CN215786752U - 一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，包括加热源、送料器、冷却器和粉末收集器，所述加热源和冷却器之间连通有连接筒，所述送料器设置在连接筒的顶部，且送料器的底部延伸至连接筒内部，所述粉末收集器的一侧设置有粉末收集箱，所述粉末收集器的出气口端设置有循环风机，所述循环风机的一端连通有循环管，所述循环管的一端与加热源的一侧连通，本实用新型涉及铜及铜合金粉末技术领域。该种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置优势在于采用直流等离子体加热结合多个送粉枪设计，一方面，可以制备得到球形粉末；另一方面，可以实现装置稳定、高效地运行，同时增大产量、提高热量利用率。

Description

一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置

技术领域

本实用新型涉及铜及铜合金粉末技术领域，具体为一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置。

背景技术

随着社会的不断进步和发展，电子产品的不断精细化和智能化，对材料提出了更多新的要求，现有的粉末材料已经不能使用需求。为此，国内外大量学者和工程师采用不同的物理、化学方法，来制备微纳米材料，以期得到性能优越的粉末材料。

铜具有优良的导电、导热性，被广泛应用于导热零件、电工合金、摩擦材料、微电子等领域。随着工业和信息的快速发展，对导电、导热提出了更高的要求，这就要求材料的纯度更高、性能更好。铜及铜合金粉末是重要的原材料，向粉末纯度更高、粒度更细小、粒度分布更窄的方向发展。微纳米铜及铜合金粉末，因其具有优良的导电导热性，被广泛应用于催化剂、消费电子等领域。

目前，微纳米铜及铜合金粉末主要采用物理、化学方法制得。化学法，操作简单，被进行了大量的研究，然而只能制备纯铜粉，而无法制得合金，且化学法在发应过程中较难完全进行，对粉末的纯度产生影响。物理法，采用雾化法，粉末的粒度较粗，不能满足使用要求；物理蒸发是比较常用的方法，然而大多使用坩埚，影响粉末的纯度，因此，迫切需要一种高纯度、高性能微纳米粉末的制备方法。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，具有粉末粒径细、加热效率高、粉末纯度高的特点，可实现微纳米铜及铜合金粉末的工业化生产。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，包括加热源、送料器、冷却器和粉末收集器，所述加热源和冷却器之间连通有连接筒，所述送料器设置在连接筒的顶部，且送料器的底部延伸至连接筒内部，所述粉末收集器的一侧设置有粉末收集箱，所述粉末收集器的出气口端设置有循环风机，所述循环风机的一端连通有循环管，所述循环管的一端与加热源的一侧连通；

所述送料器包括至少三个送粉枪，所述加热源为直流等离子电源，所述冷却器包括壳体，所述壳体的内壁设置有液体循环散热器，所述液体循环散热器的内部设置有气体散热交换器，所述气体散热交换器的表面设置有气孔，所述冷却器的一侧设置有循环泵和冷却风机，所述循环泵的出水口端与液体循环散热器之间通过管路连通，所述冷却风机的出风口端与气体散热交换器之间通过气管连通；

所述粉末收集器包括固定箱，所述固定箱内壁一侧固定连接有分级器，所述固定箱内壁的顶部设置有过滤膜。

优选的，所述粉末收集箱的一侧与分级器的一侧连通。

优选的，所述送粉枪包括筒体，所述筒体内壁的底部设置有安装架，所述安装架的中心与筒体内壁顶部之间转动连接有固定杆，所述固定杆的表面设置有叶片，所述筒体的顶部通过电机箱固定连接有电机，所述电机的输出轴端与固定杆的一端固定连接，所述筒体的底部设置有挡板阀，所述筒体的一侧通过安装板固定连接有气动阀，所述气动阀的工作端与挡板阀一侧固定连接，所述筒体的顶部一侧设置有料斗。

优选的，所述连接筒的中部为等离子体喷射流中心高温区，所述送粉枪位于连接筒的中部，所述送粉枪向左倾斜，且与连接筒之间形成的角度为15～60°，所述送粉枪的送粉速率为10～100g/min。

优选的，所述加热源的功率为10～200kw。

优选的，所述制备微纳米铜及铜合金粉末的原料为合金粉或元素粉，且粉末粒径为250～325目。

优选的，所述制备微纳米铜及铜合金粉末的粒径为0.1～10μm。

优选的，所述加热源、连接筒、冷却器、粉末收集器、循环风机和循环管组成密封空间，且内部填充惰性气体。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置。具备以下有益效果：

