CN112095099B - 一种纳米颗粒的冷喷涂装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纳米材料喷涂技术领域，更具体地，涉及一种纳米材料冷喷装置，包括有喷管，喷管设有进气口和送料口，其中，喷管的内腔由导材料制成并通电，还包括有与待喷涂材料配合的电极或图案化挡板，电极或图案化挡板与喷管的喷口之间施加电压，喷管设有波纹状的内腔，喷管的外表面采用绝缘材料制成。本发明在纳米材料的冷喷涂工艺过程中在不改变纳米材料的特性的前提下避免颗粒团聚，喷管的内腔由导材料制成并通电，产生静电，使纳米颗粒在喷管中带电并发生分散，同时设有与待喷涂材料配合的电极或图案化挡板，电极用于吸引带电纳米颗粒射至电极上方的待喷涂材料，图案化挡板开有所需喷涂图案形状的结构，用于在待喷涂材料上形成精确的图案。

Description

一种纳米颗粒的冷喷涂装置

技术领域

本发明涉及纳米材料喷涂技术领域，更具体地，涉及一种纳米材料冷喷装置。

背景技术

冷喷涂是一种低温喷涂工艺，采用压缩空气加速粒子到临界速度后从喷嘴射出，粒子直接击打至基体表面后发生物理形变并嵌入基体形成涂层。整个过程中粒子没有被熔化，在需喷涂基体表面的温度不超过150℃。冷喷涂的优势包括，喷涂的温度较低，发生相变的驱动力较小，固体粒子晶粒不易长大，氧化现象很难发生，因此可以制成特殊材料及具有特殊性能的涂层。

目前冷喷涂所用的颗粒尺寸一般在微米量级。纳米材料由于晶粒尺寸效应和大量晶界与界面的存在，冷喷涂纳米材料可以保留其基本的结构和性质，并获得一些特殊的表面的机械性能与化学性能，纳米材料在冷喷涂中更易加速到高速。利用冷喷涂制作纳米涂层比较传统涂层有着更优良的性能，将成为冷喷涂未来发展的方向之一。

然而纳米材料的冷喷涂有着一定的缺陷。纳米颗粒间由于其表面效应、范德华力以及化学键的作用容易发生团聚，纳米颗粒团聚后形成二次粒子，导致粒子粒径变大，纳米颗粒原有的性能将会受到影响。影响冷喷涂涂层形成及性能的主要因素是粒子撞击基体时的速度，只有当粒子与基体碰撞的速度高于某个临界值时，才能形成一定厚度的涂层；若低于临界速度，粒子和基体之间会发生反弹，对基体造成冲蚀甚至破坏。而粒子的速率与粒子的大小有着密切的关系，纳米颗粒团聚后粒径变大，其速率就会发生改变，这将会产生一定的损失。除此之外，在冷喷涂工艺过程中，纳米颗粒喷离喷管后会产生分散现象，大部分冷喷涂技术的喷涂点尺寸在毫米量级。因此，对于喷涂宽度要求精密的涂层将难以形成集聚的喷涂点，使得冷喷涂还无法应用在精密化图案化喷涂领域，精密喷涂增材制造领域、精密喷涂、填充及缺陷修复等领域。分散现象除了导致涂层精度得不到保障，也浪费喷涂材料，造成经济上的不必要损失。

因此，为了使纳米材料冷喷涂有着更好的喷涂效果，并实现精密喷涂，需要寻找一种技术使得在纳米材料的冷喷涂工艺过程中在不改变纳米材料的特性的前提下避免颗粒团聚，并使颗粒在喷离喷管后保持汇聚而不发散。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的喷涂时纳米颗粒团聚后形成二次粒子，影响冷喷涂涂层形成及性能，提供一种纳米材料冷喷装置，在纳米材料的冷喷涂工艺过程中在不改变纳米材料的特性的前提下避免颗粒团聚。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种纳米颗粒的冷喷涂装置，包括有喷管，喷管设有进气口和送料口，其特征在于，喷管的内腔由导材料制成并通电，还包括有与待喷涂材料配合的电极或图案化挡板，电极或图案化挡板与喷管的喷口之间施加电压。

