TW202302249A - 球狀化銅或其他金屬粉末之微波電漿處理 - Google Patents

Abstract

本發明提供用於使用微波電漿處理合成球狀化金屬或金屬合金粉末之系統及方法。在一些實施例中，該金屬或金屬合金可包含高延性、軟性及/或可延展金屬或金屬合金，使得該金屬或金屬合金之加工為困難的或不可能的。在一些實施例中，揮發性材料分散於該金屬或金屬合金原料內以使得能夠加工及預處理該原料。在一些實施例中，該經分散揮發性材料改變該原料之該等物理屬性，使得由於高延性、軟度及/或延展性而難以加工之該金屬或金屬合金易於在預處理步驟中進行加工。在一些實施例中，可將該經預處理原料進料至電漿處理設備中。在一些實施例中，分散於該原料材料內之該揮發性材料可在暴露於該微波電漿設備之後汽化。在一些實施例中，該經預處理原料材料之電漿處理可合成純的球狀化金屬或金屬合金粒子，其中該揮發性材料離子實質上不污染該最終產物。

Description

球狀化銅或其他金屬粉末之微波電漿處理

本發明之一些實施例係關於用於使用電漿處理將金屬自原料材料合成為球面或球狀粉末產物之系統及方法，詳言之銅或其他軟性、延性及/或可延展金屬。

製備一些形式之工業粉末之重要態樣為球狀化製程，其將不規則形狀或角度之粉末轉化成球面低孔隙度粒子。此類球面粉末在例如射出成型、熱噴塗、積層製造等應用中展現優良屬性。

產生球狀金屬粉末，尤其包含軟性、延性及/或可延展金屬之金屬粉末可造成數個挑戰。實現所要球狀形狀、所要程度之孔隙度(例如，無孔隙度至極多孔)及所要組合物及微觀結構可為困難的。另外，此類金屬可為難以磨光、研磨或以其他方式加工。

為了可用於要求高粉末流之積層製造(additive manufacturing；AM)或粉末金屬(powdered metallurgy；PM)應用，金屬粉末粒子應展現可經由球狀化製程實現之球面形狀。此製程涉及在熱環境中熔融粒子，藉此液態金屬之表面張力使每一粒子塑形成球面幾何，隨後冷卻及再固化。

用於自軟性、延性及/或可延展金屬原料合成球狀金屬粉末之現有系統及製程有缺陷。因此，需要用於此類材料之球狀化之新系統及方法。

出於此發明內容之目的，本文中描述本發明之某些態樣、優勢及新穎特徵。應理解，根據本發明之任何特定實施例，未必可實現所有此類優勢。因此，例如，熟習此項技術者將認識到，可實現如本文中所教示之一個優勢或一組優勢而未必實現如本文中可教示或建議之其他優勢的方式來體現或進行本發明。

本文之一些實施例係關於一種用於製造銅球狀化粉末之方法，該方法包含：提供銅原料；藉由熔融銅原料及將經熔融銅原料與揮發性材料混合來將揮發性材料分散於銅原料內；加工銅原料以產生在預定適合用作微波電漿製程中之原料之粒子體積範圍內的金屬粒子；及將微波電漿製程應用於金屬粒子以使得揮發性材料汽化且形成銅球狀化粉末。

在一些實施例中，該方法進一步包含在加工銅原料之前冷卻經熔融銅原料。在一些實施例中，該方法進一步包含在應用微波電漿製程之前將銅原料鑄造成預定形狀。在一些實施例中，粒子體積之經判定範圍在15與63微米之間。在一些實施例中，將微波電漿製程應用於金屬粒子包含將金屬粒子引入至微波電漿炬之排氣中或至微波電漿炬之羽流中。在一些實施例中，藉由在不脆化銅原料之情況下研磨或壓碎銅原料來加工銅原料。在一些實施例中，經分散揮發性材料改變銅原料之物理屬性以促進銅原料之加工。

本文之一些實施例係關於一種用於製造銅球狀化粉末之方法，該方法包含：將藉由加工獲得之金屬粒子引入至微波電漿炬中，金屬粒子包含：銅；及分散於銅內之揮發性材料；熔融及球狀化微波電漿炬內之金屬粒子以汽化揮發性材料且形成銅球狀化粉末。

在一些實施例中，方法進一步包含熔融銅及將揮發性材料與經熔融銅混合以形成金屬粒子。在一些實施例中，方法進一步包含在加工金屬粒子之前冷卻金屬粒子。在一些實施例中，方法進一步包含在將金屬粒子引入至微波電漿炬中之前將金屬粒子鑄造成預定形狀。在一些實施例中，藉由包含在不脆化金屬粒子之情況下研磨或壓碎金屬粒子之加工來獲得金屬粒子。在一些實施例中，藉由微波電漿炬僅部分地表面熔融金屬粒子。在一些實施例中，經分散揮發性材料改變金屬粒子之物理屬性以促進金屬粒子之加工。

