CN103128288A

CN103128288A - 金属晶体粉末及其生产方法和生产设备

Info

Publication number: CN103128288A
Application number: CN2011103730500A
Authority: CN
Inventors: 胡立荣
Original assignee: SCM Metal Products (Suzhou) Co Ltd
Current assignee: SCM Metal Products (Suzhou) Co Ltd
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明提供一种金属晶体粉末的生产设备，其包括：壳体，其内形成有工作腔体；进料口，设置于所述壳体壁上，用于供生产金属晶体粉末的原料颗粒通过并进入工作腔体内；进风口和出风口，设置于所述壳体壁上，并与所述工作腔体气体连通；气流驱动装置，其可作动地驱动所述工作腔体内气流的流动；导流装置，至少部分设置于所述工作腔体内，并可被驱动以带动气流按特定形式流动。本发明方法的生产设备投资小，生产成本低，有效粉末产率高。同时，本发明还涉及一种利用上述生产设备的生产方法及由此方法生产的金属晶体粉末。该金属晶体粉末具有球形或类球形的形貌，同时包含大量晶格缺陷，这有利于原子的扩散，大大提高了粉末的烧结活性。

Description

金属晶体粉末及其生产方法和生产设备

技术领域

本发明涉及一种金属晶体粉末，尤其涉及一种具有晶格缺陷的金属晶体粉末。

本发明还涉及一种生产金属晶体粉末的生产方法和生产设备，尤其涉及一种生产具有晶格缺陷的金属晶体粉末的生产方法和设备。

背景技术

金属晶体粉末是一种重要的原料，其在电子工业、机械制造业、汽车工业等多个领域都有着广泛的应用。目前生产金属粉末的方法分为物理法和化学法。

常用的物理法生产金属晶体粉末的方法有气雾化法、水雾化法、离心雾化法、球磨和气流磨粉碎法等。

气雾化和水雾化分别是采用空气、氮气、氦气、氩气、水或油来击碎熔融的金属流体，熔融的金属流体快速冷却而形成金属粉末。

离心雾化是将块体材料送入等离子焰中使之以极快的速度熔化，熔融金属的液滴散射到基片上碎裂成小颗粒。

球磨法是将大颗粒金属粉末与磨球介质进行长时间搅拌或混合，大颗粒金属颗粒在磨球的冲击及挤压下破碎成细小的颗粒。

气流磨是通过高速气流冲击的方式，使粗颗粒粉末与工作腔体内壁碰撞，或使粗颗粒粉末之间相互碰撞，而裂解成细小的颗粒，气流磨是制备脆性粉末的有效方法。

上述方法虽然都在实际生产中得到了不同程度的应用，但是这些方法各自都存在着一定的缺陷：

普通水雾化可大批量生产金属粉末，但其生产的粉末粒径范围较宽，颗粒尺寸较大。如生产更细小的粉末（如粒径<30μm）则需采用高压水雾化的设备，该设备投资大，且细粉产率较低。同时，水雾化粉末团化颗粒的比例高，形状不规则，松装密度和振实密度低，对注射成型产品的注射成型及烧结性均有不利的影响。

气雾化法可生产30μm以下的金属粉末，生产过程中需采用空气、氩气或氮气进行雾化，因细粉产率较低成本高，粉末形状虽接近球形，但由于缓冷的因素其粉体的表面能低，烧结活性一般。

离心雾化法可制备小尺寸金属粉末，但设备成本高，生产效率低，不适于大规模生产。

球磨法工艺简单，设备成本低，采用该方法制造的金属粉末形状不规则，甚至成片状，粉末和粉末之间易发生团聚和焊合，且采用球磨法无法有效地生产超细金属粉末。

气流磨过程中粉末表层受到的冲击力和冲击时间有限，致使对韧性高或延展性好的金属材料的破碎能力有限，而无法获得超细球型金属粉末。

采用化学法生产金属粉末的方法为液相沉淀法。液相沉淀法是将硝酸盐、氯化物、氢氧化物或硫化物等物质溶解，然后通过处理在溶液中沉淀下来，得到粉末。但液相还原法制得的粉末易团聚，填充密度低，产量有限，无法满足注射成型产品的要求。

有鉴于此，有必要对上述生产金属粉末的方法予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种生产设备，该生产设备能够生产出具有高表面能同时表层具有晶格缺陷的金属晶体粉末，且该生产设备投资小、生产成本低、有效粉末产率高。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述生产设备生产金属晶体粉末的生产方法，该方法工艺简单，产率高，能够生产出具有高烧结活性的金属晶体粉末。

