本發(fā)明涉及一種合金粉末的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種銅鎵合金粉的制備方法。

背景技術(shù)：

銅銦鎵硒（cuin1-xgaxse，cigs）薄膜太陽能電池具有成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強、光譜響應(yīng)范圍廣等優(yōu)點。目前制備cigs主要有兩種思路：多元分步蒸發(fā)和金屬置頂層后硒化。實現(xiàn)方法主要有蒸鍍法、磁控濺射、分子束外延技術(shù)、噴霧熱解及快速凝固技術(shù)等。其中磁控濺射方法具有成分可控、原料利用率高、薄膜致密性好、膜厚均勻等優(yōu)點，是目前最有前景的制備cigs薄膜的方法。濺射制備cig前驅(qū)薄膜，由于銦和鎵都是熔點較低的金屬，無法直接制備出性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)均勻的cig合金靶材，因此在制備cig前驅(qū)薄膜時，同時采用銅鎵合金靶材和銦靶材、或者銅鎵合金靶材和銅銦合金靶材濺射沉積。另外，在濺射的過程中，靶材內(nèi)部的缺陷會引起電弧放電，影響cigs吸收層薄膜的結(jié)構(gòu)及質(zhì)量。為了使銅銦鎵硒薄膜中鎵的配比可控以及減少在濺射過程中引起電弧放電的缺陷，需要制備高質(zhì)量的銅鎵合金靶材，目前通過球磨等常規(guī)方法制備的銅鎵合金粉體由于形貌不規(guī)則而流動性能差，且氧化量高達2000ppm以上，生產(chǎn)效率極低，同時由于為多工序不同設(shè)備生產(chǎn)，無法生產(chǎn)高純6n及以上的合金分體，故而生產(chǎn)的銅鎵合金靶材相對密度較低，只能達到95%左右，靶材中氧含量偏高，無法滿足高品質(zhì)銅銦鎵硒薄膜對銅鎵靶材的要求，而制備流動性能好、低氧含量、純度高的高質(zhì)量銅鎵合金粉是制備高質(zhì)量銅鎵合金靶材的關(guān)鍵因素。

所以，有必要設(shè)計一種新的銅鎵合金粉的制備方法以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種制備流動性能好、低氧含量、純度高的高質(zhì)量銅鎵合金粉的制備方法。

為實現(xiàn)前述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種銅鎵合金粉的制備方法，采用真空高壓霧化設(shè)備制備，所述霧化設(shè)備包括一熔煉系統(tǒng)、一霧化系統(tǒng)、一抽真空系統(tǒng)、一氣源供應(yīng)系統(tǒng)、一集成控制系統(tǒng)，所述熔煉系統(tǒng)包括一坩堝，所述霧化系統(tǒng)包括一霧化室，所述霧化室內(nèi)置有一霧化噴嘴以及位于霧化噴嘴上方的一中間包，制備方法包括如下步驟：

s1、將高純銅和高純鎵兩種原料按照配比要求進行配料后，將原料放入熔煉系統(tǒng)的坩堝內(nèi)；

s2、抽真空后，在保護氣體保護下，使得坩堝溫度升溫至1150~1450℃，升溫時間為25~35min，坩堝內(nèi)的原料熔融成銅鎵合金液，保溫20~40min，坩堝緩慢搖擺，使得熔融金屬充分混合均勻；

s3、熔融金屬被注入位于霧化噴嘴之上的中間包內(nèi)，熔融金屬由中間包底部漏眼流出，通過霧化噴嘴時與高速氣流或水流相遇被霧化為細小液滴，霧化液滴在封閉的霧化室內(nèi)快速凝固成合金粉末；

s4、自然降溫至常溫，往霧化設(shè)備內(nèi)充入保護氣體至常壓即可打開霧化設(shè)備得到制得的銅鎵合金粉。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述熔煉系統(tǒng)包括安裝在坩堝上方的一攪拌槳。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述坩堝的搖擺幅度為±60°。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述保護氣體為惰性氣體或者氮氣。

作為本發(fā)明的進一步改進，制得的銅鎵合金粉的純度為6n及以上。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述高純銅的純度為5n及以上。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述高純鎵的純度為5n及以上。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述坩堝采用高純石墨坩堝或者氧化鋁坩堝。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述霧化噴嘴的壓力為6.8~10.4mpa。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述霧化設(shè)備還包括一粉料收集系統(tǒng)、一冷卻水系統(tǒng)、用于支撐霧化系統(tǒng)的一支架。

