CN113020613B - 空心粉末及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空心粉末及其制备方法。上述空心粉末的制备方法包括如下步骤：将电极和工件分别置于电源的两极，在放电间隙引入流体介质，流体介质中含有成型剂和粘结剂；控制电弧微爆技术中的工艺参数，使熔融的工件以成型剂和/或粘结剂为核成核长大，得到初级颗粒；除去初级颗粒中的成型剂和粘结剂，制备空心粉末。上述空心粉末的制备方法的工艺过程简单、过程易于控制且制备的空心金属粉的纯度高。

Description

空心粉末及其制备方法

技术领域

本发明涉及空心粉末的制备领域，特别是涉及一种空心粉末及其制备方法。

背景技术

空心粉末在化学、力学、光学、电学和磁学等方面表现出优异的特性，这些特性可望在化工、电子、冶金、航空、医药等军事和民用领域得到广泛的应用。

目前空心粉末的制备方法主要包括雾化法、置换反应法和模板法。雾化法具有工艺成熟稳定、成本低廉的优点，但在制备过程中会有大量破碎空心粒子出现，同时难以控制反应过程。置换反应法可以制备粒径小、表面光滑且高度结晶化的空心粉末，但该方法工艺复杂，不利于工业生产应用。模板法可以通过控制胶体模板的形貌和大小来控制空心粉的形状和大小，但另一方面，空心粉很大程度依赖于模板的选择，模板去除会留下杂质，影响空心粉的纯度。

在空心粉末中，空心镍粉的应用尤其广泛，在硬质合金、催化剂、导电浆料、吸波涂层、电池材料及形状记忆合金等领域有着广泛的应用。传统技术中公开了一种椭球状多孔空心镍粉的制备方法，采用镍盐原料通过反应得到沉淀前驱体，在保护气氛下进行热分解还原制备得到椭球状多孔空心镍粉。该方法制备的镍粉纯度高，密度小，面密度降低，但工艺过程复杂，不易控制反应过程。

发明内容

基于此，有必要提供一种工艺过程简单、过程易于控制且纯度高的空心粉末及其制备方法。

一种空心粉末的制备方法，包括如下步骤：

将电极和工件分别置于电源的两极，在所述电极和所述工件的放电间隙引入流体介质，所述流体介质中含有成型剂和粘结剂；

控制电弧微爆技术中的工艺参数，使熔融的工件以所述成型剂和/或所述粘结剂为核成核长大，得到初级颗粒；

除去所述初级颗粒中的所述成型剂和所述粘结剂，制备空心粉末。

在其中一个实施例中，所述控制电弧微爆技术中的工艺参数的步骤中，控制所述电极和所述工件的间隙电压、放电电流、所述电极的进给速度、所述流体介质的流速以及所述工件或所述电极的转速。

在其中一个实施例中，所述间隙电压为30V～60V；及/或，

所述放电电流为100A～1000A；及/或，

所述电极的进给速度为2mm/min～10mm/min；及/或，

所述流体介质的流速为2mL/min～50mL/min；及/或，

所述工件或所述电极的转速为100r/min～6000r/min。

在其中一个实施例中，所述间隙电压为45V～55V；及/或，

所述放电电流为500A～800A；及/或，

所述流体介质的流速为2mL/min～15mL/min；及/或，

所述工件或所述电极的转速为100r/min～1000r/min。

在其中一个实施例中，在所述流体介质中，所述成型剂的质量百分浓度为1％～5％。

在其中一个实施例中，所述成型剂为聚苯乙烯或聚氨脂。

在其中一个实施例中，在所述流体介质中，所述粘结剂的质量百分浓度为0.1％～0.5％。

在其中一个实施例中，所述粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚氯乙烯。

在其中一个实施例中，所述除去所述初级颗粒中的所述成型剂和所述粘结剂的步骤包括：将所述初级颗粒在真空条件下进行干燥，干燥的温度为100℃～300℃；及/或，

所述电极和所述工件的材质相同；及/或，

所述工件的材质为镍、钛、铝、锌或铜。

一种空心粉末，由上述的空心粉末的制备方法制备得到。

上述空心粉末的制备方法将电极和工件分别置于电源的两极，采用电弧微爆技术制备粉末，在流体介质中添加成型剂和粘结剂，控制电弧微爆技术中的工艺参数，使熔融的工件以所述成型剂和/或所述粘结剂为核成核长大，得到初级颗粒，由于粘结剂的存在，使得熔融的工件稳定长大，得到粒径较大的初级颗粒。然后除去粘结剂和成型剂，粒径较大的初级颗粒在除去粘结剂和成型剂的过程中，不易破碎而得到空心的金属粉末。因此，上述空心粉末的制备方法的工艺过程简单、通过工艺参数易于控制过程，且在制备粉体材料的过程中直接产生空心粉体，属于物理转化，不涉及化学转变，纯度高。