在一些實施例中，銅球狀化粉末包含具有至少0.75之中位數球度之粒子。在一些實施例中，銅球狀化粉末包含具有至少0.90之中位數球度之粒子。在一些實施例中，球狀化金屬或金屬合金粉末之粒子大小分佈在粒子大小分佈範圍之低端處在5與45微米之間，且在粒子大小分佈範圍之高端處在15與105微米之間。

本文之一些實施例係關於一種根據一方法製造之球狀化粉末，其包含：提供銅原料；藉由熔融銅原料及將經熔融銅原料與揮發性材料混合來將揮發性材料分散於銅原料內；加工銅原料以產生在預定適合用作微波電漿製程中之原料之粒子體積範圍內的金屬粒子；及將微波電漿製程應用於金屬粒子以使得揮發性材料汽化且形成銅球狀化粉末。

本文之一些實施例係關於一種根據方法製造之球狀化粉末，其包含：將藉由加工獲得之金屬粒子引入至微波電漿炬中，金屬粒子包含銅及分散於銅內之揮發性材料；及熔融及球狀化微波電漿炬內之金屬粒子以汽化揮發性材料且形成銅球狀化粉末。

在一些實施例中，如請求項18之球狀化粉末，其中球狀化粉末包含具有至少0.75之中位數球度之粒子。在一些實施例中，如請求項18之球狀化粉末，其中球狀化粉末包含具有至少0.90之中位數球度之粒子。

參考任何優先權申請案之併入

本申請案根據35 U.S.C. §119(e)主張2022年3月31日申請之美國臨時申請案第63/200,848號之優先權，其全部揭示以引用的方式併入本文中。

儘管下文揭示某些較佳實施例及實例，但本發明主題延伸超出特定揭示之實施例至其他替代實施例及/或使用且延伸至其修改及等效物。因此，隨附至此之申請專利範圍之範疇不受下文所描述之特定實施例中之任一者限制。舉例而言，在本文中所揭示之任何方法或製程中，方法或製程之動作或操作可以任何適合序列執行且未必限於任何特定所揭示序列。可以可有助於理解某些實施例之方式將各種操作描述為依次之多個離散操作；然而，描述之次序不應解釋為暗示此等操作為次序相依的。另外，本文中所描述之結構、系統及/或裝置可體現為整合式組件或獨立組件。出於比較各種實施例之目的，描述此等實施例之某些態樣及優勢。未必所有此類態樣或優勢均藉由任何特定實施例達成。因此，舉例而言，可以實現或最佳化如本文中所教示之一個優勢或一組優勢而未必實現如本文中亦可教示或建議之其他態樣或優勢的方式來進行各種實施例。

現將描述某些例示性實施例以提供對本文中所揭示之裝置及方法之結構、功能、製造及使用之原理的總體理解。在隨附圖式中說明此等實施例之一或多個實例。熟習此項技術者應理解，本文中特定描述及隨附圖式中所說明之裝置及方法為非限制性例示性實施例且本發明之範疇僅由申請專利範圍界定。結合一個例示性實施例所說明或描述之特徵可與其他實施例之特徵組合。此類修改及變化意欲包括於本發明技術之範疇內。

本文中揭示用於使用微波電漿處理對原料材料角線球狀化之方法、裝置及系統之實施例。每一不同原料材料對於預處理初始原料以及在微波電漿炬中處理以便實現所要球狀化具有其自身關鍵、特定及獨特要求。特定言之，本文中所揭示之原料材料涉及軟性、延性及/或可延展金屬或金屬合金進給材料。在一些實施例中，原料可要求初始預處理或特定電漿處理以合成球狀化金屬粒子。如本文所揭示，微波電漿炬中之處理可包括將原料進料至微波電漿炬、微波電漿炬之電漿羽流及/或微波電漿炬之排氣中。位置可取決於所使用原料之類型而變化。此外，可基於不同要求選擇原料。要求之實例為縱橫比、粒子大小分佈(particle size distribution；PSD)、化學性質、密度、直徑、球度、氧合、硬度及延性。

