一种制粉设备及方法
技术领域
本发明涉及制粉设备技术领域，尤其涉及一种制粉设备及方法。
背景技术
近年来，柱状金属粉末在光电转换材料和高分子塑料增强剂等领域展现出广泛的应用前景，美国专利US3813265报道了几种柱状金属粉末的制备方法，例如通过在金属片上生长金属晶须的方法，该专利由于大量金属蒸汽会沉积在生长室内，不能回收利用，因此材料浪费较大；中国专利 CN 1035629A 提出了一种采用电解固化电解质来制备柱状金属粉末的方法，把微小的金属粒子加入一种金属的盐溶液中，将此溶液固化，并通以直流电流，则金属粒子将生长成为柱状微粒，然后再使固化电解质液化，把柱状金属微粒分离出来。该种工艺虽然简单，但适用粉末种类有限。因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制粉设备及方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
本发明首先提供一种制粉设备，该设备包括支撑台、送进基座、旋转单元、动密封单元、熔化热源、惰性气氛单元、真空单元及雾化室，该设备还包括：
至少一层轧制组件，设置于所述雾化室内，且位于所述雾化室的下方，用于使通过金属棒料制成的金属粉体通过该轧制组件后发生形变；
筛分单元，设置于所述轧制组件的下方，用于将未发生形变的金属粉体筛下。
本发明的一实施例中，该设备还包括：
补温单元，设置于所述雾化室内，且位于所述金属棒料与所述轧制组件之间的预设位置处；
所述补温单元为补温枪，用于对制成的所述金属粉体进行二次加热，以使该金属粉体温度处于预设温度区间内。
本发明的一实施例中，所述轧制组件包括：
至少两个轧辊，且该轧辊两端部穿过所述雾化室侧壁，并与外部设置驱动单元连接；
至少两个夹套，适配套设于所述轧辊上，且该夹套环向设有多个凹槽，并与紧挨夹套的凹槽形成多个圆形的轧孔，以通过该夹套之间的挤压使得所述金属粉体形变为柱状金属粉体；
导粉单元，设置于所述轧辊上方，且该导粉单元的出粉口与所述夹套上设置的多个凹槽形状相适配。
本发明的一实施例中，所述导粉单元截面为锥形。
本发明的一实施例中，所述夹套之间形成的轧孔直径为D1；所述金属粉体为球形金属粉体，且该球形金属粉体的直径为D2，且D1与D2的比值介于0.6~0.9之间。
本发明的一实施例中，所述夹套表面硬度大于所述金属粉体的硬度。
本发明的一实施例中，所述雾化室内的下方设有多层轧制组件，且该多层轧制组件的轧孔直径由上至下依次减小。
本发明的一实施例中，该制粉设备还包括：
球形粉体收集罐，设置于所述筛分单元下方，用于收集经筛分单元筛落的所述金属粉体；
柱状粉体收集罐，设置于所述筛分单元侧方，用于收集经过轧制组件形变后的所述柱状金属粉体。
本发明的一实施例中，所述筛分单元设有多个网孔，且网孔的直径小于所述轧孔的直径，以使未发生形变的所述金属粉体筛下。
本发明还提供一种制粉方法，该方法采用如上述实施例所述的制粉设备，包括：
使雾化室内达到一预设真空值，并向该雾化室内充入惰性保护气体；
开启旋转驱动单元，驱动安装于其上的金属棒料进行往复及旋转运动；
开启熔化热源，使所述金属棒料的前端熔融至形成液膜，并通过金属棒料的旋转使该液膜甩出，然后在所述惰性保护气体的冷却下形成金属粉体；
通过导粉单元收集所述金属粉体，该金属粉体在重力作用下由导粉单元的出粉口流至夹套上，并通过至少两个轧辊带动套设于其上的夹套进行转动，以对金属粉体进行咬合轧制使其形变为柱状金属粉体；
通过筛分单元将通过夹套的金属粉体进行筛分，以将未发生形变的金属粉体筛落。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
根据本发明提供的制粉设备及方法，在雾化室内设置轧制组件，通过离心雾化技术制备的金属粉体由于重力作用落入轧制组件，并经过轧制组件的挤压形变为柱状金属粉体，因金属粉体和柱状金属粉体的制备在同一雾化室内进行，因此该制粉设备能够使制粉流程缩短，并且能够在一定程度上提高生产效率；另外，通过筛分单元将未发生形变的金属粉体筛下，便于了后续的回收利用，在一定程度上避免了材料的浪费；另外，整个制粉流程在惰性气氛保护下进行，因此通过该种方式制备的柱状金属粉体具有杂质含量低、纯净度高的优点。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明示例性实施例中制粉设备结构示意图；
图2示出本发明示例性实施例中轧制组件结构示意图；
图3示出本发明示例性实施例中轧制组件俯视示意图；
图4示出本发明示例性实施例中制粉方法流程示意图。