附图说明

图1为一实施方式的空心粉末的制备工艺流程图；

图2为实施例1制备的空心粉末的SEM图；

图3为实施例1制备的空心粉末的金相图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体实施方式对本发明进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，一实施方式的空心粉末的制备方法，包括如下步骤：

步骤S110：将电极和工件分别置于电源的两极，在电极和工件的放电间隙引入流体介质，流体介质中含有成型剂和粘结剂。

具体地，电极连接电源的阳极，工件连接电源的阴极，电极为设有单管的电极，流体介质从单管内流入。

电极具有如下结构：电极组件，电极组件之间有一个通道管，通道管设置有一个进口，以及一个出口，含有成型剂和粘结剂的流体介质从通道管的进口流入，从通道管的出口流出，通道管的出口朝向工件。如此设计可以使含有成型剂和粘结剂的流体介质流向工件，从而引入到工件和电极的放电间隙中。

可以理解，还可以将电极连接电源的阴极，工件连接电源的阳极。此时，工件设有中空腔。流体介质从工件的中空腔内流入。这种方法突破了传统工艺中，一般只能将工件连接在电源阴极的限制，且对工件的外形没有特别的限定。例如，工件可以为规则的棒状、块状等形状，也可以为不规则的形状。

优选地，电极和工件的材质相同。由于电弧等离子体产生在电极和工件的间隙，使工件表面熔融的同时，还能够使电极熔融，并经爆炸和流体介质的作用抛出，因此，设置电极和工件的材料相同，能够使所制备的空心的球形金属粉末的纯度更高。

由于电弧等离子体的中心温度高达10000K，能够使绝大多数金属熔融，因此，上述方法能够用于多种空心的球形粉末的制备。例如，工件和电极为镍、钛、铝、锌或铜。

例如，电极和工件的材质均为镍，通过上述方法能够制备得到空心的球形镍粉，解决了传统空心球形镍粉所存在的纯度低、过程不易控制等问题。可以理解，电极和工件的材质还可以为其他金属。

流体介质为水基介质。在其中一个实施例中，流体介质为蒸馏水、纯水或去离子水。由于电弧等离子体在工件和电极的放电间隙中产生，放电通道由数量大体相等的正粒子、电子及中性粒子(原子或分子)组成的放电等离子体，是一种呈电中性的柔体导电，处于易受外界干扰的动平衡状态，受力情况下，会产生移动，如果工件和电极之间存在一定的相对的转速，产生相对的位移，再加上流体介质的冲力作用，电弧等离子工作形态发生改变，进而可以在该区域产生微小的爆炸。

具体地，成型剂为聚苯乙烯或聚氨脂。例如，聚苯乙烯可以为发泡聚苯乙烯。在其中一个实施例中，在流体介质中，成型剂的质量百分浓度为1％～5％。在其中一个实施例中，成型剂的质量百分浓度为1％、2％、3％、4％或5％。实验证明，在一定条件下，流体介质中，成型剂的质量百分浓度变小，空心粉末的空心粉率变大。然而，成型剂的质量百分浓度过小，无法为熔融的工件颗粒提供核生长，反而空心粉末的空心粉率变小。另外，成型剂的质量百分含量过大，在后续步骤中，难以完全除去而影响到空心粉末的纯度。综合考量上述因素，在本实施方式中，成型剂的质量百分浓度为1％～5％。优选地，成型剂的质量百分浓度为1％～2％。

具体地，粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚氯乙烯。在其中一个实施例中，在流体介质中，粘结剂的质量百分浓度为0.1％～0.5％。在其中一个实施例中，粘结剂的质量百分浓度为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％。实验证明，在其他条件不变的情况下，流体介质中，粘结剂的质量百分浓度与空心粉末的空心粉率成正比。流体介质中，粘结剂的质量百分浓度变大，空心粉末的空心粉率变大。然而，在流体介质中，粘结剂的质量百分含量过大，在后续步骤中，难以完全除去而影响到空心粉末的纯度。因此，综合考量上述因素，在本实施方式中，粘结剂的质量百分浓度为0.1％～0.5％。优选地，粘结剂的质量百分浓度为0.2％～0.3％。