本文之一些實施例係關於使用微波電漿處理以自金屬或金屬合金原料合成球狀金屬粉末之系統及方法，其中金屬或金屬合金具有諸如高延性、軟度及/或延展性之物理屬性。在一些實施例中，可極難獲得包含此類金屬之可用原料以用於電漿處理。典型地，對於具有相對較低延性及高硬度之金屬，可藉由加工(例如，研磨、銑槽、鑽孔、觸按、擴孔、去角、穿過、滾花、銅焊、開槽、修整等)呈例如廢金屬形式之金屬獲得電漿處理原料。另一方面，具有高延性及低硬度之金屬或金屬合金極難以加工。出於此原因，在一些行業中，形成合金代替純金屬以改良可加工性。然而，在一些情況下，對於某些應用，諸如AM或PM應用，需要純的球狀化金屬粉末。因此，需要用於製備包含高延性、低硬度金屬或金屬合金之用於電漿處理之原料的新系統及方法。此類金屬或金屬合金之實例包括低碳鋼、不鏽鋼、鎳合金、鈦及銅。

圖1說明根據本文中所描述之一些實施例之用於產生球狀化金屬粉末材料的製程之實例流程圖。在一些實施例中，在102處，提供金屬或金屬合金原料。在一些實施例中，金屬或金屬合金可包含高延性、軟性及/或可延展金屬或金屬合金，使得該金屬或金屬合金之加工為困難的或不可能的。在一些實施例中，金屬或金屬合金原料包含低碳鋼、不鏽鋼、鎳合金、鈦或銅。在一些實施例中，在104處，使揮發性材料分散於金屬或金屬合金原料內。在一些實施例中，經分散揮發性材料改變原料之物理屬性，使得典型地由於高延性、軟度及/或延展性而難以加工之金屬或金屬合金易於在預處理步驟中進行加工。因此，藉由研磨或其他加工，具有分散於其中之揮發性材料之原料在106處可更易於經預處理以實現所要粒子形狀、縱橫比及/或大小分佈。在一些實施例中，在108處，可將經預處理原料進料至諸如圖2及圖3A至圖3B中所說明之彼等之電漿處理設備中以用於微波電漿處理。在一些實施例中，分散於該原料材料內之該揮發性材料可在暴露於微波電漿設備之後汽化。在一些實施例中，在110處，經預處理原料材料之電漿處理可合成純的、球狀化金屬或金屬合金粒子，其中揮發性材料離子實質上不污染最終產物。

在一些實施例中，原料之體積分佈可與最終球狀化粉末相同。在一些實施例中，原料之整體體積可通常與最終球狀化粉末相同。在一些實施例中，原料之總體積可在最終球狀化粉末之1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%或20% (或約1%、約2%、約3%、約4%、約5%、約10%、約15%或約20%)內。

在一些實施例中，原料金屬或金屬合金可在引入至電漿製程中之前經預處理。舉例而言，原料金屬或金屬合金可經篩分以移除較大聚結物，且經選定為所要大小以在電漿中待處理。在一些實施例中，原料金屬或金屬合金可用水、界面活性劑、清潔劑、溶劑或諸如酸之任何其他化學品清潔以移除污染物。在一些實施例中，若金屬或金屬合金污染有任何磁性材料，則原料金屬或金屬合金可經磁性清潔。在一些實施例中，清潔移除諸如陶瓷及油之污染物。在一些實施例中，原料金屬或金屬合金可經預處理以使其脫氧。在一些實施例中，原料金屬或金屬合金可經脫塵以移除細粒。

在一些實施例中，如本文所使用之金屬或金屬合金可包括低碳鋼、不鏽鋼、鎳合金、鈦或銅。詳言之，鈦或銅對於研磨可為有問題的，此係因為其為高延性的，且由此將僅彎曲或改變形狀，且將不會在不經諸如經由氫化或低溫之脆化之情況下恰當地分解成粉末。然而，本揭示之實施例可在無此類脆化製程之情況下研磨銅、銅合金、鈦或鈦合金。

在一些實施例中，本文之方法可包括對原料選擇、原料大小/縱橫比、將原料形成為適合於電漿處理之材料之加工方式及最終所要粒子體積之間的關係間分析，以便產生用於特定應用之所要粒子大小分佈。在一些實施例中，最終特定應用可為例如：雷射床融合，其粒子大小分佈(PSD)為15至45微米(或約15至約45微米)，或15至63微米(或約15至約63微米)或20至63微米(或約20至約63微米)，電子射束處理，其粒子大小分佈可為45至105微米(或約45至約105微米)或105至150微米(或約105至約150微米)或金屬射出成型(metal injection molding；MIM)。在一些實施例中，PSD可表達為原料中之粒子之D50。在一些實施例中，原料經由噴射研磨、濕式研磨或球磨研磨處理。在一些實施例中，原料之PSD為15至15微米、15至45微米、20至63微米、45至105微米或105至150微米。PSD可取決於最終應用粉末處理技術而調整，諸如雷射粉末床融合、直接能量沈積、黏合劑噴射印刷、金屬射出成型及熱均衡加壓。

