CN107377983A - 一种制备合金金属粉末的雾化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备合金金属粉末的雾化装置，包括主体，所述主体内由上至下依次设有真空熔炼室和雾化室，所述真空熔炼室内设有熔化装置和加热装置，所述加热装置对所述熔化装置加热，所述熔化装置具有出液口，所述出液口通过导流管与所述雾化室的顶部连通，所述雾化室内设有气体喷嘴，所述气体喷嘴与高压惰性气体管路相连，所述气体喷嘴朝向所述导流管的出口喷射高压惰性气体，所述雾化室内设有含氧气体管路以及与所述含氧气体管路连接的进气装置，所述含氧气体管路通过所述进气装置向所述雾化室内输送含氧气体；该雾化装置能够雾化过程中使合金金属粉末的表面钝化，从而达到控制铜铟镓合金粉末的球形度和粉末之间强烈粘附的现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种雾化装置，尤指一种制备合金金属粉末的雾化装置。
背景技术
目前制备太阳能领域应用的合金粉末主要通过气雾化制粉装置进行制备，气雾化制粉装置主要用于制备各种金属粉末，由于太阳能领域应用的合金粉末中各金属组分的熔点差异很大，例如，在铜铟镓合金中，铟熔点为156.6℃，镓熔点为29.8℃，铜的熔点为1083.4℃，在铜铟镓合金粉末的合金相中主要存在铟基合金相和铜镓金属间化合物，而由于铟基合金的熔点较低以及铜铟镓合金的固液共存温度范围较大，其固液共存温度范围达250～600℃，这就导致目前的气雾化制粉装置制得的合金粉末存在严重的团聚和粘连现场，合金粉末的颗粒表面粘附有大量的小卫星球，这不仅使得合金粉末产率过低，还导致合金粉末流动性差，影响合金粉末后续的使用，例如喷涂靶材时，输送合金粉末经常发生送粉系统的阻塞，以及送粉不均匀等状况，同时也影响最终生产的产品的性能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制备合金金属粉末的雾化装置，该雾化装置能够雾化过程中使铜铟镓合金金属粉末在不引入其它金属杂质的前提下，在制粉过程中使粉末表面发生钝化，从而达到控制合金金属粉末的球形度和卫星球粉末的数量及粉末间粘连现象，并最终达到提高合金金属粉末的流动性。本申请提供了一种制备合金金属粉末的雾化装置，包括主体，所述主体内由上至下依次设有真空熔炼室和雾化室，所述真空熔炼室内设有熔化装置和加热装置，所述加热装置对所述熔化装置加热，所述熔化装置具有出液口，所述出液口通过导流管与所述雾化室的顶部连通，该出液口在雾化前为封闭密封状态，开始雾化前开启该出液口，以便熔化的金属液被输送至下部雾化腔内的雾化点。所述雾化室内设有气体喷嘴，所述气体喷嘴与高压惰性气体管路相连，所述气体喷嘴朝向所述导流管的出口喷射高压惰性气体，所述雾化室内设有含氧气体管路以及与所述含氧气体管路连接的进气装置，所述含氧气体管路通过所述进气装置向所述雾化室内输送含氧气体。
可选地，所述含氧气体管路与所述进气装置之间设有缓冲盘，所述缓冲盘内设有缓冲腔体，所述含氧气体管路通过所述缓冲腔体与所述进气装置连通。
可选地，所述含氧气体管路为低压含氧气体管路，所述低压含氧气体管路内的压力不小于0.2MPa。
可选地，所述进气装置为多个金属管，所述金属管竖直固定在所述雾化室的上部，并沿所述雾化室圆周方向间隔均匀的排布。
可选地，所述进气装置包括与所述含氧气体管路连通的连接管以及与所述连接管连通的环形金属管，所述环形金属管上设有喷气孔，所述喷气孔沿所述环形金属管圆周方向间隔均匀的排布。
可选地，所述含氧气体管路和所述高压惰性气体管路上分别设有气体流量控制装置和压力控制调节装置。
可选地，所述高压惰性气体管路与所述气体喷嘴之间设有环状喷盘，所述环状喷盘内设有与所述气体喷嘴连通的环状空腔，所述气体喷嘴沿所述环状喷盘圆周间隔均匀的排布。
可选地，所述气体喷嘴为环状狭缝。
可选地，所述导流管的出口由所述环状喷盘的中部穿过，所述环状喷盘上的气体喷嘴朝向所述导流管的出口方向设置。
可选地，所述雾化室的底部可拆卸连接有粉料收集罐。
可选地，所述雾化室设有出气口，所述出气口与尾气处理装置连通，所述尾气处理装置包括顺次连接的旋风分离器和粉尘过滤设备。