将粉末通过送粉枪送入高温等离子射流中进行加热，不使用坩埚，粉末无污染；采用直流等离子体加热，功率小、电弧稳定，同时设计有多个送粉枪，可制备复合粉末。因此，本装置同时具有装置稳定、效率高，且可进行连续生产的特点，可实现高纯、高性能微纳米球形铜及铜合金粉末的制备。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型内部结构示意图；

图3为本实用新型送粉枪的结构示意图。

图中：1-加热源、2-冷却器、21-壳体、22-液体循环散热器、23-气体散热交换器、3-粉末收集器、31-固定箱、32-分级器、33-过滤膜、4-循环风机、5-循环管、6-连接筒、7-送粉枪、71-筒体、72-安装架、73-固定杆、74-叶片、75-电机箱、76-电机、77-挡板阀、78-安装板、79-气动阀、710-料斗、8-粉末收集箱、9-循环泵、10-冷却风机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，包括加热源1、送料器、冷却器2和粉末收集器3，加热源1和冷却器2之间连通有连接筒6，送料器设置在连接筒6的顶部，且送料器的底部延伸至连接筒6内部，粉末收集器3的一侧设置有粉末收集箱8，粉末收集器3的出气口端设置有循环风机4，循环风机4的一端连通有循环管5，循环管5的一端与加热源1的一侧连通；

送料器包括至少三个送粉枪7，加热源1为直流等离子电源，通过阴极和阳极放电起弧，形成电弧，经过气体加速，从喷嘴喷出，获得等离子体喷射流，用于加热从送料器下落的粉末；

冷却器2包括壳体21，壳体21的内壁设置有液体循环散热器22，液体循环散热器22的内部设置有气体散热交换器23，气体散热交换器23的表面设置有气孔，冷却器2的一侧设置有循环泵9和冷却风机10，循环泵9的出水口端与液体循环散热器22之间通过管路连通，冷却风机10的出风口端与气体散热交换器23之间通过气管连通，粉末经过等离子射流区，被高温气化，形成高温蒸气，在冷却器的作用下形成固态粉末。

粉末收集器3包括固定箱31，固定箱31内壁一侧固定连接有分级器32，分级器32内设置有分级轮，分级轮将不同粒度的粉末分开，将0.1～10μm的粉末单独收集；固定箱31内壁的顶部设置有过滤膜33，过滤膜33采用纤维滤膜，将气体和粉末分离，实现气体的循环。

粉末收集箱8的一侧与分级器32的一侧连通。

送粉枪7包括筒体71，筒体71内壁的底部设置有安装架72，安装架72的中心与筒体71内壁顶部之间转动连接有固定杆73，固定杆73的表面设置有叶片74，筒体71的顶部通过电机箱75固定连接有电机76，电机76的输出轴端与固定杆73的一端固定连接，筒体71的底部设置有挡板阀77，筒体71的一侧通过安装板78固定连接有气动阀79，气动阀79的工作端与挡板阀77一侧固定连接，筒体71的顶部一侧设置有料斗710，通过电机76的转动速率对送粉速率进行调整。

连接筒6的中部为等离子体喷射流中心高温区，送粉枪7位于连接筒6的中部，粉末经过等离子体喷射流加热后被气化，送粉枪7向左倾斜，且与连接筒6之间形成的角度为15～60°，送粉枪7的送粉速率为10～100g/min。

加热源1的功率为10～200kw。

制备微纳米铜及铜合金粉末的原料为合金粉或元素粉，且粉末粒径为250～325目。

制备微纳米铜及铜合金粉末的粒径为0.1～10μm。

加热源1、连接筒6、冷却器2、粉末收集器3、循环风机4和循环管5组成密封空间，且内部填充惰性气体，惰性气体为氮气或者氩气，以防止氧化。

下面通过三组实验，分别采用不同功率，进行粉末制备：

(1)微纳米纯铜粉末的制备

将纯铜粉末原料装入送粉器；

开启气体循环系统；

开启加热源，调节加热功率至10kw，待等离子射流稳定后，开启送料器，送料速度10g/min。粉末经过高温射流区会形成蒸气，蒸气在冷却区进行冷却，冷却后通过收集器进行收集；

