[发明专利]一种金属蒸气骤冷形核成粉装置及粒径控制方法

说明书

本发明公开了一种金属蒸气骤冷形核成粉装置及粒径控制方法，成核管的出口连接骤冷凝粉器，骤冷凝粉器包括成粉室、位于成粉室内部的气体冷却管，以及位于成粉室外壁上的水冷层二，通过控制水冷层二冷却水的温度及气体冷却管内气体喷出状态，可以控制成粉室内温度；当成核的金属蒸气进入成粉室后会迅速弥漫到成粉室中与冷却气体充分混合接触，使成粉室内的金属粒子迅速冷却，成粉室外壁上的水冷层二以及气体冷却管，两者里外相结合，能够迅速控制成粉室内各个位置的温度，避免金属粒子的继续长大或团聚，在水冷层二通入不同温度的冷却水、在气体冷却管内通入不同温度的气态冷却介质、在气体冷却管内通入不同流量的气态冷却介质来控制成粉室内部的温度。

技术领域

本发明属于金属蒸气成粉装置领域，尤其涉及一种金属蒸气骤冷形核成粉装置及粒径控制方法。

背景技术

物理气相法制备金属超细粉末为近些年发展起来的清洁高效技术，尤其是等离子物理气相沉积工艺制备超细粉体近些年备受关注，该工艺使用激发态的等离子作为热源，温度可达10000℃，能够使大部分难熔金属在常压下气化为原子态气体，金属蒸气经过急速冷却后可形成超细金属粉体，全流程在惰性气体环境下完成，无任何尾气、废水排放，无其他杂质引入，并可通过调节工艺参数来获取所需镍粉的粒径，制备的金属粉具备粒度可控，纯度高，球形度好，表面光洁，分散性好等特点。物理气相法成为制取超细金属粉的最常用的方法。

在使用物理气相法制备难熔金属超细粉末过程中，为了使金属蒸气将蒸气冷却为一定粒径范围的金属粒子，需要在极短的时间内将金属蒸气降至一定温度。然而在实施过程中，金属蒸气排出坩埚后，需要一个短暂的原子成核过程，此过程时间非常短，而为了不让成核的粒子过度长大，需要在极短时间内冷却至一定温度以下，抑制粉体过度长大和团聚。但常会由于常用设备结构的限制使原子化金属蒸气成核和长大过程非常难控，尤其是设备对金属蒸气成粉过程的温度控制，不能快速下降到所需要的温度，从而导致粒子成核、生长、冷却同时进行，容易出现金属颗粒过度长大、大小不一、团聚联体等不良产品，甚至出现联体现象，因为目前设备所采用控制温度还是水冷套的方式，例如公告号为CN216421070U的中国实用新型专利文献中记载的一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置，通过带夹套的壳体结构与保温结构，控制成核结构内部的降温，并控制温度范围控制金属蒸气成核顺利完成。其因为控制温度和降温速度的方式单一，很难在极短时间内冷却至一定温度以下，抑制粉体过度长大和团聚。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种可使金属蒸气快速形核并急速冷却至一定温度的金属蒸气骤冷形核成粉装置及控制成粉粒径的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种金属蒸气骤冷形核成粉装置，包括成核管，成核管两端分别为进料口和出料口，成核管包括内管道一和位于内管道一外壁上的水冷层一，成核管的出口连接骤冷凝粉器，骤冷凝粉器包括成粉室、位于成粉室内部的气体冷却管，以及位于成粉室外壁上的水冷层二，成核管与成粉室内部连通，成粉室连接有出料管，出料管包括内管道二与位于内管道二外壁上的水冷层三，气体冷却管具有进气口，且进气口延伸至成粉室外部，气体冷却管上均布设置有气体喷口；成粉室为子弹外壳形状，距离成核管近的一端为圆筒结构，距离出料管近的一端为弧形漏斗结构；气体冷却管沿物料流动方向往返均匀平行排列于成粉室内部，成粉室内部平行排列的冷却管之间通过弧形管道依次连通。

进一步的技术方案在于，所述水冷层一外壁上设置有保温层，保温层为陶瓷毡保温层或碳毡保温层。

进一步的技术方案在于，成核管的内管道一为进料口大、出料口小的喇叭状管道，成核管的内管道一为进料口大、出料口小的喇叭状管道，成核管的内管道一、保温层和水冷层一为同轴管道，同一截面上内管道一外径A与保温层外径B的比值为1∶1~4，同一截面上内管道一外径A与水冷层一外径C的比值为1∶1~15。成核管两端的进料口内径与出料口内径的比值为1∶1~2。成核管长度D与骤冷凝粉器的成粉室的长度E的比值为1∶0.5~50，成核管平均直径与成核管长度D的比值为1∶1~50，成核管最小内径Amin与骤冷凝粉器的成粉室的最大内径G的比值为1：1~30。