图中：支撑台100；送进基座200；旋转单元300；动密封单元400；金属棒料500；柱状粉体收集罐5021；筛分单元800；球状粉体收集罐5012；金属粉体501；柱状金属粉体502；雾化室900；轧制组件600；轧辊601；夹套602；导粉单元603；轧孔6021；补温单元700；熔化热源901；惰性气氛单元902；真空单元903。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式，附图仅为本发明实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
本示例实施方式中首先提供了一种制粉设备。参考图1中所示，该设备可以包括支撑台100、送进基座200、旋转单元300、动密封单元400、熔化热源901、惰性气氛单元902、真空单元903及雾化室900、至少一层轧制组件600和筛分单元800。
至少一层轧制组件600，设置于所述雾化室900内，且位于所述雾化室900的下方，用于使通过金属棒料500制成的金属粉体501通过该轧制组件600后发生形变；筛分单元800，设置于所述轧制组件600的下方，用于将未发生形变的金属粉体501筛下。
下面，将参考图1至图3对本示例实施方式中的上述制粉设备的各个部分进行更详细的说明。
在一个实施例中，支撑台100用于支撑整个制粉设备，送进基座200用于驱动设置于其上的旋转单元300进行往复运动，旋转单元300用于驱动与其连接的金属棒料500进行高速旋转；当金属棒料500通过设置于雾化室900侧壁上的动密封单元400进入雾化室900后，真空单元903对雾化室900进行抽真空操作，并开启惰性气氛单元902向雾化室900内充入高纯惰性气体，以保证活泼金属粉体501生产过程整体的气氛环境；开启熔化热源901，熔化热源901施加高温于金属棒料500的前端面，使其熔化形成液膜，液膜在高速离心力作用下甩出形成液线，液线在惰性气氛中冷却，然后在表面张力作用下形成金属粉体501。
轧制组件600设置于雾化室900内部的下方，可在金属粉体501刚形成时便将该金属粉体501轧制成柱状金属粉体502，缩短了制作柱状金属粉体502工艺的流程，同时提高了柱状金属粉体502的生产效率，需要说明的是，该金属粉体501可为球形、类球形，但不做具体限制。具体为伸入雾化室900的金属棒料500前端将会被熔化热源901熔化形成液膜，液膜在高速离心力下甩出形成液线，液线在雾化室900内惰性气氛中冷却，在表面张力作用下形成金属粉体501，该金属粉体501由于重力的作用下落至轧制组件600，当金属粉体501经过轧制组件600挤压形变后，将会到达筛分单元800，因金属棒料500端部熔化甩出的液滴形成的金属粉体501大小不均衡，因此存在未被轧制组件600挤压的金属粉体501，该种金属粉体501将会被筛分单元800筛下，而发生形变的柱状金属粉体502将会留在筛分单元800上，并被柱状粉体收集罐5021所收集。
在一个实施例中，补温单元700，设置于所述雾化室900内，且位于所述金属棒料500与所述轧制组件600之间的预设位置处；所述补温单元700为补温枪，用于对制成的所述金属粉体501进行二次加热，以使该金属粉体501温度处于预设温度区间内。
具体的，补温单元700位于金属棒料500与轧制组件600之间的位置，具体位置可根据实际雾化室900大小，以及金属液滴冷却形成金属粉体501的硬度进行设置，该补温枪能够使得金属粉体501温度处于合适的轧制区间，以使该金属粉体501的温度满足轧制要求，即，当金属粉体501到达位于该补温单元700下方的轧制组件600时，可以以较小的轧制力使得金属粉体501形变。另外，该补温枪可具体为等离子发生器等加热热源，但不做具体限制。
在一个实施例中，轧制组件600包括至少两个轧辊601，且该轧辊601两端部穿过所述雾化室900侧壁，并与外部设置驱动单元连接；至少两个夹套602，适配套设于所述轧辊601上，且该夹套602环向设有多个凹槽，并与紧挨夹套602的凹槽形成多个圆形的轧孔6021，以通过该夹套602之间的挤压使得所述金属粉体501形变为柱状金属粉体502；导粉单元603，设置于所述轧辊601上方，且该导粉单元603的出粉口与所述夹套602上设置的多个凹槽形状相适配。