在流体介质中加入成型剂和粘结剂，能够使得在后续步骤中，熔融的工件颗粒能够以成型剂和/或粘结剂为核进行稳定生长，并成核长大，而粘结剂的存在还能够使得工件成核长大后的尺寸较大，进而增加空心粉的比例。

在其中一个实施例中，电源为脉冲电源，脉冲宽度为2μs～200000μs，脉冲间隔为2μs～200000μs。

优选地，将电极和工件置于电源的两极的步骤之前，还包括对工件进行清洗去污的步骤。具体的清洗去污的步骤可以为本领域常用的步骤，在此不再赘述。

步骤S120：控制电弧微爆技术中的工艺参数，使熔融的工件以成型剂和/或粘结剂为核成核长大，得到初级颗粒。

具体地，控制电弧微爆技术中的工艺参数的步骤中，控制电极和工件的间隙电压、放电电流、电极的进给速度、流体介质的流速以及工件或电极的转速。

通过控制电弧的能量可以调节空心粉末的空心粉率。电弧的能量变大，空心粉末的空心粉率变大。进一步地，通过放电电流、间隙电压和电极的进给速度来控制电弧的能量。放电电流变大、间隙电压变大和电极的进给速度变大，都会使得电弧的能量变大，进而使得空心粉末的空心粉率变大。

在其中一个实施例中，放电电流为100A～1000A。例如，放电电流为100A、200A、300A、400A、500A、600A、700A、800A、900A或1000A。实验证明，其他条件不变的情况下，在上述放电电流的范围内，放电电流与空心粉末的空心粉率成正比。放电电流变大，会使得电弧的能量变大，进而使得空心粉末的空心粉率变大。优选地，放电电流为500A～1000A。更优选地，放电电流为600A～1000A。

在其中一个实施例中，间隙电压为30V～60V。更优选地，间隙电压为45V～55V。实验证明，其他条件不变的情况下，在上述间隙电压的范围内，间隙电压与空心粉末的空心粉率成正比。间隙电压变大，会使得电弧的能量变大，进而使得空心粉末的空心粉率变大。

在其中一个实施例中，电极的进给速度为2mm/min～10mm/min。例如，电极的进给速度为2mm/min、4mm/min、5mm/min、6mm/min、8mm/min或10mm/min。实验证明，其他条件不变的情况下，电极的进给速度变大，会使得电弧的能量变大，进而使得空心粉末的空心粉率变大。然而电极的进给速度变大，在一定程度上会使空心粉末的球形度降低。因此，综合考虑，为达到合适的空心粉率和球形度，在本实施方式中，电极的进给速度为2mm/min～10mm/min。优选地，电极的进给速度为5mm/min～10mm/min。

电极连接电源的阳极，工件连接电源的阴极，电极相对工件以转速为100r/min～6000r/min的速度转动。同样可以理解，电极连接电源的阴极，工件连接电源的阳极，工件相对电极以转速为100r/min～6000r/min的速度转动。

实验证明，其他条件不变的情况下，在上述工件或电极的转速范围内，电极或工件的转速与空心粉末的空心粉率成反比。电极或工件的转速越小，所制备的空心粉末的空心粉率越高。然而，电极或工件的转速过小，所制备的空心粉末的球形度较低。因此，综合考虑，为达到合适的空心粉率和球形度，在本实施方式中，电极或工件的转速为100r/min～6000r/min。优选地，电极或工件的转速为100r/min～1000r/min。

具体地，流体介质的流速为2mL/min～50mL/min。例如，流体介质的流速为2mL/min、5mL/min、8mL/min、10mL/min、15mL/min、20mL/min、30mL/min、40mL/min或50mL/min。实验证明，其他条件不变的情况下，在上述流体介质的流速范围内，流体介质的流速与空心粉末的空心粉率成反比。流体介质的流速越小，所制备的空心粉末的空心粉率越高。然而，流体介质的流速过小，所制备的空心粉末的球形度较差。因此，综合考虑，在本实施方式中，流体介质的流速为2mL/min～50mL/min。优选地，流体介质的流速为2mL/min～15mL/min。更优选地，流体介质的流速为2mL/min～8mL/min。

