CN109530713B - 一种制备复合金属粉的装置、方法和复合金属粉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备复合金属粉的装置、方法和复合金属粉。该装置包括雾化系统,所述雾化系统包括混合器以及离心雾化器;其中,所述混合器具有中心腔以及环绕中心腔设置的环形腔,所述中心腔的下部设置有与中心腔连通的中心孔,所述环形腔的下部设置有与环形腔连通且环绕中心孔设置的锥形缝,所述锥形缝朝向中心孔的轴线收缩,并且所述锥形缝的焦点与所述中心孔的轴线相交;其中,离心雾化器包括旋转盘以及与旋转盘传动连接的动力装置;所述旋转盘位于所述锥形缝的焦点的下方。用于制备的核壳结构的复合金属粉的范围广泛,可方便且容易地对核壳结构中核以及壳的成分进行设计,生产效率高等优点。

Description

一种制备复合金属粉的装置、方法和复合金属粉
技术领域
本发明属于金属粉末制备领域,具体涉及一种基于离心雾化技术的装置和方法。
背景技术
在电子工业中,焊接过程中会对元器件产生不良影响,为了减小这种不良影响,希望降低焊接温度,但这又同强度、疲劳等性能要求相冲突。为了解决这个问题,人们采用了多种方法来应对,比较理想的技术方案是焊接温度相对较低,焊缝性能相对较高,比如中国专利CN101323020A提出了一种低熔点核/壳结构锡铋铜焊粉合金粉末及其制备方法,该发明给出的焊粉内核熔点相对较高,外壳熔点相对较低,于是在焊接过程中可降低焊接温度,而焊缝的强度高于单一外壳质焊粉的焊接强度,但该发明的不足之处在于,其方法只适合于一些在凝固过程中具有分层倾向的偏晶合金,因此使用范围较窄;又如美国专利US6360939B1披露了制造电子工业用焊粉的方法,该焊粉具有一基本焊粉粉末和在焊接过程中不熔化的金属粉末,这种方法也能相对降低焊接温度并相对提高焊缝性能,但不足是容易产生焊接缺陷,降低焊点的可靠性。已有技术存在的问题需要通过技术进步加以解决。
发明内容
为解决上述其中至少一问题,本发明提供一种制备复合金属粉的装置、方法和复合金属粉。
本发明一实施例中提供一种制备复合金属粉的装置,包括:
雾化系统,雾化系统包括混合器以及离心雾化器;
其中,混合器具有中心腔以及环绕中心腔设置的环形腔,中心腔的下部设置有与中心腔连通的中心孔,环形腔的下部设置有与环形腔连通且环绕中心孔设置的锥形缝,锥形缝朝向中心孔的轴线收缩,并且锥形缝的焦点与中心孔的轴线相交;锥形缝顶角20~100°,优选50~70°;
其中,离心雾化器包括旋转盘以及与旋转盘传动连接的动力装置;旋转盘位于锥形缝的焦点的下方20~600毫米,优选80~300毫米,可根据粉末直径来确定。
在本发明的一些实施例中,装置还包括:
雾化腔室,雾化腔室包括雾化室,位于雾化室的上方的上保护室以及与雾化室的下部连接的集粉罐;混合器的中心孔和锥形缝以及旋转盘位于雾化室内。
在本发明的一些实施例中,装置还包括:
供料系统,供料系统包括位于上保护室内的核料定量输送器以及位于雾化腔室外部的熔体输送装置;核料定量输送器连通混合器的中心腔;熔体输送装置包括熔炼炉以及与熔炼炉连通的熔体定量输送器,熔体定量输送器通过熔体输送管道连通混合器的环形腔;优选地,核料定量输送器以及混合器均设置有温度控制器。
在本发明的一些实施例中,装置还包括:
气氛及压力控制系统,气氛及压力控制系统包括与上保护室连接的第一压力控制器,与雾化室连接的第二气体压力控制器和氧浓度控制器,以及分别与上保护室、雾化室和熔炼炉连接的真空系统。
在本发明的一些实施例中,装置还包括:
控制系统,控制系统分别与雾化系统、供料系统和气氛及压力控制系统电连接。
本发明的一些实施例中提供一种使用上述任一实施例的装置制备复合金属粉的方法,包括以下步骤:
准备熔体以及核料;