可选地，所述导流管的外周设有加热保温套。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的雾化室内设有含氧气体管路和进气装置，含氧气体管路通过进气装置向雾化室内输送含氧气体，含氧气体能够在合金金属溶液雾化过程中使合金金属粉末的表面钝化，由于雾化过程中合金金属溶液被雾化形成的液滴大小各异，在稳定的雾化气流中，大小不同的液滴或颗粒将具有不同的速度，颗粒越小，速度越快；因此小颗粒往往会与速度较慢的较大颗粒发生碰撞，经过上述表面钝化的合金金属粉末能显著减少小颗粒粘附的现象，从而抑制卫星球的形成，并减少粉末间粘结现象，尤其是对固液共存区范围较大的铜铟镓等铟合金，效果非常显著。
2、本发明中含氧气体管路上设有气体流量控制装置和压力控制调节装置，使进气装置喷射的含氧气体在雾化室内形成氧浓度可控的氧化性气氛；因为雾化室内的氧化性强弱是由该喷射的含氧气体的氧浓度、流量决定，控制含氧气体进入雾化室内的雾化区的流量，从而控制合金金属溶液雾化过程小液滴和小颗粒的氧化程度，故可利用此可控的氧化过程来实现合金金属粉末表面的改性和钝化，并且粉末氧含量不会影响最终产品的使用性能。
3、本发明中雾化室的出气口与尾气处理装置连通，使完成雾化的气体，经出气口流出雾化室，并通过旋风分离器分离出细粉后，再经粉尘过滤设备即可向大气排放。
4、本发明中雾化室的底部可拆卸连接有粉料收集罐，使雾化室内雾化形成的合金金属粉末落入粉料收集罐内，通过拆卸粉料收集罐，即可获得雾化所得的合金粉末。
5、本发明中含氧气体管路为低压含氧气体管路，通过向雾化室内引入低压含氧气体，可以很容易实现低流量下的精确流量控制。
6、本发明中含氧气体管路通过缓冲腔体与进气装置连通，缓冲腔体能够使进气装置在稳定的压力环境下，喷射含氧气体，可以很容易实现含氧气体精确流量控制。
7、本发明中进气装置为多个沿雾化室圆周方向间隔均匀排布的金属管，可实现金属管向雾化室内输送的含氧气体均匀分布。
8、本发明中进气装置包括环形金属管以及设置在形金属管上的喷气孔，实现喷气孔向雾化室内输送的含氧气体均匀分布。
9、本发明中高压惰性气体管路通过环状喷盘与气体喷嘴连通，环状喷盘能够使气体喷嘴在稳定的压力环境下，喷射高压惰性气体，可以很容易实现高压惰性气体精确流量控制。
10、本发明中导流管的外周设有加热保温套，加热保温套能够在雾化动作开始前，将导流管加热至规定温度，以避免雾化开始阶段金属液在导流管凝固而阻塞导流管。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明雾化装置一实施例的剖视图；
图2为本发明雾化装置另一实施例的剖视图；
图3为本发明雾化装置中进气装置的结构示意图；
图4为本发明进气装置中环形金属管底部的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例1
如图1所示，一种制备合金金属粉末的雾化装置，包括主体1，主体1具有圆柱状的塔身及圆锥状的底部，主体1内由上至下依次设有真空熔炼室2和雾化室3，真空熔炼室2设置在雾化室3的正上方，在真空熔炼室2与雾化室3之间通过一板体隔开，真空熔炼室2内设有熔化装置5和加热装置4，在本实施例中，熔化装置5为坩埚，加热装置4围绕熔化装置5的四周设置，加热装置4能够对熔化装置5进行加热，并能够将熔化装置5内的温度加热至使其内的合金金属全部熔化成合金金属液体，在熔化装置5的底部设有出液口18，出液口18与导流管6的一端连通，出液口18能够将熔化装置5内的合金金属液体导入导流管6内。在雾化开始前，该出液口18由机械密封棒封堵，控制熔液根据需要经导流管6到达雾化点。
导流管6的另一端设有出口7，导流管6另一端的出口7穿过用于隔离真空熔炼室2与雾化室3之间的板体，并与雾化室3的顶部连通，即可将合金金属液体输送至雾化室3的顶部进行雾化；导流管6的外周设有加热保温套，加热保温套能够在雾化动作开始前，将导流管6加热至规定温度，以避免雾化开始阶段合金金属溶液在导流管6内凝固而阻塞导流管；在雾化室3的顶部设有顺次连接的高压惰性气体管路8、环状喷盘9和气体喷嘴10，高压惰性气体管路8用于向雾化室3内输送高压惰性气体，环状喷盘9水平固定在雾化室3的顶部，其内设有环状空腔11，在环状喷盘9的底部连通有多个气体喷嘴10，且气体喷嘴10沿环状喷盘9的圆周方向排布，或者以环状狭缝作为所述气体喷嘴10；当开始雾化时，高压惰性气体管路8首先将高压惰性气体输送至环状喷盘9中的环状空腔11，进行缓冲，环状空腔11内的高压惰性气体再输送至气体喷嘴10内，实现气体喷嘴10持续稳定喷射高压惰性气体。上述环状喷盘9的中部为中空结构，即为环状空腔11，导流管6穿过环状喷盘9，使环状喷盘9底部的气体喷嘴10环绕导流管6的出口7排布，气体喷嘴10朝向导流管6的出口7设置，使气体喷嘴10喷出的高压惰性气体喷向导流管6的出口7，当开始雾化时，导流管6内的合金金属溶液由出口7流出，气体喷嘴10向出口7流出的合金金属溶液喷射高压惰性气体，将合金金属溶液雾化。