在一些實施例中，原料經調適以具有大致等於經處理粉末之所要PSD之體積分佈的體積分佈。體積基於4/3*π*r ³來計算，其中『r』為經處理粉末之半徑。在一些實施例中，大多數原料粒子之體積在約4/3 π (x/2) ³與約4/3 π (y/2) ³之範圍內，其中x為所要粒子大小分佈之低端，且y為所要粒子大小分佈之高端。在一些實施例中，實質上所有原料粒子之體積在約4/3 π (x/2) ³與4/3 π (y/2) ³之範圍內。在一個實例中，經預處理及經處理之原料之體積分佈可在約65.45 μm ³與約47,712.94 μm ³之間，對應於經處理粉末之5至15微米之所要粒子大小分佈。在一些實施例中，整體而言，經預處理之原料之平均值或中位數縱橫比可在2:1與200:1之間、3:1與200:1之間、4:1與200:1之間或5:1與200:1之間。然而，所揭示之比率/直徑中之任一者可用於體積計算。在處理之後，實例中之粒子大小分佈可為5至45微米。亦涵蓋其他粒子大小分佈，包括但不限於粒子大小分佈在PSD範圍之低端處在5與45微米之間且在PSD範圍之高端處在15與105微米之間(例如，5至15微米、15至45微米、45至105微米)。

粒子大小分佈對粉末流動性及提供均一粉末床密度之能力具有直接影響。此進而判定處理粉末晶粒所需之能量輸入且影響表面光度。舉例而言，可用於AM製程之球狀化粉末之粒子大小分佈可在約15至45微米、約20至63微米或約45至106微米之間。然而，根據本文所描述之方法及系統，球狀化粉末可包含奈米範圍至毫米範圍內之粒子大小分佈。

此外，為了可用於要求高粉末流之積層製造或粉末冶金(powder metallurgy；PM)應用，金屬粉末粒子應展現可經由電漿球狀化製程實現之球面形狀。此製程涉及粒子在熱環境中之完全熔融、表面熔融或部分熔融，藉此液態金屬之表面張力使每一粒子塑形成球面幾何，隨後冷卻及再固化。

在一些實施例中，藉由電漿處理實現之最終粒子可為球面、球狀化或球狀的，術語可互換地使用。有利地，藉由使用與所揭示之不同原料中之每一者相關的關鍵及特定揭示內容，所有原料可為轉化成球面粉末。

本揭示之實施例係關於產生實質上經球狀化或已經歷顯著球狀化之粒子。在一些實施例中，球面、球狀或球狀化粒子係指具有大於某一臨限值之球度之粒子。可藉由使用以下等式計算球體之表面積A _s,ideal來計算粒子球度，其中體積V與粒子之體積匹配：

理想化表面積可與粒子之經量測表面積A _s,actual進行比較：

。

在一些實施例中，粒子可具有大於0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99 (或大於約0.5、約0.6、約0.7、約0.75、約0.8、約0.8、約0.91、約0.95或約0.99)之球度。在一些實施例中，粒子可具有0.75或更大或0.91或更大(或約0.75或更大或約0.91或更大)之球度。在一些實施例中，粒子可具有小於0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99 (或小於約0.5、約0.6、約0.7、約0.75、約0.8、約0.8、約0.91、約0.95或約0.99)之球度。在一些實施例中，若粒子具有為或高於上述球度值中之任一者的球度，則認為粒子為球面、球狀或球狀化的，且在一些較佳實施例中，若粒子之球度為或約0.75或更大或為或約0.91或更大，則認為粒子為球面的。

在一些實施例中，給定粉末內之所有粒子之中位數球度可大於0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99 (或大於約0.5、、約0.6、約0.7、約0.75、約0.8、約0.8、約0.91、約0.95或約0.99)。在一些實施例中，給定粉末內之所有粒子之中位數球度可小於0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99 (或小於約0.5、約0.6、約0.7、約0.75、約0.8、約0.8、約0.91、約0.95或約0.99)。在一些實施例中，若針對給定粉末所量測之全部或臨限百分比之粒子(如藉由下文部分中的任一者所描述)具有大於或等於前述球度值中之任一者的中位數球度，則認為粉末為球狀化的，且在一些較佳實施例中，若全部或臨限百分比之粒子具有為或約0.75或更大或為或約0.91或更大之中位數球度，則認為粉末為球狀化的。