熔体通过喷射形成锥形薄膜,核料形成核料流,核料流与锥形薄膜在焦点附近相交,使得熔体与核料混合得到混合料;
对混合料进行离心雾化。
在本发明的一些实施例中,该方法包括:
装炉,将形成熔体所用金属原料按设计配比装入熔炼炉中,将核料装入核料定量输送器中;
气氛准备,启动真空系统对上保护室、雾化室及熔炼炉抽真空,当真空达到设定值时充入保护气体使熔雾化室及熔炼炉的压力达到设定值;
加热与熔炼,开启熔炼炉的电源,对金属原料进行加热熔炼,同时预热核料定量输送器以及混合器;
雾化,当熔炼完成且核料定量输送器以及混合器的温度达到设定值时,启动熔体定量输送器,将熔体定量输送到混合器的环形腔中,熔体在压力的作用下通过混合器的锥形缝喷射出来,形成锥形薄膜;与此同时开启核料定量输送器,将核料定量输送到混合器的中心腔中,通过混合器的中心孔形成核料流并落到锥形薄膜上,核料与熔体混合得到混合料并一起喷射到旋转盘上,通过旋转盘进行离心雾化,随后冷却凝固形成核壳结构的复合金属粉;
收集、分级与包装,雾化形成的复合金属粉落入收粉罐中,经过分级制备出成品,然后包装。
在本发明的一些实施例中,上保护室中的压力为0~1MPa,优选为0~0.03MPa;雾化室的压力为0~1MPa,优选为0~0.03MPa;雾化室中氧浓度为20~3000ppm,优选为50~1000ppm;混合器中熔体压力为0.1~5MPa,优选为0.3~0.5MPa。
在本发明的一些实施例中,混合器内熔体的过热温度为20~320℃,优选为50~120℃;同时混合器的预热温度在小于熔体的熔点100~320℃范围内,优选为50~120℃。
在本发明的一些实施例中,旋转盘的转速为5000~90000rpm,优选为30000~50000rpm。
本发明另一实施例中提供一种使用上述实施例中的方法制备的复合金属粉,复合金属粉为核壳结构,核壳结构中壳的材料为熔点在450℃以下的金属或合金;核壳结构中核的材料为熔点在600℃以上的金属或合金;优选地,壳的材料包括Ag、Cu、Sn、Bi、Sb、Ni、Ti、In或Re中的至少一种;优选地,核的材料包括Ag、Cu、Ti、Al、Ni或Fe中的至少一种。
本发明提供一种基于离心雾化技术的制备具有核壳结构的复合金属粉的装置和方法,先通过混合器实现熔体和核料的混合,通过旋转盘的离心作用和表面张力的共同作用,形成核壳结构。可用于制备的核壳结构的复合金属粉的范围广泛,可方便且容易地对核壳结构中核以及壳的成分进行设计,生产效率高等优点。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1为本发明一实施方式的制备装置的结构示意图。
图中,上保护室1,第一阀门2,第一压力控制器3,第一真空管道4,第二真空管道5,第二阀门6,第二气体压力控制器7,氧浓度控制器8,雾化室9,控制系统10,第三真空管路11,第三阀门12,主阀门13,真空系统14,储料仓15,第一温度控制器16,核料定量输送器17,混合器18,熔体19,第二温度控制器20,熔体输送管道21,核料22,复合金属粉23,旋转盘24,动力装置25,熔炼炉26,熔体定量输送器27,集粉罐28。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明其中一实施方式提供一种制备复合金属粉的装置,如图1所示,包括:
雾化系统,雾化系统包括混合器18以及位于混合器18下方的离心雾化器。雾化系统位于雾化腔室内。
其中,混合器18具有中心腔以及环绕中心腔设置的环形腔,中心腔的下部设置有与中心腔连通的中心孔,环形腔的下部设置有与环形腔连通且环绕中心孔设置的锥形缝,锥形缝顶角20~100°,优选50~70°,锥形缝朝向中心孔的轴线收缩,并且锥形缝的焦点与中心孔的轴线相交。在一个实施例中,中心孔为向外扩张的锥形孔,有利于将喷出的核料22控制在锥形缝的焦点附近,落到锥形孔形成的锥形液膜上,由此将核料22与熔体19进行良好的混合并且将核料使用熔体进行包裹。锥形缝的出口可为设置在同一圆周上的多个独立的孔或者为环形孔,只要可形成锥形薄膜即可。另外,在另一实施例中,混合器18还设置有第二温度控制器20。
