化的介质(固态粉体料、流体料、半流体料)从端口喷出，因接触放电针121被极化显现负电荷，通过电晕放电区域109时再一次被极化吸收负离子而成为带密集负电荷的介质，因介质都带有同性电荷，彼此排斥，所以，介质在转移过程中呈分散状态，是粉体涂层能均匀化涂覆的技术表征。从而将静电转移(喷涂)粉体过程中所具有的介质特性(同性电荷，彼此排斥)应用在粉体坯料制备工序，替代传统的粉体解聚(均化)制备工序。

其中，负高压直流电源119的正极与粉体接收组件113通过导线连接，使得粉体接收组件113显现正极性，且与喷枪105中的高压放电针121以及已显现负电荷的粉体材料形成正负极性的驱动电场E(大小用大写字母E表示，方向如图2所示，从粉体接收组件113指向喷枪105)；粉体材料上已显现的负电荷成为搭载粉体材料在驱动电场E中向粉体接收组件113运动的载体，显现负电荷的粉体材料在压缩空气推力和驱动电场E共同作用下，离开喷枪105的发射端转移奔向正极性的粉体接收组件113，并吸附在粉体接收组件113表面形成粉体涂层。

请再次参阅图1中的上图，负高压直流电源119产生直流负高压(-60～-90KV)，与其相连接的高压放电针121设置在喷枪105中，由于负高压端的放电针放电，在其附近空气被电离产生密集空气负离子雾(带正电荷的离子和带负电荷的自由电子组成电晕放电区域109)；在电晕放电区域109中，带正电荷的离子奔向负极，被高压放电针121中和吸收，带负电荷的自由电子受到正极的吸引，向粉体接收组件113或目标产品对象移动；经压缩空气混合雾化的介质要从端口喷出，因接触高压放电针121被极化带负电荷，通过电晕放电区域109时再一次被极化吸收负离子而成为显现高密集负电荷的介质，在压缩空气推力和驱动电场E作用下，离开喷枪105发射端转移到正极性的粉体接收组件113或目标产品对象并吸附其表面。

图2为传统的高压放电针121和已显现负电荷的粉体材料与粉体接收组件113组成的驱动电场E的原理示意图，同时表述静电转移(喷涂)粉体过程中存在的“自限制”特性，终止了粉体涂层厚度尺寸增加，限制了工艺应用范围的原因。请参阅图2，由高压放电针121和已显现负电荷的粉体材料(负极性)与粉体接收组件113(正极性)组成的驱动电场E，在驱动电场E的区域内，除了空气外还存在极大量负离子(吸收电子的气体)、少量未被负离子和粉体吸附的自由电子、带密集负电荷的粉体颗粒，在气流和驱动电场E的共同驱动作用下，沿着电力线向粉体接收组件113快速移动。当自由电子、负离子和带密集负电荷的粉体，接触或者距离粉体接收组件113几个厘米时，马上会在粉体接收组件113表面感生出如图3所示的、数值相等的、极性相反的电荷(称之为“镜像电荷”)。带负电荷的粉体与“镜像电荷”之间马上就会产生一种相互吸引的力，使粉体被牢牢“粘”在粉体接收组件113表面上，形成粉体涂层，并且具有一定的粘接强度。同时，成对的电荷不仅异性相吸使粉体被吸附在粉体接收组件113表面上，还会在粉体接收组件113表面上建立另外一个界面电场，大小用字母e表示，方向如图2所示，从负电荷指向正电荷并与驱动电场E方向相反。随着带负电荷的自由电子和带密集负电荷粉体在粉体接收组件113表面的堆积，使粉体涂层内的界面电场强度e不断增大。实际上，每一粒沉附到粉体接收组件113表面上的粉体都会产生下列连贯的作用：增大涂层内积累电荷量—同值增大粉体接收组件113里的积累的“镜像电荷”—增强涂层内界面电场强度e。即：负电荷的数量与界面电场强度e成正比关系。