本发明还提供一种由上述生产设备和生产方法生产的金属晶体粉末，该金属晶体粉末表层具有晶格缺陷，同时表面能高，烧结活性好。

为实现上述发明目的之一，本发明的一种金属晶体粉末的生产设备，该生产设备包括：

壳体，其内形成有工作腔体；

进料口，设置于所述壳体壁上，用于供生产金属晶体粉末的原料颗粒通过并进入工作腔体内；

进风口和出风口，设置于所述壳体壁上，并与所述工作腔体气体连通；

气流驱动装置，其可作动地驱动所述工作腔体内气流的流动；

导流装置，至少部分设置于所述工作腔体内，并可被驱动以带动气流按特定形式流动。

作为本发明的进一步改进，所述气流驱动装置包括离心风机，其与所述出风口相连接。

作为本发明的进一步改进，所述导流装置包括旋转件和用于驱动所述旋转件的马达，所述旋转件旋转以驱动气流按螺旋方式流动。

作为本发明的进一步改进，所述进风口位于壳体的下方，所述出风口位于壳体的顶部。

为实现上述发明目的之一，本发明的一种采用上述生产设备制备金属晶体粉末的方法，该方法包括如下步骤：

提供金属晶体粉末的原料颗粒，并将所述原料颗粒通过进料口送入生产设备的工作腔体中；

通过进风口向工作腔体内输入气体，并启动气流驱动装置和导流装置特定时长，以使气体在所述工作腔体内形成螺旋气流；

所述原料颗粒随螺旋气流运动而与壳体内壁或相互之间产生碰撞，并在撞击力和剪切力作用下，表层产生大量晶体缺陷，这些晶体缺陷促进了裂纹的形成，从而进一步快速破碎至数个小颗粒，最终形成具有晶格缺陷的球形或者类球形金属晶体粉末。

作为本发明的进一步改进，所述气体选自空气、惰性气体或者氮气。

作为本发明的进一步改进，所述特定时长的范围为：1~30min；优选为：5~15min。

为实现上述发明目的之一，本发明的一种金属晶体粉末，该金属晶体粉末形貌为球形或者类球形，其颗粒表面具有塑性变形，包含晶格缺陷，并具有高表面能。

作为本发明的进一步改进，所述金属晶体粉末的松装密度范围为：3.5~5.5g/cm³；振实密度范围为：4.0~5.8 g/cm³。

作为本发明的进一步改进，所述金属晶体粉末颗粒的平均粒径范围为：0.1~500μm；优选为：20~30μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

金属晶体粉末颗粒表面产生塑性变形，进而导致其表面有大量的晶格缺陷（如位错），为原子的扩散迁移提供了通道，使其易烧结。同时该金属晶体粉末具有高表面能。

本发明的金属晶体粉末为球形或接近于球形，内部密实，具有高的松装密度和振实密度。金属晶体粉末之间具有很好的分散性，它们之间不发生团聚和粘连。

具有以上特性的金属粉末可被用于传统粉末冶金零件、注射成型零件、电容、导电导热胶及电磁屏蔽材料。

对于易发生氧化的金属晶体粉末，本发明的生产方法可利用惰性气体进行保护。

同时，该生产方法工艺简单，产率高。采用此种方法可对脆性及延展性好的金属晶体粉末进行破碎，可将其破碎至5μm以下，细粉产率高。

本发明方法所用的生产设备投资小，生产成本低，有效粉末产率高。

附图说明

图1为本发明的生产设备的一具体实施方式示意图；

图2为本发明的金属晶体粉末一具体实施方式的形貌图；

图3为图2所示金属晶体粉末的1000倍放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明，但这些实施方式并不限制本发明，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的等效变换和等效替代均包含在本发明的保护范围内。

如图1所示，为本发明的生产设备的一具体实施方式示意图，该生产设备100用于生产具有晶格缺陷的金属晶体粉末，其包括：壳体110、工作腔体120、进料口114、进风口113、出风口111、气流驱动装置130、导流装置140。

壳体110，其形成生产设备100的外壁，其内形成有工作腔体120，用于生产金属晶体粉末的原料在该工作腔体120内被进一步破碎成表层具有晶格缺陷的细小颗粒。

进料口114，位于所述壳体110的下部，用于生产金属晶体粉末的原料，实践中一般为经过初步粉碎的粗颗粒，从进料口114处进入工作腔体120内，进料口的数量可以根据需要设计成一个或者多个，本实施方式中为一个。

进风口113,位于壳体110的下部，并与工作腔体120气体连通，用于形成高速旋风的气体从进风口113处进入工作腔体120内部，进风口113的数量为一个或者多个，本实施方式中为两个。

进风口113和进料口114被设计在壳体110的下部，保证了粗颗粒在工作腔体120的底部进入，经过较长时间才能到达工作腔体120的顶部，使得粗颗粒的停留时间较长，并得到充分的粉碎。

出风口111，位于所述壳体110的顶部，并与工作腔体120气体连通，用于排出工作腔体120内的气体，出风口111的数量为一个或者多个，本实施方式中出风口111为一个。

气流驱动装置130，可作动地驱动所述工作腔体120内气流的流动，其包括离心风机131，该离心风机131与上述出风口111通过管道相连接。

本实施方式中，导流装置140位于工作腔体120的底部，并可被驱动以带动气流按特定形式流动。其包括：旋转件141和用于驱动所述旋转件141的马达142，本实施方式中，旋转件为上述旋转件141旋转以驱动气流按螺旋方式流动。