本發(fā)明銅鎵合金粉的制備方法采用霧化制粉法制備流動性能好、低氧含量、純度高的銅鎵合金粉，能夠根據(jù)不同應(yīng)用需求對銅鎵合金粉的配比要求進行配料，所制備得到的銅鎵合金粉的純度達到6n。

附圖說明

圖1為本發(fā)明銅鎵合金粉的制備方法實施例2所制備得到的銅鎵合金粉的的微觀形貌圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例對技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明銅鎵合金粉的制備方法采用真空高壓霧化設(shè)備制備，霧化設(shè)備包括一熔煉系統(tǒng)、一霧化系統(tǒng)、一抽真空系統(tǒng)、一氣源供應(yīng)系統(tǒng)、一集成控制系統(tǒng)，熔煉系統(tǒng)包括一坩堝，霧化系統(tǒng)包括一霧化室，霧化室內(nèi)置有一霧化噴嘴以及位于霧化噴嘴上方的一中間包，在本發(fā)明的某些實施例中，霧化設(shè)備還包括一粉料收集系統(tǒng)、一冷卻水系統(tǒng)、用于支撐霧化系統(tǒng)的一支架。

采用上述的霧化設(shè)備，銅鎵合金粉的制備方法包括如下步驟：

s1、將高純銅和高純鎵兩種原料按照配比要求進行配料后，將原料放入熔煉系統(tǒng)坩堝內(nèi)；高純銅為固態(tài)，可以為顆粒、棒狀、片狀、錠狀等任意形態(tài)；高純鎵可以為液態(tài)或固態(tài)鎵塊；

s2、抽真空后，在保護氣體保護下，使得坩堝溫度升溫至1150~1450℃，升溫時間為25~35min，坩堝內(nèi)的原料熔融成銅鎵合金液，保溫20~40min，坩堝緩慢搖擺，使得熔融金屬充分混合均勻；

s3、熔融金屬被注入位于霧化噴嘴之上的中間包內(nèi)，熔融金屬由中間包底部漏眼流出，通過霧化噴嘴時與高速氣流或水流相遇被霧化為細小液滴，霧化液滴在封閉的霧化室內(nèi)快速凝固成合金粉末；

s4、自然降溫至常溫，往霧化設(shè)備內(nèi)充入保護氣體至常壓即可打開霧化設(shè)備得到制得的銅鎵合金粉。

在本發(fā)明的某些實施例中，熔煉系統(tǒng)包括安裝在坩堝上方的一攪拌槳，攪拌槳用于加速熔融金屬的均勻混合。

在本發(fā)明的某些實施例中，所述坩堝的搖擺幅度為±60°，通過手工或者電機帶動均可實現(xiàn)坩堝在±60°范圍內(nèi)連續(xù)搖擺，在熔融保溫的過程中可搖動攪拌槳，將熔融的合金液攪拌均勻。