并且，界面电场强度e增大到足以把夹在粉体之间的气体(负离子气体和空气)实施电离。此时，存在于涂层内气体中的游离电子在界面电场中加速运动，撞击并分裂气体分子，同时产生大量电子和带正电荷的离子，由于极性相反的电荷相互吸引，故带负电荷的电子奔向相对电子为正的接地端，带正电的离子则力图从涂层中逃出奔向负极的高压放电针121。带正电荷的离子与正在移动过程中的、带负电荷的粉体相碰，正负电荷中和后使原本带负电荷的粉体呈中性。其结果是：当界面电场强度e达到一定临界值时，使驱动电场E中正在移动过程中的粉体失去电势能(正负电荷中和)，从而也就失去了吸附在粉体接收组件113表面上的能力，显示出传统静电转移(喷涂)粉体设备(装置)具有自动限制粉体涂层厚度尺寸增加的特征，称为“自限制”特性，终止了粉体涂层厚度尺寸增加。实际工作中，粉体涂层厚度尺寸一般不能超过0.5mm，再次复喷厚度也增加有限。

因此为了控制“自限制”特性对粉体涂层厚度尺寸的影响，在本实施例中，考虑到粉体吸附密集的负电荷是形成静电喷涂“自限制”特性的主要原因。因而，减少粉体吸附负电荷的机会和数量，是控制“自限制”特性，增加涂层厚度尺寸的有效方法之一。

作为优选的方案，请再次参阅图1中的下图。在本实施例中，将将高压放电针121外置，使粉体不与高压放电针121接触。将粉体进入驱动电场E的入口移动到电晕放电区域109中，减小粉体吸附负电荷的机会和数量。

图3为本发明的实施例提供的第二种加厚型粉体材料成型的结构示意图，请参阅图3，在本实施例中，作为另一种优选的方案，粉体解聚及驱动组件具体包括：用于产生使粉体材料显现正电荷的摩擦静电发生组件，摩擦静电发生组件为压缩空气装置111通过第二输送管道129连通的喷枪105中的流道117，使得粉体材料在压缩空气推动作用下在流道117中与流道117的管壁和芯柱或者粉体材料相互之间摩擦后失去电子显现低密度的同性的正电荷，增加排斥反应从而控制粉体材料团聚；

用于产生驱动电场的直流电源115，粉体接收组件113与直流电源115的负极通过导线连通而显现负极性，且与从流道117射出的已显现正电荷的粉体材料形成正负极性的(静电)驱动电场E(大小用大写字母E表示，方向如图4所示从喷枪105射出的粉体材料指向粉体接收组件113)；粉体材料上已显现的正电荷成为搭载粉体材料在(静电)驱动电场E中向粉体接收组件113运动的载体，显现正电荷的粉体在压缩空气推力和(静电)驱动电场E共同作用下，离开喷枪105的发射端转移奔向负极性的粉体接收组件113，并吸附在粉体接收组件113表面形成粉体涂层。

其中，粉体在压缩空气所产生的流体负压作用下，从原料仓101中吸入喷枪105的流道117中，相互间或与流道117的管壁和芯柱碰撞、摩擦、接触、离合产生静电。采用摩擦产生静电的方法使物体显现电荷的方法，可以减少静电发生设备投资，降低设备投资成本。当然，粉体相互摩擦或与其它物质摩擦也能产生静电，其携带电荷的密度比电晕放电产生的密度低，是控制“自限制”特性，增加粉体涂层厚度尺寸的有效方法之一。

进一步优选的，出口端粉体的带电极性和稳定性，取决于流道117管壁和芯柱制作材料的介电常数和喷枪105上所聚集电荷的转移效果。优选介电常数低、具备自润滑功能、耐磨的聚四氟乙烯塑料PTFE制作喷枪105流道117的管壁和芯柱。PTFE的介电常数为1.8～2.1，也就是说，任何比其介电常数高的物质，与其摩擦后均可得到正电荷(如：陶瓷、聚苯乙烯塑料、环氧树脂等)；任何比其介电常数低的物质，与其摩擦后均可得到负电荷(如：空气等)。比喷枪105的流道117管壁和芯柱制作材料塑料PTFE的介电常数大的单质或混合物粉体与其摩擦后将显现正电荷，粉体上的正电荷成为运动载体，显现正电荷的粉体在气流和(静电)驱动电场E的共同作用下奔向负极性的粉体接收组件113并吸附其表面形成粉体涂层，与该电荷等值负电荷则聚集在喷枪105上。