在一些實施例中，粉末內可高於諸如上文所描述之給定球度臨限值之粒子分數可大於50%、60%、70%、80%、90%、95%或99% (或大於約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約95%或約99%)。在一些實施例中，粉末內可高於諸如上文所描述之給定球度臨限值之粒子分數可小於50%、60%、70%、80%、90%、95%或99% (或小於約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約95%或約99%)。

粒子大小分佈及球度可藉由任何適合之已知技術判定，諸如藉由SEM、光學顯微法、動態光散射、雷射繞射、使用影像分析軟體手動量測尺寸，例如在相同材料區段或樣本之至少三個影像上每影像約15至30個量測值，及任何其他技術。

圖2說明根據本文中之一些實施例之可用於材料產生的微波電漿炬200之實施例。在一些實施例中，原料可經由一或多個原料入口202引入至微波電漿204中。在一些實施例中，夾帶氣流及/或外鞘流可注入至微波電漿施加器205中，以在經由微波輻射源206點燃電漿204之前在電漿施加器內創建流動條件。在一些實施例中，夾帶流及外鞘流皆為軸對稱及層狀的，而在其他實施例中，氣流為渦流。在一些實施例中，原料可引入至微波電漿炬200中，其中原料可藉由將材料導向電漿204之氣流夾帶。

氣流可包含元素週期表之惰性氣體行，諸如氦、氖、氬等。儘管可使用上文所描述之氣體，但應理解，可取決於所要材料及處理條件而使用多種氣體。在一些實施例中，在微波電漿204內，原料可經歷物理及/或化學轉化。入口202可用於引入處理氣體以夾帶原料及加速原料朝向電漿204。在一些實施例中，可產生第二氣流以為電漿施加器205及反應腔室210之內壁提供護套，以保護彼等結構免於歸因於來自電漿204之熱輻射而熔融。

可手動地或自動地調整如藉由電漿施加器205產生之微波電漿204之各種參數，以便實現所要材料。此等參數可包括例如功率、電漿氣體流動速率、電漿氣體之類型、延伸管之存在、延伸管材料、反應器腔室或延伸管之隔熱水準、延伸管之塗覆水準、延伸管之幾何形狀(例如，錐形/階梯形)、進料材料大小、進料材料插入速率、進料材料入口位置、進料材料入口定向、進料材料入口之數目、電漿溫度、滯留時間及冷卻速率。所得材料可將電漿射出至密封腔室212中，在該密封腔室中猝滅該材料，接著收集該材料。

在一些實施例中，原料在微波電漿施加器之後注入以用於在微波電漿炬之「羽流」或「排氣」中進行處理。因此，微波電漿炬之電漿接合於電漿炬核心管208之出口端處或進一步下游處。在一些實施例中，可調整之下游進料允許通過精確定位溫度水準及滯留時間而在適合於最佳熔融原料之溫度下使原料與下游電漿羽流接合。調整入口位置及電漿特性可允許材料特性之進一步客製化。此外，在一些實施例中，藉由調整功率、氣體流動速率、壓力及設備組態(例如引入延伸管)，可調整電漿羽流之長度。

在一些實施例中，進料組態可包括包圍電漿羽流之一或多個個別進料噴嘴。原料可自任何方向進入電漿，且可取決於入口202之位置及定向而圍繞電漿以360°進料。此外，原料可藉由調整入口202之位置而在沿電漿204之長度的特定位置處進入電漿，其中已量測特定溫度且估算滯留時間以用於提供所得材料之所需特性。

在一些實施例中，可調整入口202相對於電漿204之角度，使得原料可以相對於電漿204之任何角度注入。舉例而言，可調整入口202，使得原料可以相對於電漿204之方向約0度、約5度、約10度、約15度、約20度、約25度、約30度、約35度、約40度、約45度、約50度、約55度、約60度、約65度、約70度、約75度、約80度、約85度或約90度或前述值中之任一者之間的角度注入至電漿中。

在一些實施例中，下游注入方法之實施可使用下游渦流或淬滅。下游旋流係指可自電漿施加器下游引入以保持來自施加器205、反應器腔室210及/或延伸管214之壁的粉末的額外渦流組件。

在一些實施例中，微波電漿設備之反應腔室210之長度可為約1呎、約2呎、約3呎、約4呎、約5呎、約6呎、約7呎、約8呎、約9呎、約10呎、約11呎、約12呎、約13呎、約14呎、約15呎、約16呎、約17呎、約18呎、約19呎、約20呎、約21呎、約22呎、約23呎、約24呎、約25呎、約26呎、約27呎、約28呎、約29呎或約30呎，或前述值之間的任何值。