下面针对本发明的生产方法结合具体实施例进行详细说明，本生产方法实施例是利用上一具体实施方式的生产设备实现的。

本发明的生产方法能够生产表层具有晶格缺陷的金属晶体粉末，该生产方法包括如下步骤：

提供用于生产金属晶体粉末的原料颗粒，本实施方式中为经过初步粉碎的粗颗粒，将所述粗颗粒送入生产设备的工作腔体中；

通过进风口向工作腔体中输入气体，启动所述生产设备的气流驱动装置和导流装置特定时长，特定时长的范围为：1~30min，优选为5~15 min。在所述生产设备的内部形成高速旋风；

进入生产设备的粗颗粒在高速旋风的作用下，在生产设备中作旋转运动，形成螺旋运动轨迹。同时，粗颗粒之间、粗颗粒与生产设备壳体的内壁产生无数次长时间强烈的碰撞。粗颗粒在强烈撞击力和剪切力作用下，粗颗粒表层产生严重的塑性变形，同时其产生大量晶体缺陷，这些晶体缺陷促进了裂纹的形成并使粗颗粒塑性降低，从而进一步快速破碎至数个小颗粒，该小颗粒在不断的变形、包覆、破碎的循环下，逐渐形成细小、球形及具有高表面能和晶格缺陷的超细球形及/或类球形金属晶体粉末。生产设备中的形成高速旋风的气体通过该出风口而排出。

对于易氧化的金属晶体粉末，则可采用空气、惰性气体或者不活泼气体如氮气来制造旋风，以避免金属晶体粉末氧化。

在本发明的金属晶体粉末颗粒表面形貌为球形或者类球形，同时表面具有塑性变形，包含晶格缺陷，并具有高表面能。

金属晶体粉末可以选自铜、银、镍、铝、锡、铁或者铜与镍、锌、锡、铁、磷中的一种或多种组成的合金。

该金属晶体粉末的松装密度范围为：3.5~5.5g/cm³；振实密度范围为：4.0~5.8 g/cm³。

松装密度是指在规定条件下粉末自由填充单位容剂的质量。

振实密度是指在规定条件下容器中的粉末经振实所测得的密度。

上述金属晶体粉末的平均粒径范围为：0.1~500μm，作为一种优选实施方式，该粒径范围为：20~30μm。

如图2所示，为金属晶体粉末一具体实施方式粒径范围为20~30μm的铜粉表面形貌图，该铜粉为球形或接近于球形，与现有铜粉相比，本具体实施方式中的铜粉具有较高的松装密度和振实密度，内部密实。同时，该铜粉分散性好，无团聚现象。

如图3所示，为1000倍放大图，图中所示铜粉的表面产生塑性变形，并包含大量晶格缺陷，这有利于原子的扩散，大大提高了粉末的烧结活性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种金属晶体粉末的生产设备，其特征在于，该生产设备（100）包括：

壳体（110），其内形成有工作腔体（120）；

进料口（114），设置于所述壳体（110）壁上，用于供生产金属晶体粉末的原料颗粒通过并进入工作腔体（120）内；

进风口（113）和出风口（111），设置于所述壳体（110）壁上，并与所述工作腔体（120）气体连通；

气流驱动装置（130），其可作动地驱动所述工作腔体（120）内气流的流动；

导流装置（140），至少部分设置于所述工作腔体（120）内，并可被驱动以带动气流按特定形式流动。

2.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于：所述气流驱动装置（130）包括离心风机（131），其与所述出风口（111）相连接。

3.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于：所述导流装置（140）包括旋转件（141）和用于驱动所述旋转件的马达（142），所述旋转件（141）旋转以驱动气流按螺旋方式流动。

4.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于：所述进风口（113）位于壳体的下方，所述出风口（111）位于壳体的顶部。

5.一种采用如权利要求1~4中任一项所述的生产设备制备金属晶体粉末的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

所述原料颗粒随螺旋气流运动而与壳体内壁或相互之间产生碰撞，并在撞击力和剪切力作用下，表层产生大量晶体缺陷，这些晶体缺陷促进了裂纹的形成，从而进一步快速破碎至数个小颗粒，最终形成具有晶格缺陷的、球形或者类球形金属晶体粉末。

6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于：所述气体选自空气、惰性气体或者氮气。

7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于：所述特定时长的范围为：1~30min；优选为：5~15 min。

8.一种金属晶体粉末，其特征在于：该金属晶体粉末形貌为球形或者类球形，其颗粒表面具有塑性变形，包含晶格缺陷，并具有高表面能。

9.根据权利要求8所述的金属晶体粉末，其特征在于：所述金属晶体粉末的松装密度范围为：3.5~5.5g/cm³；振实密度范围为：4.0~5.8 g/cm³。

10.根据权利要求8所述的金属晶体粉末，其特征在于：所述金属晶体粉末颗粒的平均粒径范围为：0.1~500μm；优选为：20~30μm。