具体地，在步骤S120中，由于各工艺条件对空心粉率和球形度的影响程度不同，在上述各工艺条件的相互影响及协同作用下，各参数与空心粉末的空心粉率和球形度的影响并不是单一的线性关系，发明人经过大量实验发现，在上述工艺条件下，能够使所制备的空心粉末的空心粉率和球形度均较好。

具体地，通过电极和工件的相对转速和流体介质的作用，将熔融的材料抛离，提高颗粒的排出率，进而提高加工效率。同时控制工件或电极的转速、控制流体介质的流速，能够改变电弧等离子体的工作状态，产生微小爆炸，粉碎熔融颗粒，将材料进一步细化。

在粘结剂和成型剂的作用下，熔融的工件在成型剂表面成核，并稳定长大，得到尺寸较大的球形粉末。实验证明，空心粉末的大尺寸比例越大，空心粉率越大。

步骤S130：除去初级颗粒中的成型剂和粘结剂，制备空心粉末。

具体地，除去初级颗粒中的成型剂和粘结剂的步骤中，采用真空干燥的方式。优选地，真空干燥的温度为100℃～300℃。

在其中一个实施例中，步骤S130包括：将初级颗粒在温度为100℃～300℃的真空条件下进行干燥。例如，干燥的温度为100℃、200℃或300℃。

通过真空干燥，一方面除去初级颗粒中含有的水分，另一方面，通过真空烘干使成型剂和粘结剂分解，提高空心粉末的纯度。另外，在真空条件下烘干，避免空心粉末被氧化而影响纯度。

可以理解，上述方法对工件的外形不做过多要求。工件可以为棒状、块状等规则形状，还可以为不规则的形状。

上述空心粉末的制备方法至少具有以下优点：

(1)上述空心粉末的制备方法将电极和工件分别置于电源的两极，控制电极和工件的间隙电压、放电电流以及电极的进给速度，使电极和工件之间产生电弧等离子体，并作用于电极和工件表面，使电极和工件表面熔融。同时，在放电间隙引入流体介质，通过控制流体介质的流速以及电极和工件的相对转速，改变电弧等离子体的工作形态，使电极和工件表面的熔融区域产生微小爆炸，粉碎并抛离该区的材料，将材料进一步细化，并借助流体介质的作用，使熔融的工件在成型剂和/或粘结剂的内核下逐渐成型长大，同时由于粘结剂的存在，使得熔融的工件稳定长大，得到粒径较大的初级颗粒。然后除去粘结剂和成型剂，粒径较大的初级颗粒在除去粘结剂和成型剂的过程中，不易破碎而得到空心的金属粉末。因此，上述空心粉末的制备方法的工艺过程简单、通过工艺参数易于控制过程，且在制备粉体材料的过程中直接产生空心粉体，属于物理转化，不涉及化学转变，纯度高。

(2)上述空心粉末的制备方法制备的空心粉末的颗粒尺寸与形貌均匀。

(3)上述空心粉末的制备方法通过控制间隙电压、放电电流、电极的进给速度和转速以及流体介质的流速等工艺参数能够控制空心粉的比例和球形度，过程易于控制。

以下为具体实施例部分：

实施例1

本实施例提供一种球形空心镍粉的制备方法，包括以下步骤：

以块状镍作为工件材料，尺寸为100mm×100mm×20mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的镍电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状镍工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为400A，启动电源，控制镍电极的进给速度为8mm/min，工件的转速为1000r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为0.3％的聚乙烯醇和质量百分浓度为1％的聚苯乙烯的水溶液，通入时，其流速为50L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落镍，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将镍进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融镍颗粒中引入成型剂，并形成胶体，继续形核长大形成粉末，冷却后得到球形镍粉。最后在200℃真空条件下烘干介质气化消失，得到球形的空心镍粉。

本实施例的球形的空心镍粉的SEM图如图2所示。从图2中可以看出，粉末表面及内部都出现不同大小的孔洞。本实施例的球形的空心镍粉的金相图片如图3所示，从图3中可以看出，实施例1制备得到了球形的空心镍粉。

采用金相切片方法对本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率进行测试，得到本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率为64％。对本实施例制备的球形的空心镍粉的球形度进行测试，得到球形度为88％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为99.3％。