在一些實施例中，可藉由調整各種處理條件及設備組態延伸之電漿204之長度可為約1呎、約2呎、約3呎、約4呎、約5呎、約6呎、約7呎、約8呎、約9呎、約10呎、約11呎、約12呎、約13呎、約14呎、約15呎、約16呎、約17呎、約18呎、約19呎、約20呎、約21呎、約22呎、約23呎、約24呎、約25呎、約26呎、約27呎、約28呎、約29呎或約30呎，或前述值之間的任何值。

圖3A至圖3B說明包括側進料料斗而非圖2之實施例中展示之頂部進料料斗的示例性微波電漿炬，因此允許下游進料。因此，在此實施中，原料在微波電漿炬施加器之後注入以用於在微波電漿炬之「羽流」或「排氣」中進行處理。因此，相對於關於圖2論述之頂進料(或上游進料)，微波電漿炬之電漿在電漿炬之出口端處接合以允許原料之下游進料。此下游進料可有利地延炬之壽命，因為熱區被無限地自熱區襯裡之壁上的任何材料沈積物中保留。此外，其允許通過精確定位溫度水準及滯留時間而在適合於最佳熔融粉末之溫度下接合下游電漿羽流。舉例而言，存在使用微波粉末、氣流及含有電漿羽流之淬滅容器中之壓力來調節羽流之長度的能力。

一般而言，下游球狀化法可利用兩種主要硬體組態來建立穩定電漿羽流，該等組態為：諸如美國專利公開案第2018/0297122號中所描述之環形炬，或US 8748785 B2及US 9932673 B2中所描述之渦流炬。圖3A及圖3B兩者展示可藉由環形炬或渦流炬實施之方法之實施例。在電漿炬之出口處與電漿羽流緊密耦接之進料系統用於軸對稱地進料粉末以保持製程均相性。其他進料組態可包括包圍電漿羽流之一個或若干個個別進料噴嘴。

進料材料314可引入至微波電漿炬302中。料斗306可用於在將進料材料314進料至微波電漿炬302、羽流或排氣中之前儲存進料材料314。在替代實施例中，原料可沿電漿炬之縱向軸線注入。微波輻射可經由波導304引入至電漿炬中。進料材料314經進料至電漿腔室310中且置放成與由電漿炬302產生之電漿接觸。當與電漿、電漿羽流或電漿排氣接觸時，進料材料熔融。當仍處於電漿腔室310中時，進料材料314在經收集至容器312中之前冷卻及固化。替代地，進料材料314可在仍處於熔融相時離開電漿腔室310且在電漿腔室外部冷卻及固化。在一些實施例中，可使用淬滅腔室，其可或可不使用正壓。雖然與圖2分開描述，但圖3A至圖3B之實施例應理解為使用與圖2之實施例類似的特徵及條件。 額外實施例

在前述說明書中，已參考本發明之特定實施例描述本發明。然而，在不脫離本發明之較寬泛精神及範疇之情況下可對其進行各種修改及改變將係顯而易見的。因此，應在說明性意義上而非限制性意義上看待說明書及圖式。

實際上，儘管本發明已在某些實施例及實例之上下文中揭示，但熟習此項技術者將理解，本發明延伸超出特定揭示之實施例而至本發明之其他替代實施例及/或用途以及其明顯修改及等效物。另外，雖然已詳細展示及描述本發明之實施例的若干變化，但基於本揭示，在本發明之範疇內的其他修改對於熟習此項技術者而言將為顯而易見的。亦意欲製備實施例之特定特徵及態樣之各種組合或子組合且仍屬於本發明之範疇內。應理解，所揭示實施例之各種特徵及態樣可彼此組合或取代以形成本發明實施例之不同模式。本文中所揭示之任何方法不必按所敍述之次序執行。因此，預期本文所揭示之本發明範疇不應受上述特定實施例限制。

應瞭解，本揭示之系統及方法各自具有若干創新態樣，其中無單一者單獨負責或需要用於本文中所揭示之所需屬性。上文所描述之各種特徵及製程可彼此獨立地使用，或可以各種方式組合。所有可能組合及子組合意欲在本揭示之範疇內。

在單獨實施例之上下文中描述於本說明書中之某些特徵亦可在單一實施例中組合地實施。相反地，在單一實施例的上下文中所描述之各種特徵亦可分別在多個實施例中實施或以任何適合的子組合實施。另外，儘管上文可將特徵描述為以某些組合起作用且最初甚至按此來主張，但來自所主張組合之一或多個特徵在一些情況下可自該組合刪除，且所主張組合可針對子組合或子組合之變體。無單一特徵或特徵之群組對於每一實施例為必需或必不可少的。

