[发明专利]一种金属粉末的制备装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属粉末的制备装置，包括反应炉体、过渡冷却器、猝冷冷却器、旋风分离器、收集器、真空泵、变频气泵和储气罐，在等离子电源的作用下，等离子枪和原料之间产生等离子炬，坩埚中的原料被等离子炬快速气化，并在循环气流的携带下，以金属蒸汽的形式依次进入过渡冷却器和猝冷冷却器中，并在猝冷冷却器中与常温的惰性气体碰撞形成金属粉末，之后继续在循环气流的带动下进入旋风分离器中，其中，金属粉末中粒径大于阈值的粉末留在旋风分离器中，粒径小于阈值的粉末在循环气流的带动下进入所述收集器中。本发明中的目的是提供一种生产产量大、金属粉末粒径可控、操作简单和节能高效的超细金属粉末制备方法及装置。

技术领域

本发明涉及金属粉末的制备，具体涉及一种金属粉末的制备装置及其制备方法。

背景技术

超细金属粉末指的是亚微米、纳米级金属粉末；由于超细金属粉体特有的高表面活性使其具备特有的电、磁、光催化和化学催化等性能，球形超细金属粉末因为流动性好，目前广泛应用于锂电池、MLCC电容、大规模集成电路、隐身吸波材料、高性能磁记录材料、氢能源、3D打印、润滑添加剂以及各种高端金属复合材料等方面。

球形超细金属粉末制备主要有机械球磨法、雾化法、化学气相沉积法和物理气相法，球磨法缺点是粉末纯度低、粒径分布宽、环境污染大，雾化法缺点是只能制备几十微米以上级别的超细金属粉末，并且球形化低。目前，国外采用化学气相沉积法生产超细金属粉末，这种工艺制备方法不可避免带来污染物的排放；相比较而言，物理气相法制备的超细粉体具有纯度高、球形度高、容易分散等特点，并且不会带来环境污染，物理气相法主要采用热等离子法和激光法等，等离子转移弧作为热等离子法的一种，由于具有温度梯度大，金属粒子容易成核和长大等特点，越来越受到普遍关注。近年来，国内已经开始开发等离子转移弧装备来制备超细粉体，并制备出超细金属粉末。但在具体使用中还存在着诸多缺陷，比如国内发明专利CN100457339C提到的纳米金属粉体生产装置只能在真空条件下操作，并且没有粒子控制装置，纳米粉末产量低，粒子粒度分布难以控制，不能满足大规模工业化量产需求。再比如实用新型专利CN2488622Y提到的一种转移弧制备金属粉末的装置，消耗气体大，并提出改变粒子控制器的长度影响粒子的生长，实际操作难度大。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产产量大、金属粉末粒径可控、操作简单和节能高效的超细金属粉末制备方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种金属粉末的制备装置，包括反应炉体、过渡冷却器、猝冷冷却器、旋风分离器、收集器、真空泵、变频气泵和储气罐，所述反应炉体包括反应炉体载气进口和反应炉体载气出口，且所述反应炉体载气出口连接所述过渡冷却器的一端；所述过渡冷却器的另一端连接所述猝冷冷却器的一端，所述猝冷冷却器的另一端连接所述旋风分离器，所述旋风分离器的另一端连接所述收集器，所述收集器的另一端连接所述真空泵和所述变频气泵，所述变频气泵的另一端通过单向阀连接所述储气罐，所述储气罐另一端分别连接所述反应炉体中的等离子枪、过渡冷却器和猝冷冷却器，并向其中通入惰性气体；

其中，所述反应炉体中包括坩埚，所述坩埚连接加料机，所述加料机用于向所述坩埚中添加原料，所述坩埚的下表面为石墨电极，所述坩埚的正上方安装等离子枪，所述等离子枪和所述石墨电极分别连接等离子电源的正负极，且所述等离子电源、等离子枪、坩埚中的原料以及石墨电极通电之后形成导电回路，所述坩埚上方高于原料的两侧分别为坩埚进气口和坩埚出气口，所述坩埚进气口连接所述反应炉体载气进口，所述坩埚出气口连接所述反应炉体载气出口；

所述过渡冷却器的表面缠绕过渡冷却器输气管，所述过渡冷却器输气管的进气口连接所述储气罐，出气口连接所述反应炉体的载气进气口；

所述猝冷冷却器包括位于所述猝冷冷却器中心的猝冷腔室和围绕所述猝冷腔室的至少一个气体导流管，其中，所述气体导流管为水平方向的管道，且所述气体导流管中均匀分布气孔，所述气体导流管的进气口连接所述储气罐，所述气孔使得所述气体导流管中的惰性气体进入所述猝冷腔室中；