其中,离心雾化器包括旋转盘24以及与旋转盘24传动连接的动力装置25。旋转盘24位于锥形缝的焦点的下方20~600毫米,优选80~300毫米,根据粉末直径来定。用于接收熔体和核料的混合料。在旋转盘24上核料22与熔体进一步混合,通过旋转盘24进行离心雾化,在离心作用和表面张力的共同作用形成核壳结构的复合金属粉23。本发明该雾化系统的适应范围广泛,可用于制备的核壳结构的复合金属粉的范围广泛,可方便且容易地对核壳结构中核以及壳的成分进行设计,生产效率高。在一个实施例中,旋转盘24由氮化硼、氮化铝、氮化钛、氮化硅、氧化锆、氧化铝、金刚石、石墨、钛与钛合金、模具钢、不锈钢、高熔点金属与合金以及其它对所雾化的熔体具有较强抗腐蚀能力的材料中任一种或其组合构成。针对不同的熔体可具有不同的优先选择,使得旋转盘对所雾化的熔体具有较强的抗腐蚀能力、抗热冲击性能和耐冲刷性能,并且强度高,容易加工,成本较低。在一个实施例中,动力装置25可为高速电机。
在本发明另一实施例中,制备复合金属粉的装置,如图1所示,还包括:
雾化腔室,雾化腔室包括雾化室9,位于所述雾化室9的上方的上保护室1以及与雾化室9的下部连接的集粉罐28。
在一个优选的实施例中,混合器18的上部位于上保护室1内,具有中心孔以及锥形缝的下部位于雾化室9内。离心雾化器的旋转盘也位于雾化室9内,用于进行离心雾化制备复合金属粉。
在本发明另一实施例中,制备复合金属粉的装置,如图1所示,还包括:
供料系统,供料系统包括位于上保护室1内的核料定量输送器17以及位于雾化腔室外部的熔体输送装置。核料定量输送器17连通混合器18的中心腔,用于将核料定量输送至中心腔。在另一实施例中,核料定量输送器17还设置有第一温度控制器16。另外,核料定量输送器17还可连接有储料仓15。核料定量输送器17以及混合器18设置温度控制器的目的在于,对核料进行预热,使其达到设定温度,避免由于核料和熔体的温度相差太大导致影响混合或形成核壳结构。熔体输送装置包括熔炼炉26以及与熔炼炉26连通的熔体定量输送器27。熔体定量输送器27通过熔体输送管道21连接至混合器18位于上保护室内的部分,从而连通混合器18的环形腔,用于将熔炼炉内的熔体定量输送至环形腔。在一个实施例中,熔体定量输送器27可包括定量输送泵及控制器,进一步,该控制器可以是压差流量控制器。核料定量输送器17以及熔体定量输送器27可分别实现核料和熔体的定量输送,通过控制输送速率,能够控制核壳结构中壳的厚度,并且可控制复合金属粉的生产速率。
在本发明另一实施例中,制备复合金属粉的装置,如图1所示,还包括:
气氛及压力控制系统,气氛及压力控制系统包括与上保护室1连接的第一压力控制器3,与雾化室9连接的第二气体压力控制器7和氧浓度控制器8,以及分别与上保护室1、雾化室9和熔炼炉26连接的真空系统14。气氛及压力控制系统用于控制上保护室、雾化室和熔炼炉的气氛和压力,保证复合金属粉生产过程具有合适的气氛和压力,避免引入杂质。
其中,第一压力控制器3和第二气体压力控制器7,能够自动控制上保护室1和雾化室9内气氛的压力水平,由压力传感器、给气控制阀、排气控制阀和压力控制器等组成。
其中,真空系统14的主真空管道上设置有主阀门13;与主管道连接的第一真空管道4连通上保护室1,第一真空管道4设置有第一阀门2;与主真空管道连接的第二真空管道5连通雾化室9,第二真空管道5设置有第二阀门6;与主真空管道连接的第三真空管路11连通熔炼炉26,第三真空管路11设置有第三阀门12。
在本发明另一实施例中,制备复合金属粉的装置,如图1所示,还包括:
