[发明专利]通过空化来制备导磁粉末的方法以及执行该方法的装置

说明书

技术领域

本发明属于处理金属材料的领域并且涉及制备具有微米和纳米尺寸的个体颗粒的导磁粉末的方法，这些颗粒通过空化获得，其中用于执行该方法的装置是本发明的一部分。

背景技术

用于制备粉末的现存技术可以用来几乎由所有已知的材料生产粉末，但最为常见的是由高度纯化的金属和合金进行工业化粉末生产，因为金属粉末特别是从它们的形态、尺寸和化学成分的角度被使用。目前最广泛使用的金属粉末位于微米和纳米颗粒的尺寸范围中。在纳米粉末的情况下，个体颗粒是如此之小以至于它们的行为还受到原子力、化学键特性或量子效应的影响，并且它们在许多工业分支中找到应用，在这些分支中它们的使用使得能够满足对这些粉末的特殊需求。

金属粉末通常要么通过物理方法使用机械碾磨或破碎金属聚合体、要么通过化学方法进行制备，而用于粉末制备的基本技术可以被分成两个基本组。一个组的技术涉及微细粉末制备的领域，其中利用在水或气体环境中的雾化方法、球磨和/或磨削、机械合金化、或电解。另一个组的技术被设计用于制备纳米粉末及其团块，其中使用用于化学或电解分解所需金属的氧化物的方法。用于粉末制备的方法的适合性则取决于生产速度、粉末特性、或初始材料的物理和化学特性。使用特殊的技术能实现尺寸从纳米颗粒(0.01–0.1μm)到超细粉末(0.1-1μm)直到微细粉末(1-150μm)变动的金属粉末的制备。

制备微细金属粉末的最简易的方法是机械磨削或碾磨的方法，其特别被用于脆性材料诸如金属陶瓷、硬金属和氧化物或陶瓷，其中由于它们的高硬度，获得具有1μm(10^-6m)尺寸的颗粒的粉末是没有问题的。已有一些技术方案，例如在文件KR20110069909、CZ2001-3359 A3中所描述的，其中正是使用碾磨和磨削的方法来生产金属粉末。该技术的不利之处是由大多数金属材料可延展这一事实而产生的，并且微细粉末的生产因此是有问题的，因为，由于高韧性，材料更确切地是被塑化和拉伸，并且碾磨装置也可能被高度污染。在金属粉末的生产中，使用活性气体也是可行的，例如，当氢有助于氢化该材料时，这增大了其脆性但同时改变了这种方法制备的粉末的化学、物理、和机械特性。

一种类似于碾磨技术的方法是机械合金化的方法，其使用磨碎机或球磨机。使用合金化以用于生产金属粉末的实例例如在文件WO2012047868A2中被描述。机械合金化(其通过低能或高能动力碾磨元素结晶粉末金属、合金、或化学复合物而实现)是用于获得具有精细显微结构(即纳米晶体或无定形体)的粉末材料的方法。该方法的本质在于，更另外的元素经由一系列冷焊过程和随后的颗粒分离被混入初始材料中。它们可以是周期系统的特定元素、合适的合金粉末或甚至它们的氧化物、碳化物、氮化物、或其它陶瓷材料中的任一者。利用该方法，特别是为了增加粉末细度，非常长的处理时间以及活性或惰性气体的高消耗量被使用。该技术的另一个不利之处在于，初始的母体(粉末由其被生产)必须被预先安排，这使得该方法需要更多时间和成本。

制备金属粉末的另一种方法是雾化技术，此时实现熔融金属流雾化到液体或气体介质中。雾化为目前市场上制备金属粉末的主导方法，并且能实现基于Al、Cu、Fe、低碳和高碳钢、耐腐蚀、耐火和工具钢、基于Ni和Co的超合金、钛合金等等的金属粉末的生产。雾化的本质在于熔融基本体积的母体以及将熔融金属滴的绝大部分喷射至气体或液体环境中。雾化的一个选项是等离子体化学分解，如例如在文件WO 2012023684 A1、US2011277590 A1、US2010176524 A1中所提及的。通过雾化通常能实现具有高达150μm的颗粒尺寸的粉末的制备。制备处于亚微米(纳米)级的粉末就已经有问题了，因为通过雾化产生金属粉末的本质的物理限度目前是在颗粒尺寸1-5μm的边界上。

为制备具有纳米尺寸的特定颗粒的粉末，当粉末生产的本质是化学反应时，最为常用的是化学原理和工艺，该化学反应导致初始材料的原始化学成分的改变。为获得最终的金属纳米粉末的最为常用的技术包括化学或电解分解氧化物、金属，从稀释物中沉降，从蒸汽中冷凝，热分解或电沉积。当总的经济需求尤其是来自输入原材料、电能和相对长的工作时间的消耗时，这些是相对简单的工艺。然而，由于这种方法生产的纳米粉末的高化学纯度，这些产品在市场上所要求的购买价格相对较高。通过化学方法进行粉末生产的方法例如在文件CN101962210 A，CN102190299 A，KR20060112546，CZ 302249 B6和CZ 300132 B6中被描述。