在本發(fā)明的某些實施例中，所述保護氣體為惰性氣體或者氮氣。

在本發(fā)明的某些實施例中，制得的銅鎵合金粉的純度為6n及以上。

在本發(fā)明的某些實施例中，所述高純銅的純度為5n及以上。

在本發(fā)明的某些實施例中，所述高純鎵的純度為5n及以上。

在本發(fā)明的某些實施例中，所述坩堝采用高純石墨坩堝或者氧化鋁坩堝。

在本發(fā)明的某些實施例中，所述霧化噴嘴的壓力為6.8~10.4mpa。

實施例1。

按銅鎵質(zhì)量比75:25分別稱取5n銅粒21kg，5n固態(tài)鎵7kg放入霧化設(shè)備的高純石墨坩堝內(nèi)，關(guān)閉霧化設(shè)備后開啟抽真空系統(tǒng)使得霧化設(shè)備內(nèi)絕對真空度為450pa，充入5n高純氮氣至常壓然后再次開啟抽真空系統(tǒng)抽真空直至霧化設(shè)備的絕對真空度至82pa，開啟熔煉系統(tǒng)內(nèi)的中頻感應(yīng)加熱裝置，通過緩慢調(diào)節(jié)裝置的功率，使得坩堝內(nèi)的熔煉溫度升溫至1450℃并保溫35min，保溫過程中坩堝緩慢搖擺，搖擺角度為±60°之間，并間斷搖動攪拌槳，保證合金液充分均勻，保溫結(jié)束后，將霧化噴嘴的壓力設(shè)置為10.4mpa，傾倒熔融合金液，通過引流槽進入中間包，最后通過霧化噴嘴與高壓氣流接觸，熔融合金液被霧化為細小的液滴并快速冷卻在霧化室形成合金粉末。物料全部霧化完成后關(guān)閉霧化設(shè)備并使霧化設(shè)備冷卻至常溫，取出合金粉體進行篩分后即可得到不同粒徑區(qū)間的6n球形銅鎵合金粉，通過利用leco600測氧儀檢測分析粉體中氧含量為142ppm。

實施例2。

按銅鎵質(zhì)量比45:55分別稱取6n銅錠15kg，6n液態(tài)鎵18.3kg放入霧化設(shè)備的高純石墨坩堝內(nèi)，關(guān)閉霧化設(shè)備后開啟抽真空系統(tǒng)使得霧化設(shè)備內(nèi)絕對真空度為430pa，充入5n高純氮氣至常壓然后再次開啟抽真空系統(tǒng)抽真空直至霧化設(shè)備的絕對真空度至75pa，開啟熔煉系統(tǒng)內(nèi)的中頻感應(yīng)加熱裝置，通過緩慢調(diào)節(jié)裝置的功率，使得坩堝熔煉溫度升溫至1150℃并保溫30min，保溫過程中坩堝緩慢搖擺，搖擺幅度為±45°，過程中同時不間斷搖動攪拌槳，保證合金液充分均勻，保溫結(jié)束后，開啟高壓氣流控制系統(tǒng)，霧化噴嘴壓力設(shè)置為6.8mpa，傾倒熔融的合金液，通過引流槽進入中間包，最后通過霧化噴嘴與高壓氣流接觸，熔融合金液被霧化為細小的液滴并快速冷卻在霧化塔室形成合金粉末。物料全部霧化完成后關(guān)閉霧化設(shè)備并使霧化設(shè)備冷卻至常溫，取出合金粉體進行篩分后即可得到不同粒徑區(qū)間的6n球形銅鎵合金粉末，通過利用leco600測氧儀檢測分析粉體中氧含量為129ppm，銅鎵合金粉的形貌如圖1所示。

實施例3。

按銅鎵質(zhì)量比30:70分別稱取6n銅錠9kg，6n液態(tài)鎵21kg放入霧化設(shè)備的高純石墨坩堝內(nèi)，關(guān)閉霧化設(shè)備后開啟抽真空系統(tǒng)使得霧化設(shè)備內(nèi)絕對真空度為400pa，充入5n高純氮氣至常壓然后再次開啟抽真空系統(tǒng)抽真空直至霧化設(shè)備的絕對真空度至60pa，開啟熔煉系統(tǒng)內(nèi)的中頻感應(yīng)加熱裝置，通過緩慢調(diào)節(jié)裝置的功率，使得坩堝熔煉溫度升溫至1250℃并保溫25min，保溫過程中坩堝緩慢搖擺，搖擺幅度為±25°，過程中同時不間斷搖動攪拌槳，保證合金液充分均勻，保溫結(jié)束后，開啟高壓氣流控制系統(tǒng)，霧化噴嘴壓力設(shè)置為8.0mpa，傾倒熔融的合金液，通過引流槽進入中間包，最后通過霧化噴嘴與高壓氣流接觸，熔融合金液被霧化為細小的液滴并快速冷卻在霧化塔室形成合金粉末。物料全部霧化完成后關(guān)閉霧化設(shè)備并使霧化設(shè)備冷卻至常溫，取出合金粉體進行篩分后即可得到不同粒徑區(qū)間的6n球形銅鎵合金粉末，通過利用leco600測氧儀檢測分析粉體中氧含量為133ppm。

本發(fā)明銅鎵合金粉的制備方法采用霧化制粉法制備流動性能好、低氧含量、純度高的銅鎵合金粉，能夠根據(jù)不同應(yīng)用需求對銅鎵合金粉的配比要求進行配料，所制備得到的銅鎵合金粉的純度達到6n。

盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到，在不脫離由所附的權(quán)利要求書公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改進、增加以及取代是可能的。