控制系统10,控制系统10分别与雾化系统、供料系统和气氛及压力控制系统电连接,控制整个装置的操作与运行。
本发明其中另一实施方式提供一种制备复合金属粉的方法,包括以下步骤:
准备熔体以及核料;
熔体通过喷射形成锥形薄膜,核料形成核料流,核料流与锥形薄膜在焦点附近相交,使得熔体与核料混合得到混合料;
对混合料进行离心雾化。
进一步,在本发明其中另一优选的实施方式中,一种制备复合金属粉的方法,包括以下步骤:
装炉:将形成熔体所用金属原料按设计配比装入熔炼炉26中,将核料22装入核料定量输送器17中;
气氛准备:启动真空系统14对上保护室1、雾化室9及熔炼炉26抽真空,当真空达到设定值时充入保护气体使熔雾化室9及炼炉26的压力达到设定值;
加热与熔炼:开启熔炼炉26的电源,对金属原料进行加热熔炼,同时预热核料定量输送器17以及混合器18;
雾化:当熔炼完成且核料定量输送器17以及混合器18的温度达到设定值时,启动熔体定量输送器27,将熔体定量输送到混合器18的环形腔中,熔体在压力的作用下通过混合器18的锥形缝喷射出来,形成锥形薄膜,薄膜汇聚后形成发散熔滴锥喷射到高速旋转的旋转盘24上,与此同时开启核料定量输送器17,将核料22定量输送到混合器18的中心腔中,通过混合器18的中心孔形成核料流并落到锥形薄膜上,核料22被熔体锥形薄膜加速,经过焦点实现混合得到混合料,核料与熔体一起喷射到旋转盘24上,在旋转盘24上核料22与熔体进一步混合,通过旋转盘24进行离心雾化,在离心作用和表面张力的共同作用形成核膜结构,随后冷却凝固形成核壳结构的复合金属粉23;
收集、分级与包装:雾化形成的复合金属粉落入收粉罐28中,经过分级制备出成品,然后包装。
其中,在另一实施例中,保护气体为氮气、氩气、氦气、二氧化碳、氢气、甲烷以及其他具有保护金属不被氧化的气体中的一种或几种,优选的是氮气和氩气;对于不易氧化的金属雾化可不进行气氛准备,直接进入加热熔炼步骤。
其中,在另一实施例中,核料可根据实际需要进行选择,优选为球形粉状核料,更优选为高熔点球形粉状核料。
其中,在另一实施例中,雾化时上保护室1中的压力为0~1MPa,优选为0~0.03MPa;雾化室9的压力为0~1MPa,优选为0~0.03MPa。
其中,在另一实施例中,为了获得较好的粉末表面稳定性和形貌,需要保持雾化室9中有一定的氧浓度,雾化室9中氧浓度为20~3000ppm,优选为50~1000ppm。
其中,在另一实施例中,为了使雾化过程能够顺利进行而不堵炉,混合器18内的熔体要有一定的过热度。混合器18内熔体的过热温度为20~320℃,优选为50~120℃;同时混合器18及其所装的核料也要预热,预热温度在小于熔体的熔点100~320℃范围,优选为50~120℃。
为了使熔体射流获得一定的喷射速度形成锥形薄膜且具有稳定流量,需要由熔体定量输送器定量输送熔体给混合器18,保证混合器18中熔体的压力稳定,在另一实施例中,雾化时混合器18中熔体压力为0.1~5MPa,优选为0.3~0.5MPa。
离心雾化器的高速旋转对于获得细小的熔体雾是必要的,在另一实施例中,本发明中旋转盘的转速为5000~90000rpm,优选为30000~50000rpm。
在另一实施例中,本发明可以用来制备核壳结构的复合金属粉,例如外壳材质为Ag、Cu、Sn、Bi、Sb、Ni、Ti、In、Re中的一种或几种金属组成熔点在450℃以下的金属或合金,内核材质为Ag、Cu、Ti、Al、Ni、Fe中的一种或几种金属组成熔点在600℃以上的金属或合金。本发明的外壳材料可为熔点相对较低的焊料合金,内核材料可为熔点相对较高、导电性好的粉料,在熔点相对较低的焊料合金的雾化过程中,将熔点相对较高、导电性好的粉料加入焊料合金熔体中,并通过混合器实现二者的混合,通过旋转盘的离心作用和表面张力的共同作用,形成内部为高熔点、高导电的核料,外壳为熔点相对较低的焊料合金的核壳结构,可以制备降低焊接温度,并提高焊点的强度、导电性与疲劳等性能的复合金属焊粉。