同时，设置在喷枪105端口的正极性的金属导电环或导电针125与直流电源115的正极连接显现正极性。聚集在喷枪105上的等值负电荷在正极性的金属导电环或导电针125的作用下沿导线向直流电源115正极移动形成回收电流I；在喷枪105中，靠近流道117的管壁和芯柱，比塑料PTFE的介电常数小的少部分压缩空气与其冲击、摩擦后显现负电荷吸附在空气上形成空气负离子，空气负离子与粉体颗粒上因摩擦显现的正电荷相中合，降低了粉体上的正电荷密度，这就是摩擦产生静电的方法使粉体上的电荷密度低的原因；同时，在流道117管壁和芯柱上因空气负离子感生的等值正电荷与喷枪105上已聚集的负电荷相中合，减小了回收电流I。

更进一步优选的，喷枪105端口设置的呈正极性的金属导电环或导电针125，用于吸收喷枪105上聚集的电子和随端口的粉体流动逃逸的电子，从而使得粉体显现正电荷并趋于稳定。

图4为本发明的实施例提供的摩擦产生静电形成驱动电场E的原理示意图。请参阅图3与图4，带正电荷的粉体与粉体接收组件113表面感生出如图4所示的、数值相等的、极性相反的电荷(称之为“镜像电荷”)。带正电荷的粉体与“镜像电荷”之间马上就会产生一种相互吸引的力，使粉体被牢牢“粘”在粉体接收组件113表面上，形成粉体涂层，并且具有一定的粘接强度。同时，成对的电荷不仅异性相吸使粉体被吸附在粉体接收组件113表面上，还会在粉体接收组件113表面上产生另外一个界面电场，大小用字母e表示，方向如图4所示，从负电荷指向正电荷并与驱动电场E的方向相反。所以粉体涂层区域由带正电荷的粉体、被夹在粉体之间的空气、随着涂层厚度增加而不断增强的界面电场e构成。因摩擦起电效应比负高压体极化起电效应让粉体能获得的电荷密度低很多，“自限制”特性的作用也降低。所以，粉体涂层厚度尺寸增大，超过0.5mm。但是，不断增强的界面电场e还是要电离被夹在粉体之间的气体，还是要产生“自限制”特性，从而限制粉体涂层厚度尺寸进一步增加。

图5为本发明的实施例提供的第三种加厚型粉体材料成型装置100的结构示意图。请参阅图5，在本实施例中，加厚型粉体材料成型装置100还包括设置于粉体接收组件113端的交流电磁场装置123，交流电磁场装置123用于使夹在粉体之间被电离的气体在感生电场的作用下作定向涡旋运动，从而有效终止离子从涂层逃逸，防止涂层中逃逸的离子中和粉体材料表面携带的电荷而丧失与粉体接收组件113的异性电荷相吸引的能力，彻底消除粉体的自限制特性，进而增加和控制粉体涂层厚度尺寸。

图6为图4中的气体被电离后的原理示意图；图7为本发明的实施例提供的在交变磁场中，被电离的气体离子的原理示意图；图8为本发明的实施例提供的电生磁的楞次定律的原理示意图，图9为本发明的实施例提供的涡旋电流I和感生磁场N’在第一种环境下原理示意图，图10为本发明的实施例提供的涡旋电流I和感生磁场N’在第二种环境下原理示意图。请参阅图6至图10，在本实施例中，粉体涂层一出现“自限制”特性，表明夹在粉体之间的气体已被电离，形成带正电荷和带负电荷的气体离子，宏观上，气体被电离产生的正、负电荷数量相等。被电离的气体，电阻可视为“O”，是良导体。被电离的气体非常活泼产生动态电场，具有扩张性，带正电荷和带负电荷的气体离子都有各自吸附异性电荷达到平衡的能力，运动轨迹垂直于粉体涂层表面。根据麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。交流电磁场装置123的交变磁场N从无到有，从有到无，都可以视为变化。把电离的气体离子视为导体材料，置于磁通量不断变化的磁场N中，激发感生的涡旋电场，产生涡旋电流I，其电动势呈无头无尾的闭合曲线，没有电势差的概念。电离的气体离子在涡旋电流的作用下，作定向能涡旋运动，涡旋运动方向与涡旋电流I方向一致，有效终止离子从涂层逃逸。同时，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。感生涡旋电流I产生阻碍引起涡旋电场的磁通量的变化的磁场N’，决定涡旋电流I旋转方向。

