空心或?qū)嵭那蛐谓饘俜垠w的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備微米級球形金屬粉體的方法，尤其涉及一種空心或?qū)嵭那蛐谓饘俜垠w的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]金屬粉體作為主要的工業(yè)原材料，幾乎應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的所有行業(yè)，廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、冶金、化工、航空航天等領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代科學(xué)科技發(fā)展，微米和亞微米球形金屬粉體成為改造和促進(jìn)油漆涂料、熱噴涂、電子技術(shù)、功能材料、粉末冶金、3D打印和生物技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)；同時，對金屬粉體自身品質(zhì)的要求也越來越高，金屬粉體的制備朝著高純、微細(xì)、成分和粒度可控以及功能化的方向發(fā)展。目前，實心球形金屬粉的制備方法主要有水、氣霧化法、超聲霧化和離心霧化法。由于自身技術(shù)特點(diǎn)，氣體霧化法制備出的金屬粉末粒度分布廣(20-200um)，要實現(xiàn)50 μ m以下甚至更細(xì)的粉末((20um)難度很大，細(xì)粉得率低，品質(zhì)不穩(wěn)定且成本增加。
[0003]球形空心金屬粉具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，通常表現(xiàn)出一些特殊的光、電、磁和催化性能，在電磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、藥物學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域也開始嶄露頭角?？招慕饘俜劬哂刑厥獾目涨晃h(huán)境，可以作為催化劑的載體，也可用于化學(xué)微反應(yīng)器或者是電極材料；結(jié)合空心金屬粉金屬材料自身特性，可以作為嚴(yán)苛換環(huán)境下的過濾、分離和吸波材料。如稀有金屬材料與工程，2013，42:2179-2182報道了 N1-Al-Co磁性金屬復(fù)合空心微珠存在磁吸收與介電吸收復(fù)合作用，在低頻段有較好的吸波性能；無機(jī)材料學(xué)報，2009，27:732-736研宄了空心微珠鐵氧體粉體的制備與吸波性能。此外也有研宄報道，空心金屬粉末燒結(jié)而成的材料被用作一種工程材料，具有較低的熱傳導(dǎo)性和極輕的重量；超細(xì)空心磁性金屬粉末制成微波隱身涂層，同等吸收效果情況下，密度更小，符合航空工業(yè)材料輕量化和功能化并重的發(fā)展趨勢。
[0004]目前，制備微細(xì)空心金屬粉末的方法主要是濕化學(xué)法，如溶膠-凝膠法、微乳液法、自催化還原法、溶劑熱法和模板法等，其中模板法是主流方法。模板法即先制備模板，接著在模板表面上形成包覆結(jié)構(gòu)，最后再將其中的模板去除，便可得到與模板形狀類同的空心結(jié)構(gòu)。濕化學(xué)法一般工藝環(huán)節(jié)多，對粉體的粒度和形貌難以控制，并且有些金屬粉體不適宜于濕化學(xué)法制備，因此應(yīng)用范圍窄，且粉體外形不規(guī)則；此外，濕法制備過程產(chǎn)生大量的廢氣、廢水、廢渣等，面臨著嚴(yán)峻環(huán)境問題，因此不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種無需事先制備模板，工藝步驟簡單，且廢氣物少的空心或?qū)嵭那蛐谓饘俜垠w的制備方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種空心或?qū)嵭那蛐谓饘俜垠w的制備方法，步驟包括:
[0007](I)金屬粉或合金粉或預(yù)混粉按成份比例進(jìn)行混配或顆粒級配；混配或顆粒級配后的粉體的粒徑分布滿足D50(中位徑或中值粒徑)0.3-3.5um、D90(表示粒徑分布中占90%所對應(yīng)的粒徑)(5.0um ；
[0008](2)將步驟⑴混配或顆粒級配后的金屬粉或合金粉末作為原料，按比例與水基溶劑、粘結(jié)劑、分散劑和消泡劑進(jìn)行混合，混配或顆粒級配后的金屬粉或合金粉末與水基溶劑、粘結(jié)劑、分散劑和消泡劑的質(zhì)量比為1:0.25?1: 0.002?0.08: 0.001?0.005: 0.0001?0.0003，以籃式砂磨機(jī)、行星磨或濕法攪拌磨進(jìn)行研磨分散，得到分散混合均勻的漿料，漿料粘度不大于1.5Pa.s ；
[0009](3)將步驟(2)研磨分散后的金屬粉體漿料通過蠕動泵送入噴霧干燥機(jī)中進(jìn)行干燥，調(diào)整噴霧干燥機(jī)的進(jìn)口溫度為220?350°C、出口溫度為80?130°C、進(jìn)料速度為10-40kg/h，載氣為空氣或惰性氣體，氣體流量為180-350Nm3/h (指標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量)，即可制備干燥的噴霧造粒粉；