示例的，设置于雾化室900内的轧制组件600可以包括两个轧辊601，该轧辊601的轴向方向可与金属棒料500的轴向方向不共面垂直，轧辊601两端部转动设置于雾化室900侧壁上，并穿过雾化室900侧壁，通过雾化室900外部设置的驱动单元（图未示）进行驱动，从而使该轧辊601进行转动，在此不作具体描述。当紧邻的两个轧辊601转动时，适配套设于轧辊601上的夹套602将会进行挤压转动，夹套602上环向设置的多个凹槽此时也会配套形成多个轧孔6021；设置于轧辊601上方的导粉单元603用于收集形成的金属粉体501，在一个示例中，所述导粉单元603截面为锥形。即上方开口大，用于收集由金属棒料500前端熔融甩出所形成的金属粉体501，当金属粉体501被收集到导粉单元603后，便会流到导粉单元603下方的出粉口（图未示），该出粉口位于两个相邻夹套602间的位置，且为狭缝形状，为使金属粉体501较好的流入轧孔6021中，该出粉口形状可与夹套602上设置的多个凹槽形状适配设置，但不做具体限制。金属粉体501流入夹套602形成的轧孔6021中，便经夹套602的挤压形变为柱状金属粉体502，且该柱状金属粉体502的直径由轧孔6021的直径所决定。
在一个实施例中，所述夹套602之间形成的轧孔6021直径为D1；所述金属粉体501为球形金属粉体，且该球形金属粉体的直径为D2，且D1与D2的比值介于0.6~0.9之间。具体的，夹套602之间形成的轧孔6021直径D1与金属粉体501直径D1的比值不宜太小，若是比值太小将会导致金属粉体501直径相较于轧孔6021直径太大，容易造成金属粉体501在流入夹套602中无法咬入的情况。需要说明的是，可通过控制金属棒料500直径以及转速，从而得到不同直径的金属粉体501，进而通过配置相应的轧孔6021直径来得到相应直径的柱状金属粉体502。
在一个实施例中，所述夹套602表面硬度大于所述金属粉体501的硬度。具体的，夹套602为采用热处理工艺制成，且夹套602的表面硬度高于金属粉体501的硬度，以使夹套602获得较长的工作寿命。
在一个实施例中，所述雾化室900内的下方设有多层轧制组件600，且该多层轧制组件600的轧孔6021直径由上至下依次减小。具体的，雾化室900下方逐层设置有轧制组件600，且轧孔6021直径由上至下依次减小，该种设置能够更方便的得到直径较小的柱状金属粉体502，当金属棒料500甩出形成的金属粉体501粒径较大时，通过轧孔6021较小的轧制组件600时不容易咬合，而在雾化室900内设置多层轧孔6021直径从上至下依次减小的轧制组件600，能够使得直径较大的金属粉体501先通过轧孔6021孔径较大的轧制组件600，然后依次通过下面轧孔较小的轧制组件600，从而制成直径较小的柱状金属粉体502，以在一定程度上提高柱状金属粉体502的生产效率。
在一个实施例中，该制粉设备还包括球形粉体收集罐5012，设置于所述筛分单元800下方，用于收集经筛分单元800筛落的所述金属粉体501；柱状粉体收集罐5021，设置于所述筛分单元800侧方，用于收集经过轧制组件600形变后的所述柱状金属粉体502。
具体的，通过金属棒料500前端熔融制成的金属粉体501被导粉单元603收集，并经过轧制组件600处理，形成金属粉体501与柱状金属粉体502的混合粉体，经过下方设置的筛分单元800后将球形金属粉体筛下，并被设置于筛分单元800下方的球形粉体收集罐5012所收集，留在筛分单元800上的柱状金属粉体502被设置于侧边的柱状粉体收集罐5021所收集。需要说明的是，筛分单元800侧边可设置刮粉单元（图未示），该刮粉单元穿过雾化室900侧壁，并由外部设置的驱动装置进行驱动，从而将位于筛分单元800上方的柱状金属粉体502刮至柱状粉体收集罐5021内。
在一个实施例中，所述筛分单元800设有多个网孔，且网孔的直径小于所述轧孔6021的直径，以使未发生形变的所述金属粉体501筛下。具体的，筛分单元800网孔孔径比轧孔6021孔径D1略小，进而使得柱状金属粉体502留在筛分单元800上面，直径小于网孔孔径的金属粉体501则穿过筛分单元800网孔进入下方球形粉体收集罐5012内。
本示例实施方式中还提供了一种制粉方法。参考图4中所示，该法采用上述实施例所述的制粉设备，包括：
步骤S101，使雾化室900内达到一预设真空值，并向该雾化室900内充入惰性保护气体；
步骤S102，开启旋转驱动单元，驱动安装于其上的金属棒料500进行往复及旋转运动；
步骤S103，开启熔化热源901，使所述金属棒料500的前端熔融至形成液膜，并通过金属棒料500的旋转使该液膜甩出，然后在所述惰性保护气体的冷却下形成金属粉体501；
步骤S104，通过导粉单元603收集所述金属粉体501，该金属粉体501在重力作用下由导粉单元603的出粉口流至夹套602上，并通过至少两个轧辊601带动套设于其上的夹套602进行转动，以对金属粉体501进行咬合轧制形变为柱状金属粉体502；