交流电磁场装置123的交变磁场N从无到有(磁场进入粉体涂层)，呈增加态。交变磁场N磁通量增加，粉体涂层处在磁通量要变大的磁场中。涡旋电流I必然具有一个阻碍交变磁场N变大的、方向与交变磁场N相反的感生磁场N’。已知磁场N’的方向，把涡旋电流视为通电螺线管。根据右手螺旋定则(也称安培定则)(如图8所示)确定：涡旋电流在图示9的环境下，涡旋电流I沿逆时针方向旋转。

交流电磁场装置123的交变磁场N从有到无(磁场离开粉体涂层)，呈减小态。交变磁场N磁通量减少，粉体涂层处在磁通量要变小的磁场中。涡旋电流I必然具有一个阻碍交变磁场N变小的、方向与交变磁场N相同的感生磁场N’，补充磁通量阻碍交变磁场N变小。已知磁场N’的方向，把涡旋电流视为通电螺线管。根据右手螺旋定则(也称安培定则)(如图8所示)确定：涡旋电流在图示10的环境下，涡旋电流I也是沿逆时针方向旋转。

无论粉体涂层外加的交变磁场N的磁通量怎么变化，气体离子的定向旋转方向不变，限制了粉体涂层内气体离子的逸出，使磁电能量场应用于粉体的解聚(均化)制备工序、磁电能量场应用于坯体的成型工序一体化才有可行性，并能彻底消除“自限制”特性，有效增加和控制粉体涂层厚度尺寸，为制备不同厚度尺寸的工件奠定技术理论基础。气体离子的涡旋运动使涂层中的粉体产生热量，体现电—磁—热的能量转换关系。所生产的热量将被有效利用(干燥和固化粉体涂层材料)。常压室温条件下，构成涂层的粉体，特别是无机非金属化合物粉体，在上书界面电场中形成的极化状态(粉体紧密度高。在同一方向上，有电势、没有电流，即便是拆除外加驱动电场仍然保持极化状态。)，使粉体坯体具有一定的粘接强度，利于坯体移动进入烧结工序。同时，产生粉体间的距离趋近优势，使相互接触的粉体颈部面积增大，促进烧结过程中的物质扩散、气孔率下降、坯体密度提高。同时，极化效应额外地增加了粉体的表面能。根据最小能量原理，增加了推动烧结的动力，促进晶粒生成、加快化学反应、提高粉体密度、降低烧结成瓷温度。这也是对无机非金属化合物粉体材料烧结过程最为重要的动力理论。

进一步优选的，在本实施例中，粉体接收组件113为用于接受、容纳粉体涂层构成目标产品坯体的成型模具，模具具有与目标产品结构相适应的轮廓外形，以实现粉体材料解聚(均化)制备与胚体成型一体化，降低生产成本。

模具的材料为金属、导电陶瓷或石墨中的任一种。制作型芯的材料必须是易溃散的非导体，有硅砂、石灰石、桐油等。当然，在本发明的实施例中，还包括模具的选择与结构、坯料的尺寸等，本发明的实施例不再赘述。

粉体接收组件113水平放置以消除地球引力对粉体重力影响。交流电磁场装置123包括通交流电的螺线管和磁铁芯，螺线管和磁铁芯设置于粉体涂层的两端或一端，且螺线管和磁铁芯的截面外形与目标产品坯体的外形相匹配，以使坯体获得最大磁通量。同时，产生电磁场的螺线管和磁铁芯的技术参数需试验数据决定。

综上所述，本发明的实施例提供的加厚型粉体材料成型装置100的有益效果为：

(1)本发明提供了一种加厚型粉体材料成型装置100，应用高压放电针121的极化起电或气流冲击引起的摩擦起电的作用原理，使粉体显现同性电荷，增加排斥反应来控制粉体团聚，替代粉体坯料的传统解聚(均化)制备工序，减少相应的设备投入和工作量，降低成本。