亦應瞭解，除非另外特定地陳述或另外在如所使用之上下文內理解，否則本文所使用之條件語言等(諸如，「可(can/could/might/may)」、「例如」及類似者)通常意欲表達某些實施例包括而其他實施例不包括某些特徵、元件及/或步驟。因此，此條件性語言通常並非意欲暗示特徵、元件及/或步驟無論如何為一或多個實施例所需要的，或一或多個實施例必定包括用於在具有或不具有作者輸入或提示情況下決定此等特徵、元件及/或步驟是包括於任一特定實施例中或有待於在任一特定實施例中執行的邏輯。術語「包含」、「包括」、「具有」及類似者同義且以開放方式包容性地使用，且並不排除額外元件、特徵、動作、操作等。另外，術語「或」以其包容性含義使用(且不以其排他性含義)，使得當用於例如連接元件清單時，術語「或」意謂清單中之元件之一者、一些或全部。另外，除非另外指定，否則如本申請案及所附申請專利範圍中所使用之冠詞「一(a/an)」及「該」應視為意謂「一或多個」或「至少一者」。類似地，雖然可以特定次序在圖式中描繪操作，但應認識到，此類操作無需以所展示之特定次序或以順序次序執行，或所有所說明之操作經執行以實現所需結果。此外，圖式可按流程圖之形式示意性地描繪一或多個實例製程。然而，未描繪之其他操作可併入於示意性地說明之實例方法及製程中。舉例而言，可在所說明操作中之任一者之前、之後、同時或之間執行一或多個額外操作。另外，在其他實施例中，操作可經重新配置或重新排序。在某些情形下，多任務及並行處理可為有利的。另外，不應將上文所描述之實施例中之各種系統組件之分離理解為在所有實施例中需要此分離，且應理解，所描述程式組件及系統可通常一同整合在單一軟體產品中或封裝至多個軟體產物中。另外，其他實施例在以下申請專利範圍之範疇內。在一些情況下，申請專利範圍中所敍述之動作可按不同次序執行且仍實現所需結果。

此外，雖然本文中所描述之方法及裝置可易受各種修改及替代形式影響，但其特定實例已在圖式中展示且在本文中詳細描述。然而，應瞭解本發明不受所揭示之特定形式或方法限制，但相反，本發明涵蓋屬於所描述各種實施及隨附申請專利範圍的精神及範疇內的所有修改、等效物以及替代方案。此外，本文中結合實施或實施例之任何特定特徵、態樣、方法、屬性、特性、品質、性質、元素或類似者之揭示內容可用於本文中所闡述之所有其他實施或實施例中。本文中所揭示之任何方法不必按所敍述之次序執行。本文所揭示之方法可包括由從業者採取之某些動作；然而，方法亦可包括彼等動作之任何明確或通過暗示之第三方指令。本文中所揭示之範圍亦涵蓋任何及所有重疊、子範圍及其組合。諸如「至多」、「至少」、「大於」、「小於」、「之間」及類似者之語言包括所敍述之數字。之前為諸如「約」或「大致」之術語的數字包括所敍述數字且應基於情形加以解釋(例如在例如±5%、±10%、±15%等情形下儘可能合理地準確)。舉例而言，「約3.5 mm」包括「3.5 mm」。諸如「實質上」之術語前之片語包括所敍述片語且應基於情形加以解釋(例如在該情形下合理地儘可能多)。舉例而言，「實質上恆定」包括「恆定」。除非另外陳述，否則所有量測均在包括溫度及壓力之標準條件下進行。

如本文中所使用，提及項目清單「中之至少一者」之片語係指彼等項目之任何組合，包括單個成員。作為實例，「以下各者中之至少一者：A、B或C」意欲涵蓋：A；B；C；A及B；A及C；B及C；及A、B及C。除非另外特定陳述，否則諸如片語「X、Y及Z中之至少一者」的連接語言在所使用之上下文的情況下應另外理解為一般傳達項目、術語等可為X、Y或Z中之至少一者。因此，此連接語言通常並不意欲暗示某些具體實例需要X中之至少一者、Y中之至少一者，及Z中之至少一者每一者皆存在。本文中所提供之標題(若存在)僅為方便起見且未必影響本文中所揭示之裝置及方法之範疇或含義。