实施例2

本实施例提供一种球形空心镍粉的制备方法，包括以下步骤：

以棒状镍作为工件材料，外径为20mm，内径为10mm，长度为100mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的镍电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状镍工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为400A，启动电源，控制镍电极的进给速度为8mm/min，工件的转速为1000r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为0.3％的聚乙烯醇和质量百分浓度为1％的聚苯乙烯的水溶液，通入时，其流速为50L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落镍，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将镍进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融镍颗粒中引入成型剂，并形成胶体，继续形核长大形成粉末，冷却后得到球形镍粉。最后在200℃真空条件下烘干介质气化消失，得到球形的空心镍粉。

采用金相切片方法对本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率进行测试，得到本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率为65％。对本实施例制备的球形的空心镍粉的球形度进行测试，得到球形度为89％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为99.3％。

实施例3

本实施例提供一种球形空心镍粉的制备方法，与实施例1的球形空心镍粉的制备方法相似，区别在于，成型剂和粘结剂的种类不同，具体包括以下步骤：

以块状镍作为工件材料，尺寸为100mm×100mm×20mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的镍电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状镍工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为400A，启动电源，控制镍电极的进给速度为8mm/min，工件的转速为1000r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为0.3％的聚氯乙烯(粘结剂)和质量百分浓度为1％的聚氨脂(成型剂)的水溶液，通入时，其流速为50L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落镍，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将镍进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融镍颗粒中引入成型剂，并形成胶体，继续形核长大形成粉末，冷却后得到球形镍粉。最后在200℃真空条件下烘干介质气化消失，得到球形的空心镍粉。

采用金相切片方法对本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率进行测试，得到本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率为62％。对本实施例制备的球形的空心镍粉的球形度进行测试，得到球形度为85％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为99.0％。

实施例4

本实施例提供一种球形空心镍粉的制备方法，与实施例1的球形空心镍粉的制备方法相似，区别在于，成型剂和粘结剂的质量百分浓度不同，具体包括以下步骤：

以块状镍作为工件材料，尺寸为100mm×100mm×20mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的镍电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状镍工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为400A，启动电源，控制镍电极的进给速度为8mm/min，工件的转速为1000r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为0.1％的聚乙烯醇和质量百分浓度为3％的聚苯乙烯的水溶液，通入时，其流速为50L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落镍，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将镍进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融镍颗粒中引入成型剂，并形成胶体，继续形核长大形成粉末，冷却后得到球形镍粉。最后在200℃真空条件下烘干介质气化消失，得到球形的空心镍粉。

采用金相切片方法对本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率进行测试，得到本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率为60％。对本实施例制备的球形的空心镍粉的球形度进行测试，得到球形度为86％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为98.8％。

实施例5

本实施例提供一种球形空心镍粉的制备方法，与实施例1的球形空心镍粉的制备方法相似，区别在于，电极的进给速度不同，具体包括以下步骤：

以块状镍作为工件材料，尺寸为100mm×100mm×20mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的镍电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状镍工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为400A，启动电源，控制镍电极的进给速度为2mm/min，工件的转速为1000r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为0.3％的聚乙烯醇和质量百分浓度为1％的聚苯乙烯的水溶液，通入时，其流速为50L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落镍，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将镍进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融镍颗粒中引入成型剂，并形成胶体，继续形核长大形成粉末，冷却后得到球形镍粉。最后在200℃真空条件下烘干介质气化消失，得到球形的空心镍粉。

采用金相切片方法对本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率进行测试，得到本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率为62％。对本实施例制备的球形的空心镍粉的球形度进行测试，得到球形度为94％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为99.0％。

实施例6

本实施例提供一种球形空心镍粉的制备方法，与实施例1的球形空心镍粉的制备方法相似，区别在于，流体介质的流速不同，具体包括以下步骤：

以块状镍作为工件材料，尺寸为100mm×100mm×20mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的镍电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状镍工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为400A，启动电源，控制镍电极的进给速度为8mm/min，工件的转速为1000r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为0.3％的聚乙烯醇和质量百分浓度为1％的聚苯乙烯的水溶液，通入时，其流速为15L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落镍，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将镍进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融镍颗粒中引入成型剂，并形成胶体，继续形核长大形成粉末，冷却后得到球形镍粉。最后在200℃真空条件下烘干介质气化消失，得到球形的空心镍粉。