本发明中雾化室3的顶部还设有顺次连通的含氧气体管路12、缓冲盘13以及进气装置14，含氧气体管路12用于向雾化室3内输送含氧气体，缓冲盘13呈环状，其内设有环状的缓冲腔体15，含氧气体管路12与缓冲腔体15连通，在缓冲盘13的底部设有进气装置14，进气装置14为多个竖直设置的金属管，例如不锈钢管，进气装置14沿缓冲盘13底部圆周方向间隔均匀排布，进气装置14的一端与缓冲腔体15连通，进气装置14的另一端竖直固定在雾化室3的上部，当开始雾化时，含氧气体管路12首先将含氧气体输送至缓冲盘13中的缓冲腔体15，进行缓冲，缓冲腔体15内的含氧气体再输送至进气装置14内，实现进气装置14向雾化室3内输送含氧气体；含氧气体能够在合金金属溶液雾化过程中使合金金属粉末的表面钝化，由于雾化过程中合金金属溶液被雾化形成的液滴大小各异，在稳定的雾化气流中，大小不同的液滴或颗粒将具有不同的速度，颗粒越小，速度越快；因此小颗粒往往会与速度较慢的较大颗粒发生碰撞，经过上述表面钝化的合金金属粉末能显著减少小颗粒粘附的现象，从而抑制卫星球的形成，尤其是对固液共存区范围较大的铜铟镓等铟合金，效果非常显著；本发明中含氧气体管路12通过缓冲腔体15与进气装置14连通，缓冲腔体15能够使进气装置14在稳定的压力环境下，喷射含氧气体，可以很容易实现含氧气体精确流量控制；本发明中进气装置14沿雾化室3圆周方向间隔均匀排布，可实现进气装置14向雾化室3内输送的含氧气体均匀分布。
在本实施例中，含氧气体管路12为低压含氧气体管路，其中，低压含氧气体管路是指其内的气体压力为0.2～0.9MPa的管路，低压含氧气体管路能够向雾化室3内引入低压含氧气体，可以很容易实现含氧气体低流量下的精确流量控制。
在本实施例中，含氧气体管路12和高压惰性气体管路8上分别设有气体流量控制装置和压力控制调节装置，气体流量控制装置和压力控制调节装置分别用于控制含氧气体管路12和高压惰性气体管路8内气体的流量和压力，含氧气体管路12上的气体流量控制装置和压力控制调节装置，能够使进气装置14喷射的含氧气体在雾化室3内形成可控的氧化性气氛；因为雾化室3内的氧化性强弱是由该喷射的含氧气体的氧浓度、流量决定，控制含氧气体进入雾化室3内的雾化区的流量，从而控制合金金属溶液雾化过程小液滴和小颗粒的氧化程度，故可利用此可控的氧化过程来实现合金金属粉末表面的改性和钝化。
在本实施例中，雾化室3的底部可拆卸连接有粉料收集罐16，其中，粉料收集罐16通过法兰与雾化室3的底部连接，粉料收集罐16用于收集将雾化室3内雾化形成的合金金属粉末，通过拆卸粉料收集罐16，即可获得雾化所得的合金粉末。
在本实施例中，雾化室3设有出气口，出气口与尾气处理装置连通，尾气处理装置包括顺次连接的旋风分离器17和粉尘过滤设备，尾气处理装置使完成雾化的气体，经出气口流出雾化室3，并通过旋风分离器17分离出细粉后，再经粉尘过滤设备过滤，即可向大气排放。
本发明在雾化准备过程中，各金属原料在熔化装置5中被完全熔化，在雾化前，熔化装置5底部的出液口18被柱塞装置封堵，没有金属液通过导流管6滴落到雾化室3内，开始雾化时，通过外部相连的机构将熔化装置5底部的出液口18的柱塞装置抬起，金属液通过导流管6流至雾化室3的项部，即环状喷盘9中部的中空结构的中心位置；与此同时，开启高压惰性气体管路8和含氧气体管路12的开关，将高压惰性气体的流量和压力调至规定值，高压惰性气体通过环状喷盘9底部的气体喷嘴10时，将产生高速气流，速度甚至将超过音速，从而与从导流管6流出的金属液发生猛烈的相互作用，使其雾化成细小液滴，细小液滴将随后在气流推动过程中被强制迅速冷却，得到合金粉末，而同时经缓冲盘13和进气装置14引导的含氧气体被引入到液滴雾化区的内部，而该气体所含的氧气使雾化区域变成可控的氧化性气氛，小液滴在飞行冷却的过程中形成表面微量氧化，使获得的合金粉末表面钝化，从而抑制粉末间互相粘连，减少卫星球的形成，尤其是对固液共存区范围较大的铜铟镓等铟合金，效果非常显著。