实施例1
SnAgCu305-Cu复合金属焊粉制备的方法,包括以下步骤:
装炉:将形成SnAgCu305熔体所用金属原料按设计配比装入熔炼炉26中,将20~45μm球形Cu粉装入核料定量输送器17中;
气氛准备:启动真空系统14对上保护室1、雾化室9及熔炼炉26抽真空,当真空达到设定值时充入氮气体使熔雾化室9及炼炉26的压力达到0.03MPa;雾化室9中氧浓度为800ppm;
加热与熔炼:开启熔炼炉26的电源,对金属原料进行加热熔炼,同时加热核料定量输送器17、混合器18及其所装的Cu粉达到310℃时保温;
雾化:当熔炼完成且核料定量输送器17以及混合器18以及Cu粉的温度达到310℃时,启动熔体定量输送器27,将熔体定量输送到混合器18的环形腔中,熔体压力保持在0.5Mpa,熔体在压力的作用下通过混合器18的锥形缝喷射出来,锥形缝顶角为30°,形成锥形薄膜,薄膜汇聚后形成发散熔滴锥喷射到高速旋转的旋转盘24上,旋转盘位于焦点下方40毫米;与此同时开启核料定量输送器17,将高熔点球形Cu粉定量输送到混合器18的中心腔中,通过混合器18的中心孔落到锥形薄膜上,Cu粉核料被熔体锥形薄膜加速,经过焦点实现混合,并与熔体一起喷射到旋转盘24上,在旋转盘24上核料22与熔体进一步混合,通过旋转盘24的离心作用和表面张力的共同作用形成核膜结构,随后冷却凝固形成核壳结构的复合金属粉23;旋转盘转速为51600rpm;
收集、分级与包装:雾化形成的复合金属粉落入收粉罐28中,经过分级制备出成品,然后包装。
通过上述方法制备出核壳结构的复合金属焊粉,外壳材质为SnAgCu305焊料合金,内核材质为Cu。
实施例2
SnAgCu105-CuSn10复合焊粉制备的方法,包括以下步骤:
装炉:将形成SnAgCu105熔体所用金属原料按设计配比装入熔炼炉26中,将20~45μm球形CuSn10粉装入核料定量输送器17中;
气氛准备:启动真空系统14对上保护室1、雾化室9及熔炼炉26抽真空,当真空达到设定值时充入氮气体使熔雾化室9及炼炉26的压力达到0.025MPa;雾化室9中氧浓度为200ppm;
加热与熔炼:开启熔炼炉26的电源,对金属原料进行加热熔炼,同时加热核料定量输送器17、混合器18及其所装的CuSn10粉达到290℃时保温;
雾化:当熔炼完成且核料定量输送器17以及混合器18以及CuSn10粉的温度达到290℃时,启动熔体定量输送器27,将熔体定量输送到混合器18的环形腔中,熔体压力保持在0.38Mpa,熔体在压力的作用下通过混合器18的锥形缝喷射出来,锥形缝顶角为60°,形成锥形薄膜,薄膜汇聚后形成发散熔滴锥喷射到高速旋转的旋转盘24上,旋转盘位于焦点下方180毫米;与此同时开启核料定量输送器17,将CuSn10粉定量输送到混合器18的中心腔中,通过混合器18的中心孔落到锥形薄膜上,CuSn10粉核料被熔体锥形薄膜加速,经过焦点实现混合,并与熔体一起喷射到旋转盘24上,在旋转盘24上核料22与熔体进一步混合,通过旋转盘24的离心作用和表面张力的共同作用形成核膜结构,随后冷却凝固形成核壳结构的复合金属粉23;旋转盘转速为48600rpm;
收集、分级与包装:雾化形成的复合金属粉落入收粉罐28中,经过分级制备出成品,然后包装。
通过上述方法制备出制备核壳结构的复合金属焊粉,外壳材质为SnAgCu105焊料合金,内核材质为CuSn10。
实施例3
SnBi58-CuSn20复合焊粉制备的方法,包括以下步骤:
装炉:将形成SnBi58熔体所用金属原料按设计配比装入熔炼炉26中,将20~53μm球形CuSn20粉装入核料定量输送器17中;