采用金相切片方法对本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率进行测试，得到本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率为75％。对本实施例制备的球形的空心镍粉的球形度进行测试，得到球形度为85％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为99.3％。

实施例7

本实施例提供一种球形空心镍粉的制备方法，与实施例1的球形空心镍粉的制备方法相似，区别在于，工件的转速不同，具体包括以下步骤：

以块状镍作为工件材料，尺寸为100mm×100mm×20mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的镍电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状镍工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为400A，启动电源，控制镍电极的进给速度为8mm/min，工件的转速为500r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为0.3％的聚乙烯醇和质量百分浓度为1％的聚苯乙烯的水溶液，通入时，其流速为50L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落镍，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将镍进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融镍颗粒中引入成型剂，并形成胶体，继续形核长大形成粉末，冷却后得到球形镍粉。最后在200℃真空条件下烘干介质气化消失，得到球形的空心镍粉。

采用金相切片方法对本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率进行测试，得到本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率为80％。对本实施例制备的球形的空心镍粉的球形度进行测试，得到球形度为86％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为99.3％。

实施例8

本实施例提供一种球形空心镍粉的制备方法，与实施例1的球形空心镍粉的制备方法相似，区别在于，放电电流不同，具体包括以下步骤：

以块状镍作为工件材料，尺寸为100mm×100mm×20mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的镍电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状镍工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为600A，启动电源，控制镍电极的进给速度为8mm/min，工件的转速为1000r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为0.3％的聚乙烯醇和质量百分浓度为1％的聚苯乙烯的水溶液，通入时，其流速为50L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落镍，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将镍进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融镍颗粒中引入成型剂，并形成胶体，继续形核长大形成粉末，冷却后得到球形镍粉。最后在200℃真空条件下烘干介质气化消失，得到球形的空心镍粉。

采用金相切片方法对本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率进行测试，得到本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率为78％。对本实施例制备的球形的空心镍粉的球形度进行测试，得到球形度为86％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为99.3％。

实施例9

本实施例提供一种球形空心铜粉的制备方法，与实施例1的球形空心镍粉的制备方法相似，区别在于，工件和电极的材料不同，具体包括以下步骤：

以块状铜作为工件材料，尺寸为100mm×100mm×20mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的铜电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状铜工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为400A，启动电源，控制铜电极的进给速度为8mm/min，工件的转速为1000r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为0.3％的聚乙烯醇和质量百分浓度为1％的聚苯乙烯的水溶液，通入时，其流速为50L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落铜，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将铜进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融铜颗粒中引入成型剂，并形成胶体，继续形核长大形成粉末，冷却后得到球形铜粉。最后在200℃真空条件下烘干介质气化消失，得到球形的空心铜粉。

采用金相切片方法对本实施例的球形的空心铜粉的空心粉率进行测试，得到本实施例的球形的空心铜粉的空心粉率为68％。对本实施例制备的球形的空心铜粉的球形度进行测试，得到球形度为90％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为99.2％。

实施例10

本实施例提供一种球形空心镍粉的制备方法，包括以下步骤：

以块状镍作为工件材料，尺寸为100mm×100mm×20mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的镍电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状镍工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为800A，启动电源，控制镍电极的进给速度为8mm/min，工件的转速为200r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为0.3％的聚乙烯醇和质量百分浓度为1％的聚苯乙烯的水溶液，通入时，其流速为20L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落镍，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将镍进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融镍颗粒中引入成型剂，并形成胶体，继续形核长大形成粉末，冷却后得到球形镍粉。最后在200℃真空条件下烘干介质气化消失，得到球形的空心镍粉。

采用金相切片方法对本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率进行测试，得到本实施例的球形的空心镍粉的空心粉率为85％。对本实施例制备的球形的空心镍粉的球形度进行测试，得到球形度为95％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为99.3％。

对比例1

对比例1提供一种球形空心镍粉的制备方法，与实施例1的球形空心镍粉的制备方法相似，区别在于，未进行真空烘干，具体包括以下步骤：

以块状镍作为工件材料，尺寸为100mm×100mm×20mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的镍电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状镍工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为400A，启动电源，控制镍电极的进给速度为8mm/min，工件的转速为1000r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为0.3％的聚乙烯醇和质量百分浓度为1％的聚苯乙烯的水溶液，通入时，其流速为50L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落镍，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将镍进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融镍颗粒中引入成型剂，并形成胶体，继续形核长大形成粉末，冷却后得到球形镍粉。