本发明通过调整含氧气体的压力和流量，可以非常方便地调节雾化室3内的氧气浓度，从而控制粉末表面的氧化程度，达到既使粉末表面钝化，也使粉末氧化程度不至于改变球形粉末的形状，并尽可能使粉末总体氧含量在较低的水平，如通过此装置及方法制备的铜铟镓粉末的氧含量为5000ppm以下，较佳的氧含量为100～1500ppm。经试用测试该粉末制做成铜铟镓靶材，完全满足溅射靶材使用单位的需求。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，如图2、图3和图4所示，进气装置12包括连接管19以及环形金属管20，连接管19竖直固定在雾化室3的顶部，连接管19的顶端与缓冲盘13中的缓冲腔体15连通，其底端与环形金属管20连通，环形金属管20的底部设有喷气孔，喷气孔沿环形金属管20圆周方向间隔均匀的排布；本实施例中，环形金属管20上的喷气孔能够更加有利于含氧气体在雾化区域的均匀输送和分布。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，包括主体，所述主体内由上至下依次设有真空熔炼室和雾化室，所述真空熔炼室内设有熔化装置和加热装置，所述加热装置对所述熔化装置加热，所述熔化装置具有出液口，所述出液口通过导流管与所述雾化室的顶部连通，所述雾化室内设有气体喷嘴，所述气体喷嘴与高压惰性气体管路相连，所述气体喷嘴朝向所述导流管的出口喷射高压惰性气体，所述雾化室内设有含氧气体管路以及与所述含氧气体管路连接的进气装置，所述含氧气体管路通过所述进气装置向所述雾化室内输送含氧气体。
2.根据权利要求1所述的制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，所述含氧气体管路与所述进气装置之间设有缓冲盘，所述缓冲盘内设有缓冲腔体，所述含氧气体管路通过所述缓冲腔体与所述进气装置连通。
3.根据权利要求1所述的制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，所述含氧气体管路为低压含氧气体管路，所述低压含氧气体管路内的压力不小于0.2MPa。
4.根据权利要求2所述的制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，所述进气装置为多个金属管，所述金属管竖直固定在所述雾化室的上部，并沿所述雾化室圆周方向间隔均匀的排布。
5.根据权利要求2所述的制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，所述进气装置包括与所述含氧气体管路连通的连接管以及与所述连接管连通的环形金属管，所述环形金属管上设有喷气孔，所述喷气孔沿所述环形金属管圆周方向间隔均匀的排布。
6.根据权利要求1-5任一所述的制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，所述含氧气体管路和所述高压惰性气体管路上分别设有气体流量控制装置和压力控制调节装置。
7.根据权利要求1-5任一所述的制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，所述高压惰性气体管路与所述气体喷嘴之间设有环状喷盘，所述环状喷盘内设有与所述气体喷嘴连通的环状空腔，所述气体喷嘴沿所述环状喷盘圆周方向间隔均匀的排布。
8.根据权利要求1-5任一所述的制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，所述气体喷嘴为环状狭缝。
9.根据权利要求7所述的制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，所述导流管的出口由所述环状喷盘的中部穿过，所述环状喷盘上的气体喷嘴朝向所述导流管的出口方向设置。
10.根据权利要求1-5任一所述的制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，所述雾化室的底部可拆卸连接有粉料收集罐。
11.根据权利要求1-5任一所述的制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，所述雾化室设有出气口，所述出气口与尾气处理装置连通，所述尾气处理装置包括顺次连接的旋风分离器和粉尘过滤设备。
12.根据权利要求1-5任一所述的制备合金金属粉末的雾化装置，其特征在于，所述导流管的外周设有加热保温套。
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