[0010](4)將步驟(3)制得的球形金屬粉體轉(zhuǎn)移至熱處理設(shè)備中，進(jìn)行真空或惰性氣氛或真空、惰性氣氛和還原性氣氛相結(jié)合條件的熱處理；熱處理的升溫速率為3-50°C /min,升溫至熱處理溫度為300?2000°C，熱處理時間(保溫時間)0.5-5h ;然后進(jìn)行冷卻，冷卻速率為1-100°C /min，冷卻至室溫得到產(chǎn)品。
[0011]本發(fā)明上述步驟(I)中的金屬粉為微細(xì)或超細(xì)純金屬粉或合金粉或預(yù)混合粉，平均粒徑不大于3.5um (微米
[0012]本發(fā)明上述步驟(2)中的水基溶劑由去離子水與短碳鏈的有機(jī)醇組成，短碳鏈的有機(jī)醇可以是乙醇或丙醇或二者任意比的混合醇，去離子水與有機(jī)醇的質(zhì)量比為I: 0.3 ?I。
[0013]本發(fā)明上述步驟(2)中的粘結(jié)劑為混合粘結(jié)劑，由聚乙烯醇和酚醛樹脂組成，聚乙烯醇與酚醛樹脂的質(zhì)量比為1: 0.2?4。
[0014]本發(fā)明上述步驟⑵中的分散劑為羧酸類和酰胺類陰離子表面活性劑，或聚醇類中性表面活性劑。
[0015]本發(fā)明上述步驟⑵中的消泡劑為正丁醇。
[0016]本發(fā)明通過調(diào)整步驟(2)中粘結(jié)劑含量和金屬粉體的固含量，步驟(3)中優(yōu)化噴霧干燥的工藝參數(shù)可制備空心或?qū)嵭牡那蛐谓饘俜垠w。
[0017]本發(fā)明步驟(I)中的D50和D90的限定，是針對混配或顆粒繼配之后混合粉體的粒徑要求；上述的限定能達(dá)到兩個效果:一是可以確保后期漿料在一定粘度范圍內(nèi)，漿料固含量更高有利于實心或空心結(jié)構(gòu)的造?？刂?；二是可以有利于控制造粒粉形成空心結(jié)構(gòu)--試想粒徑50微米的大顆粒不可能噴霧造粒成粒徑50微米左右空心結(jié)構(gòu)的粉體。
[0018]本發(fā)明步驟(2)粘度的限定是因為超過這個粘度，漿料很難泵送到霧化盤；就算泵送到霧化盤也不利于噴霧造粒。
[0019]本發(fā)明步驟(3)蠕動泵的設(shè)置是為了適應(yīng)本發(fā)明特殊的工作原理，不會污染漿料，同時也減少泵的磨損。
[0020]本發(fā)明步驟(3)中的噴霧干燥機(jī)，其中的霧化盤轉(zhuǎn)速12000?22000rpm或霧化壓力 5_50kg/cm2。
[0021]本發(fā)明通過熱處理可以保持步驟(3)中球形金屬粉空心或?qū)嵭牡臓顟B(tài)，而且雜質(zhì)含量會大大降低。
[0022]本發(fā)明步驟(4)的真空其真空度不超過13.3Pa，惰性氣氛的惰性氣體為氮?dú)狻鍤?、氦氣或其中兩者或三者的混合氣；還原性氣氛的還原性氣體為氫氣、甲烷、一氧化碳或乙炔氣與上述惰性氣氛的混合氣。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0024]1.本發(fā)明通過調(diào)整粘結(jié)劑自身的配方以及在漿料中的質(zhì)量比例，通過研磨分散，使粉體、粘結(jié)劑和分散劑混合均勻，噴霧造粒時控制工藝參數(shù)即可制備空心或?qū)嵭牡那蛐徒饘俜郏?br>[0025]制備空心球型金屬粉時，針對漿料不同的固液比和粘結(jié)劑含量，通過進(jìn)出口溫度和霧化盤轉(zhuǎn)速或噴霧壓力的調(diào)節(jié)來控制噴霧液滴中溶劑的蒸發(fā)速度，使得粘結(jié)劑可以在液滴表面形成一層薄的具備一定彈性的有機(jī)薄膜一一既可以粘結(jié)金屬粉體，又可以讓液滴內(nèi)部的溶劑擴(kuò)散到表面的速度稍大于或基本平衡于溶劑透過薄膜層從表面蒸發(fā)的速度，從而整個干燥過程完成后得到空心的金屬粉體。再輔助以旋風(fēng)分離、篩分等其他分級技術(shù)可以大批量制備不同規(guī)格的空心金屬粉；
[0026]制備實心球型金屬粉時，金屬粉體的粒徑分布可以主要通過調(diào)節(jié)離心噴霧的轉(zhuǎn)速或壓力噴霧的壓力再輔助以旋風(fēng)分離、篩分等工藝可以大批量制備不同粒徑需求的球形金屬粉體。
[0027]2.本發(fā)明通過后期的熱處理，保持空心或?qū)嵭那蛐谓饘俜鄣慕Y(jié)構(gòu)特性，去除粘結(jié)劑和分散劑，粉體純度提高，可以滿足不同品質(zhì)需求；該制備方法以超細(xì)金屬粉或合金粉為原料，可對合金粉體的不同組分進(jìn)行微細(xì)調(diào)節(jié)；該發(fā)明制備的空心或?qū)嵭慕饘俜?，既可以保持尺度從幾十到幾百微米的粉體的特性如流動性好等，同時也可兼具超細(xì)粉體的特性，可以開拓金屬粉體的功能化應(yīng)用。
[0028]綜上所述，本方法能夠可控的制備空心或?qū)嵭慕Y(jié)構(gòu)的球形金屬粉體，并且粉體粒度合適、球形度高、流動性好、純度高。本發(fā)明工藝實用性強(qiáng)，原料選材廣泛，制造成本低，適合批量生產(chǎn)和功能化金屬粉體開發(fā)。
【附圖說明】
[0029]圖1 Ni基空心金屬粉的掃描電鏡照片。
[0030]圖2 Ni基實心金屬粉的掃描電鏡照片。