步骤S105，通过筛分单元800将通过夹套602的金属粉体501进行筛分，以将未发生形变的金属粉体501筛落。
具体的，在通过该方法制备柱状金属粉体502时，首先开启真空单元903对雾化室900抽真空；当雾化室900真空度达到工艺要求后，关闭真空单元903，开启惰性气氛单元902，向雾化室900内充入高纯惰性保护气体至一定压力；开启高速旋转驱动元件带动金属棒料500高速旋转；开启高温热源，对金属棒料500前端面施加高温，使其熔化形成液膜；液膜在高速离心力作用下甩出，在惰性气氛环境下冷却形成金属粉体501，该金属粉体501在重力作用下通过导粉单元603流入到夹套602上；轧辊601带动夹套602旋转，对金属粉体501进行咬合轧制使其形变成柱状金属粉体502；柱状金属粉体502和直径较小的金属粉体501经过筛分单元800筛分，柱状金属粉体502流入到柱状粉体收集罐5021内，直径较小的金属粉体501流入到球形粉体收集罐5012内。需要说明的是，旋转驱动单元包括上述实施例所述的送进基座200及旋转单元300，用于带动连接于其上的金属棒料500进行往复运动及旋转运动。
本实施例提出一种316L不锈钢圆柱形粉的制备工艺，主要步骤为：把不锈钢材料加工成直径50mm的金属棒料500，金属棒料500与旋转驱动单元连接；开启真空单元903对雾化室900抽真空，保证雾化室900的极限真空度达到5×10-3Pa；开启惰性气氛单元902向雾化室900内部充入高纯氩气至正压0.04~0.06Mpa，满足雾化制粉成形工艺的高纯惰性气氛环境；旋转驱动单元驱动金属棒料500以20000r/min的转速旋转；开启熔化热源901，在熔化热源901作用下金属棒料500前端熔化成液膜，液膜在旋转离心力作用下形成液线，液线在惰性气氛中冷却，然后在表面张力作用下形成球形金属粉体；金属粉体501粒径介于20~100µm；金属粉体501在重力作用下通过导粉单元603作用流入到夹套602上；设定相邻夹套602形成轧孔6021的直径为70 µm，主动轧辊601带动夹套602旋转，对球形金属粉体进行咬合轧制使其形变成直径70 µm柱状金属粉体502；柱状金属粉体502和直径较小的球形金属粉体经过网孔为68µm的筛分单元800筛分，直径70 µm的柱状金属粉体502流入到柱状粉体收集罐5021内，粒度小于68 µm球形金属粉体流入到球形粉体收集罐5012内。
本实施例还提出了一种TC4钛合金圆柱形粉的制备工艺，主要步骤为：把钛合金材料加工成直径70mm的金属棒料500，金属棒料500与旋转驱动单元连接；开启真空单元903对雾化室900抽真空，保证雾化室900的极限真空度达到5×10-3Pa；开启惰性气氛单元902向雾化室900内部充入高纯氩气至正压0.04~0.06Mpa，满足雾化制粉成形工艺的高纯惰性气氛环境；旋转驱动单元驱动金属棒料500以15000r/min的转速旋转；开启熔化热源901，在熔化热源901作用下金属棒料500前端熔化成液膜，液膜在旋转离心力作用下形成液线，液线在惰性气氛中冷却，然后在表面张力作用下形成球形金属粉体，金属粉体501粒径介于50~150µm；金属粉体501在重力作用下通过导粉单元603作用流入到夹套602上；设定相邻夹套602形成轧孔6021的直径为120 µm，主动轧辊601带动夹套602旋转，对金属粉体501进行咬合轧制使其形变成直径120 µm柱状金属粉体502；柱状金属粉体502和直径较小的金属粉体501经过网孔为118µm的筛分单元800筛分，直径120µm的柱状金属粉体502流入到柱状粉体收集罐5021内，粒度小于118µm的金属粉体501流入到球形粉体收集罐5012内。
根据本发明提供的制粉设备及方法，在雾化室900内设置轧制组件600，通过离心雾化技术制备的金属粉体501由于重力作用落入轧制组件600，并经过轧制组件600的挤压形变为柱状金属粉体502，因金属粉体501和柱状金属粉体502的制备在同一雾化室900内进行，因此该制粉设备能够使制粉流程缩短，并且能够在一定程度上提高生产效率；另外，通过筛分单元800将未发生形变的金属粉体501筛下，便于了后续的回收利用，在一定程度上避免了材料的浪费；另外，整个制粉流程在惰性气氛保护下进行，因此通过该种方式制备的柱状金属粉体502具有杂质含量低、纯净度高的优点。需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