采用金相切片方法对对比例1的球形的空心镍粉的空心粉率进行测试，得到对比例1的球形的空心镍粉的空心粉率为50％。对对比例1制备的球形的空心镍粉的球形度进行测试，得到球形度为85％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为86.0％。

对比例2

对比例2提供一种球形空心镍粉的制备方法，与实施例1的球形空心镍粉的制备方法相似，区别在于，未加入粘结剂，具体包括以下步骤：

以块状镍作为工件材料，尺寸为100mm×100mm×20mm，将其清洗去污后，连接电源的阴极。将设置有单管的镍电极连接电源的阳极。单管即指位于电极组件之间的通道管，通道管的出口朝向该块状镍工件。

设置供电参数为：间隙电压为55V，放电电流为400A，启动电源，控制镍电极的进给速度为8mm/min，工件的转速为1000r/min。同时，在通道管中通入含有质量百分浓度为1％的聚苯乙烯的水溶液，通入时，其流速为50L/min。

在上述工艺条件下，电弧等离子体熔融并剥落镍，同时电弧等离子体工作形态改变，在熔融区产生微小的爆炸，将镍进一步细化，在这个过程中，通过微小爆炸和流场作用机械混合，使熔融镍颗粒形成粉末，冷却后得到球形镍粉。最后在200℃真空条件下烘干，得到球形的空心镍粉。

采用金相切片方法对对比例2的球形的空心镍粉的空心粉率进行测试，得到对比例2的球形的空心镍粉的空心粉率为55％。对对比例2制备的球形的空心镍粉的球形度进行测试，得到球形度为86％。采用滴定法对所制备的空心镍粉的纯度进行测定，测得纯度为99.5％。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种空心粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将电极连接电源的阳极，工件连接电源的阴极，电极为设有单管的电极，在所述电极和所述工件的放电间隙引入流体介质，所述流体介质从所述单管内流入，所述流体介质中含有成型剂和粘结剂，在所述流体介质中，所述成型剂的质量百分浓度为1％～5％，所述粘结剂的质量百分浓度为0.1％～0.5％；

控制电弧微爆技术中的工艺参数，使熔融的工件以所述成型剂和/或所述粘结剂为核成核长大，得到初级颗粒；及

通过真空烘干使所述成型剂 和粘结剂分解，除去所述初级颗粒中的所述成型剂和所述粘结剂，制备空心粉末；

所述控制电弧微爆技术中的工艺参数的步骤中，控制所述电极和所述工件的间隙电压、放电电流、所述电极的进给速度、所述流体介质的流速以及所述工件或所述电极的转速；

所述间隙电压为30V～60V；

所述放电电流为100A～1000A；

所述电极的进给速度为2mm/min～10mm/min；

所述流体介质的流速为2mL/min～50mL/min；

所述工件或所述电极的转速为100r/min～6000r/min。

2.根据权利要求1所述的空心粉末的制备方法，其特征在于，所述间隙电压为45V～55V。

3.根据权利要求1所述的空心粉末的制备方法，其特征在于，所述放电电流为500A～1000A。

4.根据权利要求1所述的空心粉末的制备方法，其特征在于，所述流体介质的流速为2mL/min～15mL/min；及/或，

所述工件或所述电极的转速为100r/min～1000r/min。

5.根据权利要求1所述的空心粉末的制备方法，其特征在于，在所述流体介质中，所述成型剂的质量百分浓度为1％～2％。

6.根据权利要求1所述的空心粉末的制备方法，其特征在于，所述成型剂为聚苯乙烯或聚氨脂。

7.根据权利要求1所述的空心粉末的制备方法，其特征在于，在所述流体介质中，所述粘结剂的质量百分浓度为0.2％～0.3％。

8.根据权利要求1所述的空心粉末的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚氯乙烯。

9.根据权利要求1所述的空心粉末的制备方法，其特征在于，所述除去所述初级颗粒中的所述成型剂和所述粘结剂的步骤包括：将所述初级颗粒在真空条件下进行干燥，干燥的温度为100℃～300℃；及/或，

所述电极和所述工件的材质相同；及/或，

所述工件的材质为镍、钛、铝、锌或铜。

10.一种空心粉末，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述的空心粉末的制备方法制备得到。

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