在一个实施方式中，喷管的出口与待喷涂材料之间设有导体板，导体板设有孔洞，导体板与喷管的出口之间施加电压。孔洞供带电纳米颗粒穿过，导体板与喷管的出口之间施加电压，用于调整带电纳米颗粒由喷嘴喷出后的速度与方向。

优选地，喷管的出口与待喷涂材料之间设有磁场模块，磁场模块设有孔洞。

优选地，磁场模块为磁线圈组。孔洞供带电纳米颗粒穿过，磁场模块为磁线圈组，磁线圈组可通电形成磁场，使带电纳米颗粒汇聚，避免带电纳米颗粒由喷管喷出后逸散。

优选地，磁线圈组设有至少两个。至少两个磁线圈组能有小的保证

优选地，电极为针状电极或线状电极或图案化电极。

优选地，图案化挡板为导电材料制成。

优选地，喷管设有波纹状的内腔，喷管的外表面采用绝缘材料制成，喷管上若干个进气口与送料口。波纹状的内腔来限制气体的行进方式，通过波纹状的内腔来引发纳米颗粒进一步分散。干个进气口与送料口能同时进行进气和出气，增加进气过程中气体的分散性，也有助于提高气体的出气速率。

在一个实施方式中，喷管设有进气口的进气口输入导电纳米颗粒，所述导电纳米颗粒在颗粒表面包覆有机物保护薄层或不导电物质薄层，使纳米颗粒带静电。

在一个实施方式中，喷管设有的进气口输入带有压力的气体，所述气体由进气口向喷管输送携带有纳米颗粒或混有纳米颗粒的溶液的带有压力的气体。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

本发明提供纳米颗粒的冷喷涂装置，喷管的内腔由导材料制成并通电，产生静电，使纳米颗粒在喷管中带电并发生分散，避免纳米颗粒在喷管中团聚，同时设有与待喷涂材料配合的电极或图案化挡板，电极用于吸引带电纳米颗粒射至电极上方的待喷涂材料，图案化挡板开有所需喷涂图案形状的结构，用于在待喷涂材料上形成精确的图案。

附图说明

图1是本发明实施例中整体结构示意图。

图2是本发明实施例中整体结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一：

如图1所示，本发明提供一种纳米颗粒的冷喷涂装置，包括有喷管1，在喷管1设有进气口2和送料口3，进气口2向喷管1输入具有高压的气体，由送料口3向喷管1输送携带有纳米颗粒，或混有纳米颗粒的溶液的高压气体。进气口2或送料口3的气压可以动态变化，并以设定的频率发生高频脉冲式波动。高频脉冲式波动的频率可以是超声波、或者与喷管1的内腔的谐振频率接近。对喷管1的内腔的形状和大小进行设计，使其具有特定的谐振频率。

喷管1的内腔由导材料制成并通电，喷管1的内腔经过通电产生高压静电，使纳米颗粒在喷管1中带电并发生分散，避免发生团聚。喷管1的外表面采用绝缘材料制成，在通电时提供保护。

喷管设有波纹状的内腔，波纹状的内腔来限制气体的行进方式，通过波纹状的内腔来引发纳米颗粒进一步分散。纳米颗粒的冷喷涂装置设有电极6，电极6与喷管1的喷口之间施加电压，本实施例中，电极6为针状电极，也可以根据实际需要使用线状电极或图案化电极，电极6用于吸引带电纳米颗粒射至电极6上方的绝缘薄板表面。喷涂时，电极6与喷管1相对静止，电极6与待喷涂材料7相对移动，通过电极6对纳米材料的吸引，形成所需喷涂图案。

本实施例中，喷管1的出口与待喷涂材料7之间设有导体板5，导体板5设有孔洞，孔洞供带电纳米颗粒穿过，导体板5与喷管1的出口之间施加电压，用于调整带电纳米颗粒由喷嘴喷出后的速度与方向。