收集器通过分级轮将不同粒度的粉末分开，将0.1～10μm的粉末单独收集；

粉末收集后于氮气气氛中存储，取样在氮气气氛手套箱中进行。

粉末纯度及细粉得率如表1所示。

(2)微纳米纯铜粉末的制备

将纯铜粉末原料装入送粉器；

开启气体循环系统；

开启加热源，调节加热功率至100kw，待等离子射流稳定后，开启送料器，送料速度50g/min。粉末经过高温射流区会形成蒸气，蒸气在冷却区进行冷却，冷却后通过收集器进行收集；

收集器通过分级轮将不同粒度的粉末分开，将0.1～10μm的粉末单独收集；

粉末收集后于氮气气氛中存储，取样在氮气气氛手套箱中进行。

粉末纯度及细粉得率如表1所示。

(3)微纳米铜镍合金粉的制备

将铜镍合金粉末原料装入送粉器；

开启气体循环系统；

开启加热源，调节加热功率至200kw，待等离子射流稳定后，开启送料器，送料速度100g/min。粉末经过高温射流区会形成蒸气，蒸气在冷却区进行冷却，冷却后通过收集器进行收集；

收集器通过分级轮将不同粒度的粉末分开，将0.1～10μm的粉末单独收集；

粉末收集后于氮气气氛中存储，取样在氮气气氛手套箱中进行。

粉末纯度及细粉得率如表1所示。

表1制粉参数及粉末性能

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，其特征在于：包括加热源(1)、送料器、冷却器(2)和粉末收集器(3)，所述加热源(1)和冷却器(2)之间连通有连接筒(6)，所述送料器设置在连接筒(6)的顶部，且送料器的底部延伸至连接筒(6)内部，所述粉末收集器(3)的一侧设置有粉末收集箱(8)，所述粉末收集器(3)的出气口端设置有循环风机(4)，所述循环风机(4)的一端连通有循环管(5)，所述循环管(5)的一端与加热源(1)的一侧连通；

所述送料器包括至少三个送粉枪(7)，所述加热源(1)为直流等离子电源，所述冷却器(2)包括壳体(21)，所述壳体(21)的内壁设置有液体循环散热器(22)，所述液体循环散热器(22)的内部设置有气体散热交换器(23)，所述气体散热交换器(23)的表面设置有气孔，所述冷却器(2)的一侧设置有循环泵(9)和冷却风机(10)，所述循环泵(9)的出液端与液体循环散热器(22)之间通过管路连通，所述冷却风机(10)的出风口端与气体散热交换器(23)之间通过气管连通；

所述粉末收集器(3)包括固定箱(31)，所述固定箱(31)内壁一侧固定连接有分级器(32)，所述固定箱(31)内壁的顶部设置有过滤膜(33)。

2.根据权利要求1所述的一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，其特征在于：所述粉末收集箱(8)的一侧与分级器(32)的一侧连通。

3.根据权利要求1所述的一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，其特征在于：所述送粉枪(7)包括筒体(71)，所述筒体(71)内壁的底部设置有安装架(72)，所述安装架(72)的中心与筒体(71)内壁顶部之间转动连接有固定杆(73)，所述固定杆(73)的表面设置有叶片(74)，所述筒体(71)的顶部通过电机箱(75)固定连接有电机(76)，所述电机(76)的输出轴端与固定杆(73)的一端固定连接，所述筒体(71)的底部设置有挡板阀(77)，所述筒体(71)的一侧通过安装板(78)固定连接有气动阀(79)，所述气动阀(79)的工作端与挡板阀(77)一侧固定连接，所述筒体(71)的顶部一侧设置有料斗(710)。

4.根据权利要求1所述的一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，其特征在于：所述连接筒(6)的中部为等离子体喷射流中心高温区，所述送粉枪(7)位于连接筒(6)的中部，所述送粉枪(7)向左倾斜，且与连接筒(6)之间形成的角度为15～60°，所述送粉枪(7)的送粉速率为10～100g/min。

5.根据权利要求1所述的一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，其特征在于：所述加热源(1)的功率为10～200kw。

6.根据权利要求1所述的一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，其特征在于：所述制备微纳米铜及铜合金粉末的原料为合金粉或元素粉，且粉末粒径为250～325目。

7.根据权利要求1所述的一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，其特征在于：所述制备微纳米铜及铜合金粉末的粒径为0.1～10μm。

8.根据权利要求1所述的一种制备微纳米铜及铜合金粉末的装置，其特征在于：所述加热源(1)、连接筒(6)、冷却器(2)、粉末收集器(3)、循环风机(4)和循环管(5)组成密封空间，且内部填充惰性气体。

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