气氛准备:启动真空系统14对上保护室1、雾化室9及熔炼炉26抽真空,当真空达到设定值时充入氮气体使熔雾化室9及炼炉26的压力达到0.02MPa;雾化室9中氧浓度为30ppm;
加热与熔炼:开启熔炼炉26的电源,对金属原料进行加热熔炼,同时加热核料定量输送器17、混合器18及其所装的CuSn20粉达到198℃时保温;
雾化:当熔炼完成且核料定量输送器17以及混合器18以及CuSn20粉的温度达到198℃时,启动熔体定量输送器27,将熔体定量输送到混合器18的环形腔中,熔体压力保持在0.38Mpa,熔体在压力的作用下通过混合器18的锥形缝喷射出来,锥形缝顶角为90°,形成锥形薄膜,旋转盘位于焦点下方500毫米,薄膜汇聚后形成发散熔滴锥喷射到高速旋转的旋转盘24上,与此同时开启核料定量输送器17,将CuSn20粉定量输送到混合器18的中心腔中,通过混合器18的中心孔落到锥形薄膜上,CuSn20粉核料被熔体锥形薄膜加速,经过焦点实现混合,并与熔体一起喷射到旋转盘24上,在旋转盘24上核料22与熔体进一步混合,通过旋转盘24的离心作用和表面张力的共同作用形成核膜结构,随后冷却凝固形成核壳结构的复合金属粉23;旋转盘转速为43500rpm;
收集、分级与包装:雾化形成的复合金属粉落入收粉罐28中,经过分级制备出成品,然后包装。
通过上述方法制备出制备核壳结构的复合金属焊粉,外壳材质为SnBi58焊料合金,内核材质为CuSn20合金。
实施例1-3所得到的产品性能检测结果,如下表表1所示。
Figure BDA0001931916410000111
从表1中可以得到,使用本发明的该装置以及方法制得的复合金属粉,具有良好的球形度,氧化量较低,且粒径可达到30微米左右。
应理解的是,文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的,而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出,否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的,并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行,除非明确指出执行顺序。还应当理解,可以使用另外或者替代的步骤。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种制备复合金属粉的装置,其特征在于,所述装置包括:
雾化系统,所述雾化系统包括混合器以及离心雾化器;
其中,所述混合器具有中心腔以及环绕中心腔设置的环形腔,所述中心腔的下部设置有与中心腔连通的中心孔,所述环形腔的下部设置有与环形腔连通且环绕中心孔设置的锥形缝,所述锥形缝朝向中心孔的轴线收缩,并且所述锥形缝的焦点与所述中心孔的轴线相交;锥形缝顶角20~100°;
其中,离心雾化器包括旋转盘以及与旋转盘传动连接的动力装置;所述旋转盘位于所述锥形缝的焦点的下方20~600毫米;
所述装置还包括:
雾化腔室,所述雾化腔室包括雾化室,位于所述雾化室的上方的上保护室以及与雾化室的下部连接的集粉罐;
供料系统,所述供料系统包括位于上保护室内的核料定量输送器以及位于雾化腔室外部的熔体输送装置;所述核料定量输送器连通混合器的中心腔;所述熔体输送装置包括熔炼炉以及与熔炼炉连通的熔体定量输送器,所述熔体定量输送器通过熔体输送管道连通混合器的环形腔。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,锥形缝顶角为50~70°。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述旋转盘位于所述锥形缝的焦点的下方80~300毫米。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:
所述混合器的中心孔和锥形缝以及所述旋转盘位于所述雾化室内。
5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述核料定量输送器以及混合器均设置有温度控制器。
6.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:
气氛及压力控制系统,所述气氛及压力控制系统包括与上保护室连接的第一压力控制器,与雾化室连接的第二气体压力控制器和氧浓度控制器,以及分别与上保护室、雾化室和熔炼炉连接的真空系统。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:
控制系统,所述控制系统分别与雾化系统、供料系统和气氛及压力控制系统电连接。
8.一种使用权利要求6所述的装置制备复合金属粉的方法,其特征在于,包括以下步骤:
准备熔体以及核料;
所述熔体通过喷射形成锥形薄膜,所述核料形成核料流,所述核料流与所述锥形薄膜在所述焦点附近相交,使得熔体与核料混合得到混合料;
对混合料进行离心雾化;
其中,
所述方法包括:
装炉,将形成熔体所用金属原料按设计配比装入熔炼炉中,将核料装入核料定量输送器中;
气氛准备,启动真空系统对上保护室、雾化室及熔炼炉抽真空,当真空达到设定值时充入保护气体使雾化室及熔炼炉的压力达到设定值;
加热与熔炼,开启熔炼炉的电源,对金属原料进行加热熔炼,同时预热核料定量输送器以及混合器;
雾化,当熔炼完成且核料定量输送器以及混合器的温度达到设定值时,启动熔体定量输送器,将熔体定量输送到混合器的环形腔中,熔体在压力的作用下通过混合器的锥形缝喷射出来,形成锥形薄膜;与此同时开启核料定量输送器,将核料定量输送到混合器的中心腔中,通过混合器的中心孔形成核料流并落到锥形薄膜上,核料与熔体混合得到混合料并一起喷射到旋转盘上,通过旋转盘进行离心雾化,随后冷却凝固形成核壳结构的复合金属粉;
收集、分级与包装,雾化形成的复合金属粉落入集粉罐中,经过分级制备出成品,然后包装。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:
所述上保护室中的压力为0~1MPa;所述雾化室的压力为0~1MPa;所述雾化室中氧浓度为20~3000ppm;所述混合器中熔体压力为0.1~5MPa。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:
所述上保护室中的压力为0~0.03MPa;所述雾化室的压力为0~0.03MPa;所述雾化室中氧浓度为50~1000ppm;所述混合器中熔体压力为0.3~0.5MPa。
11.根据权利要求8或9所述的方法,其特征在于:
所述混合器内熔体的过热温度为20~320℃;所述混合器的预热温度在小于熔体的熔点100~320℃范围内;所述旋转盘的转速为5000~90000rpm。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于:
所述混合器内熔体的过热温度为50~120℃;所述旋转盘的转速为30000~50000rpm。
13.一种使用权利要求8-12中任一项所述方法制备的复合金属粉,其特征在于,所述复合金属粉为核壳结构。
14.根据权利要求13所述的复合金属粉,其特征在于,所述核壳结构中壳的材料为熔点在450℃以下的金属或合金。
15.根据权利要求13所述的复合金属粉,其特征在于,所述核壳结构中核的材料为熔点在600℃以上的金属或合金。
16.根据权利要求15所述的复合金属粉,其特征在于,所述核的材料包括Ag、Cu、Ti、Al、Ni或Fe中的至少一种。
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