因此，申請專利範圍並不意欲限於本文中所展示之實施例，而應符合與本文中所揭示之揭示、原理及新穎特徵相一致之最廣泛範疇。

102:步驟 104:步驟 106:步驟 108:步驟 110:步驟 200:微波電漿炬 202:入口 204:微波電漿 205:電漿施加器 206:微波輻射源 208:電漿炬核心管 210:反應腔室 212:密封腔室 214:延伸管 302:微波電漿炬 304:波導 306:料斗 310:電漿腔室 312:容器 314:進料材料

提供圖式以說明實例實施例且不意欲限制本發明之範疇。在參考結合隨附圖式之以下描述，將瞭解本文中所描述之系統及方法的較佳理解，在隨附圖式中：

圖1說明根據本文中所描述之一些實施例之用於產生球狀化金屬粉末材料的製程之實例流程圖。

圖2說明根據本揭示之實施例之可用於粉末產生的頂部進料微波電漿炬之實施例。

圖3A至圖3B說明根據本揭示之側進料料斗實施例之可用於粉末產生中的微波電漿炬之實施例。

102:步驟

104:步驟

106:步驟

108:步驟

110:步驟

Claims (20)

1. 一種用於製造銅球狀化粉末之方法，該方法包含： 提供銅原料； 藉由熔融該銅原料且將該經熔融銅原料與揮發性材料混合來將該揮發性材料分散於該銅原料內； 加工該銅原料以產生在預定適合用作微波電漿製程中之原料之粒子體積範圍內的金屬粒子；及 將該微波電漿製程應用於該等金屬粒子以使得該揮發性材料汽化且形成該銅球狀化粉末。
2. 如請求項1之方法，其進一步包含在加工該銅原料之前冷卻該經熔融銅原料。
3. 如請求項1之方法，其進一步包含在應用該微波電漿製程之前將該銅原料鑄造成預定形狀。
4. 如請求項1之方法，其中粒子體積之經判定範圍在15與63微米之間。
5. 如請求項1之方法，其中該將該微波電漿製程應用於該等金屬粒子包含將該等金屬粒子引入至微波電漿炬之排氣中或該微波電漿炬之羽流中。
6. 如請求項1之方法，其中藉由在不脆化該銅原料之情況下研磨或壓碎該銅原料來加工該銅原料。
7. 如請求項1之方法，其中該經分散揮發性材料改變該銅原料之物理屬性以促進該銅原料之該加工。
8. 一種用於製造銅球狀化粉末之方法，該方法包含： 將藉由加工獲得之金屬粒子引入至微波電漿炬中，該等金屬粒子包含： 銅；及 揮發性材料，其分散於該銅內； 熔融及球狀化該微波電漿炬內之該等金屬粒子以汽化該揮發性材料且形成該銅球狀化粉末。
9. 如請求項8之方法，其進一步包含熔融該銅且將該等揮發性材料與該經熔融銅混合以形成該等金屬粒子。
10. 如請求項8之方法，其進一步包含在加工該等金屬粒子之前冷卻該等金屬粒子。
11. 如請求項8之方法，其進一步包含在將該等金屬粒子引入至該微波電漿炬中之前將該等金屬粒子鑄造成預定形狀。
12. 如請求項8之方法，其中藉由包含在不脆化該等金屬粒子之情況下研磨或壓碎該等金屬粒子之加工來獲得該等金屬粒子。
13. 如請求項8之方法，其中藉由該等微波電漿炬僅部分地表面熔融該等金屬粒子。
14. 如請求項8之方法，其中該經分散揮發性材料改變該等金屬粒子之該等物理屬性以促進該等金屬粒子之加工。
15. 如請求項8至14中任一項之方法，其中該銅球狀化粉末包含具有至少0.75之中位數球度之粒子。
16. 如請求項8至15中任一項之方法，其中該銅球狀化粉末包含具有至少0.90之中位數球度之粒子。
17. 如請求項8至16中任一項之方法，其中球狀化金屬或金屬合金粉末之粒子大小分佈在該粒子大小分佈範圍之低端處在5與45微米之間，且在該粒子大小分佈範圍之高端處在15與105微米之間。
18. 一種根據方法製造之球狀化粉末，其包含： 將藉由加工獲得之金屬粒子引入至微波電漿炬中，該等金屬粒子包含： 銅；及 揮發性材料，其分散於該銅內；及 熔融及球狀化該微波電漿炬內之該等金屬粒子以汽化該揮發性材料且形成該銅球狀化粉末。
19. 如請求項18之球狀化粉末，其中該球狀化粉末包含具有至少0.75之中位數球度之粒子。
20. 如請求項18之球狀化粉末，其中該球狀化粉末包含具有至少0.90之中位數球度之粒子。

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