喷管1的出口与待喷涂材料7之间设有磁场模块，磁场模块设有孔洞，孔洞供带电纳米颗粒穿过，磁场模块为磁线圈组4，磁线圈组4可通电形成磁场，使带电纳米颗粒汇聚，避免带电纳米颗粒由喷管1喷出后逸散。

本实施例中，磁线圈组4设有至少两个，导体板5的两侧至少设有一个磁线圈组4。磁线圈组4设置在导体板5与喷管1的出口、导体板5与待喷涂材料7之间。

喷管1上若干个进气口2与送料口3，实现纳米颗粒的逐次分散，或对多种纳米颗粒进行混合，以实现不同种纳米颗粒的同时混合喷涂。喷管设有的进气口输入带有压力的气体，所述气体由进气口向喷管输送携带有纳米颗粒或混有纳米颗粒的溶液的带有压力的气体。

本实施例中，对于导电纳米颗粒，可在颗粒表面包覆有机物保护薄层或不导电物质薄层，使纳米颗粒易于带静电，并改善在静电下的分散性。也可将纳米颗粒制成胶体，并使纳米颗粒表面包覆带有电荷的有机物并进行喷涂。

纳米颗粒的冷喷涂装置可用于实现各种纳米材料颗粒的超集中冷喷涂，获得超细直径喷射点与可控的超精细的喷涂图案，实现冷喷涂式精细3D打印，进行微孔、微观缺陷的精准喷涂与填充，精密电子线路打印与修复、深孔填铜等使用需求。可改善纳米颗粒材料在冷喷涂过程中易于团聚的问题，并抑制喷涂颗粒在离开喷管后的发散现象。

实施例二：

如图2所示，本实施例与实施例一相似，不同之处在于，本实施例中，纳米颗粒的冷喷涂装置设有图案化挡板8，图案化挡板8为导电材料制成，挡板上开有所需喷涂图案形状的孔或槽，导电材料制成的图案化挡板8在冷喷涂时对挡板和喷管1之间施加电压，可进一步调整纳米颗粒喷涂的速度与集中度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种纳米颗粒的冷喷涂装置，包括有喷管，所述喷管设有进气口和送料口，其特征在于，所述喷管的内腔由导电材料制成并通电，还包括有与待喷涂材料配合的电极或图案化挡板，所述电极或图案化挡板与喷管的喷口之间施加电压；所述喷管设有波纹状的内腔，所述喷管的外表面采用绝缘材料制成；所述喷管上若干个进气口与送料口；所述喷管的出口与待喷涂材料之间设有导体板，所述导体板设有孔洞，所述导体板与喷管的出口之间施加电压；所述喷管的出口与待喷涂材料之间设有磁场模块，所述磁场模块设有孔洞。

2.根据权利要求1所述的纳米颗粒的冷喷涂装置，其特征在于，所述磁场模块为磁线圈组。

3.根据权利要求2所述的纳米颗粒的冷喷涂装置，其特征在于，所述磁线圈组设有至少两个。

4.根据权利要求1至3任一项所述的纳米颗粒的冷喷涂装置，其特征在于，所述电极为针状电极或线状电极或图案化电极。

5.根据权利要求1至3任一项所述的纳米颗粒的冷喷涂装置，其特征在于，所述图案化挡板为导电材料制成。

6.根据权利要求1所述的纳米颗粒的冷喷涂装置，其特征在于，所述喷管设有进气口的进气口输入导电纳米颗粒，所述导电纳米颗粒在颗粒表面包覆有机物保护薄层或不导电物质薄层，使纳米颗粒带静电。

7.根据权利要求1所述的纳米颗粒的冷喷涂装置，其特征在于，所述喷管设有的进气口输入带有压力的气体，所述气体是由进气口向喷管输送携带有纳米颗粒的溶液的带有压力的气体。

Images