(2)本发明提供了一种加厚型粉体材料成型装置100，配置交流电磁感应装置，克服传统静电转移(喷涂)粉体过程中，不可避免的粉体“自限制”特性，使涂层厚度尺寸可以能人为控制地涂覆到接地的被涂物上。

(3)本发明提供了一种加厚型粉体材料成型装置100，将被涂物(粉体接收组件113)制作成与产品结构相适应的轮廓外形，成为接受、容纳粉体涂层构成目标产品坯体的成型模具，或在型芯的辅助作用下，再应用静电转移(喷涂)原理完成粉体坯料的转移过程，形成目标产品坯体，替代粉体的传统成型工序，实现粉体解聚(均化)制备、坯料成型一体化，降低生产成本。

(4)本发明提供了一种加厚型粉体材料成型装置100，用高压放电针121的极化起电或气流冲击引起的摩擦起电的方法能使粉体解聚(均化)的作用原理，与电磁感应能量场对粉体厚度尺寸能产生有效的控制作用相结合的思路，创新改进、优化传统静电转移(喷涂)装置，组成磁/电复合能量场系统装置。将解聚(均化)后的粉体应用静电转移(喷涂)的方式涂覆到能导电的工件表面或模具型腔内，作为粉体解聚(均化)制备、坯体成型一体化的有效方法，能广泛地应用于粉末冶金工件制作工程，陶瓷(无机非金属固体材料)工件制作工程，塑料或树脂粉体材料任意厚度尺寸的涂覆、防腐、装饰工程，即所有粉体坯料制备和成型工序。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加厚型粉体材料成型装置，其特征在于，包括：

原料仓，用于储存粉体材料；

喷枪，所述喷枪具有气体高速通过且可产生流体负压的流道，所述流道与所述原料仓通过第一输送管道连通，用于吸取、混合雾化、喷射所述粉体材料以及极化所述粉体材料；

压缩空气装置，用于提供压缩空气，与所述流道通过第二输送管道连通，高速流动的所述压缩空气在所述流道中产生所述负压，所述负压吸取所述原料仓中的所述粉体材料进入所述流道；所述粉体材料在所述压缩空气推动作用下在所述流道中被混合雾化、被极化并从所述流道射出；

粉体接收组件，用于吸引接收所述喷枪的发射端喷射出的所述粉体材料，所述粉体接收组件正对所述喷枪，且与所述粉体材料显现相反极性的电荷；

粉体解聚及驱动组件，所述粉体解聚及驱动组件包括负高压直流电源或直流电源，所述直流电源的一极与所述喷枪连接，使得所述流道喷射的所述粉体材料表面之间显现稳定性高的同性电荷，增加排斥反应从而控制所述粉体材料团聚；所述直流电源另一极与所述粉体接收组件连接，且与所述喷枪以及所述粉体材料上已显现的所述同性电荷形成正负极性的驱动电场；所述粉体材料上已显现的所述同性电荷成为搭载所述粉体材料在所述驱动电场中向所述粉体接收组件运动的载体，在所述压缩空气推力和驱动电场共同作用下，所述同性电荷搭载着所述粉体材料被所述粉体接收组件上的所述相反极性的电荷吸引并接收形成粉体涂层。

2.根据权利要求1所述的加厚型粉体材料成型装置，其特征在于，所述粉体解聚及驱动组件具体包括：

用于产生使粉体材料显现负电荷和驱动电场的负高压直流电源；以及

高压放电针，所述高压放电针与所述负高压直流电源的负极通过高压线连接，在负高压作用下使得其端部附近的空气被电离产生密集的空气负离子雾，也即电晕放电区域，且所述高压放电针设置于所述喷枪的所述流道内或所述流道外，且所述高压放电针与所述流道内的所述粉体材料相互接触或不相互接触；所述粉体材料在所述流道内接触所述高压放电针后被极化、穿过所述电晕放电区域后被进一步极化，使所述粉体材料显现同性的高密度的负电荷；或使得所述粉体材料在所述流道内不接触所述高压放电针、穿过所述电晕放电区域时被极化，使所述粉体材料显现同性的较高密度的所述负电荷；增加排斥反应从而控制所述粉体材料团聚；

其中，所述粉体接收组件与所述负高压直流电源的正极通过导线连接，使得所述粉体接收组件显现正极性，且与所述喷枪以及所述粉体材料上已显现的所述负电荷形成正负极性的驱动电场；所述粉体材料上已显现的所述负电荷成为搭载所述粉体材料在所述驱动电场中向所述粉体接收组件运动的载体，所述负电荷搭载着所述粉体材料在所述压缩空气推力和所述驱动电场共同作用下，离开所述喷枪的发射端转移奔向所述正极性的所述粉体接收组件，并吸附在所述粉体接收组件表面形成所述粉体涂层。

3.根据权利要求1所述的加厚型粉体材料成型装置，其特征在于，所述粉体解聚及驱动组件具体包括：

用于产生使粉体材料显现正电荷的摩擦静电发生组件，所述摩擦静电发生组件为所述压缩空气装置与第二输送管道连通的所述流道，使得所述粉体材料在所述压缩空气推动作用下在所述流道中与所述流道的管壁和芯柱或者所述粉体材料相互之间摩擦后失去电子显现低密度的同性的所述正电荷，增加排斥反应从而控制所述粉体材料团聚；

用于产生驱动电场的直流电源，所述粉体接收组件与所述直流电源的负极连通而显现负极性，且与从所述流道射出的已显现所述正电荷的所述粉体材料形成正负极性的静电驱动电场；所述粉体材料上已显现的所述正电荷成为搭载所述粉体材料在所述静电驱动电场中向所述粉体接收组件运动的载体，所述正电荷搭载着所述粉体材料在所述压缩空气推力和所述静电驱动电场共同作用下，离开所述喷枪的发射端转移奔向所述负极性的所述粉体接收组件，并吸附在所述粉体接收组件表面形成所述粉体涂层。

4.根据权利要求3所述的加厚型粉体材料成型装置，其特征在于：

所述喷枪的所述流道的轴向截面为具有促进摩擦、产生静电的变径尺寸；

所述流道的管壁和芯柱的材料为具有低介质常数的有机聚合物。

5.根据权利要求3所述的加厚型粉体材料成型装置，其特征在于：

所述喷枪的端口设置与所述直流电源正极连通的金属导电环或导电针，用于吸收、中和所述喷枪上聚集的电子和所述端口的随粉体流动逃逸的电子，且从所述金属导电环或导电针内流向所述直流电源的正极形成回收电流，从而使得所述粉体材料显现所述正电荷并趋于稳定。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的加厚型粉体材料成型装置，其特征在于：

所述加厚型粉体材料成型装置还包括设置于所述粉体接收组件端的交流电磁场装置，所述交流电磁场装置用于使夹在粉体之间的气体电离后所产生的离子在感生电场的作用下在涂层内作定向涡旋运动，从而有效终止离子从所述粉体涂层中逃逸消除粉体的“自限制”特性，防止所述粉体涂层中逃逸的所述离子中和所述粉体材料表面携带的电荷，而丧失与所述粉体接收组件上的所述相反极性的电荷相吸引的能力，进而增加和控制粉体涂层厚度尺寸。

7.根据权利要求6所述的加厚型粉体材料成型装置，其特征在于：

所述粉体接收组件为用于接受、容纳粉体涂层构成目标产品坯体的成型模具，所述成型模具具有与所述目标产品结构相适应的轮廓外形，以实现粉体解聚(均化)制备与胚体成型一体化。

8.根据权利要求7所述的加厚型粉体材料成型装置，其特征在于：

所述模具的材料为耐高温的导电材料；

所述模具的材料为金属、导电陶瓷或石墨中的任一种。

9.根据权利要求7所述的加厚型粉体材料成型装置，其特征在于：

所述粉体接收组件水平放置以消除地球引力对粉体的重力影响。

10.根据权利要求7所述的加厚型粉体材料成型装置，其特征在于：

所述交流电磁场装置包括通交流电的螺线管和磁铁芯，所述螺线管和磁铁芯设置于所述目标产品坯体的两端或一端，且所述螺线管和磁铁芯的截面外形与所述目标产品坯体外形相匹配，以使所述目标产品坯体获得最大磁通量。