微米和納米金屬球形粉末的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種微米和納米金屬球形粉末的制造方法，步驟如下：(1)準(zhǔn)備金屬粉末；(2)準(zhǔn)備金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末；(3)高溫退火使金屬熔融并凝固成金屬球；高溫退火的溫度是達到所述金屬熔融的溫度，尤其是金屬熔融點溫度以上40到100℃的范圍內(nèi)；(4)除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末獲得微米、納米金屬球形粉末。金屬球形粉末的金屬包括金、銀、銅、鋁、鎵、錫、鋅、鉛、鐵、鈷、鎳、稀土等的所有單質(zhì)金屬，單質(zhì)金屬間形成的合金和化合物與包括硼、硅、碳、磷、鍺、氮等類金屬和非金屬形成的合金和化合物。
【專利說明】微米和納米金屬球形粉末的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適用于粉末冶金、金屬3D打印、噴(釬)焊金屬粉末、潤滑材料、太陽能電池、固體燃料推進劑、電子封裝、精密制備領(lǐng)域等微米和納米金屬球形粉末的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]球形金屬粉末能用于粉末冶金、3D金屬打印、噴(釬)焊金屬粉末、潤滑材料、太陽能電池、電子封裝、精密制備領(lǐng)域等。目前已有的金屬球形粒子的制備方法從成球機制方面來分，大致可以分為三類:基于液滴噴射凝固成球的有氣體霧化法和離心霧化法；基于機械剪切成球的有切絲或打孔重熔法；均勻液滴噴射法和脈沖小孔噴射法[1]。
[0003]霧化法是工業(yè)上主要采用的制備金屬顆粒的方法，可以制備球形的金屬顆粒，如氣霧化法、離心霧化法、等離子體霧化、水霧化法和真空霧化法等，其中采用較多的為氣霧化法和離心霧化法兩類。主要原理是將液態(tài)原料用高速氣流霧化、粉碎、形成微細(xì)液滴，在冷卻過程中通過表面張力，形成球形微粒子。霧化法的生產(chǎn)效率高，成本較低，但是其生產(chǎn)的微粒子粒徑分布范圍很大，必須經(jīng)過多次篩分才能得到所需粒徑的粒子，產(chǎn)品成品率不高，而且難以制備尺寸小于10 μ m以下的金屬粉末；此外，霧化法制備的微粒子球形度不高(常為類球形或水滴形顆粒)，存在熱誘導(dǎo)孔洞的顆粒。另外，惰性氣體的消耗量大，成本較高，氣體回收凈化技術(shù)難度大。
[0004]切絲或打孔重熔法是通過拉絲剪切或箔片沖壓等機械加工方式把需要制備的材料加工成均勻質(zhì)量的微小單元，再把加工好的微小單元投入具有一定溫度梯度的液體介質(zhì)中重熔成液滴，液滴下落過程中在界面張力的作用下成為球形。切絲或打孔重熔法工藝可控性好，但其加工操作過程繁多，且受限于切割線寬，微小單元無法被進一步縮小，粒徑無可避免地存在瓶頸。同時該工藝亦受到加工材料物理性能的限制，如硬脆材料不易被加工成絲或箔材，高熔點材料不易被熔化等。此外，該種方法制備得到的粒子還需要進行脫脂處理，這使得該方法的成本大大增加。
[0005]液滴噴射法包括均勻液滴噴射法和脈沖小孔噴射法。均勻液滴噴射法是通過液體從毛細(xì)管噴嘴中流出，通過機械振動對液流施加周期性擾動,液流斷裂并離散成均一液滴，液滴在表面張力作用下形成球形顆粒。脈沖小孔噴射法是讓金屬在坩堝中保持熔融狀態(tài)，通過壓電陶瓷產(chǎn)生大小一致的位移，該位移作用于液體，使金屬液體從坩堝底部的小孔中噴出，形成均一液滴。液滴在表面張力作用下形成球形顆粒。用液滴噴射法制備的金屬球粒徑一致，球形度好。但液滴噴射法生產(chǎn)效率低，制備成本高，并且難以制備尺寸小于100 μ m以下的金屬球。因此，液滴噴射法制備的球形金屬粉末難以用于需要大量使用金屬粉末的粉末冶金、3D打印、噴(釬)焊金屬粉末、潤滑材料等領(lǐng)域。
[0006]本申請發(fā)明人在深入研究目前金屬球的制造方法后發(fā)現(xiàn)，目前獲得球形度高的金屬球的方法，可以歸結(jié)為兩類；1)通過金屬液滴/氣體界面(即:液/氣界面)的表面張力作用，得到金屬球，如:霧化法和液滴噴射法；2)通過金屬液滴/油界面(即:液/液界面)的界面張力作用，得到金屬球，如切絲或打孔重熔法。本發(fā)明提出通過金屬液滴/碳材料或陶瓷材料界面(即:液/固界面)的方法制備微米、納米金屬球。其原理是將金屬顆粒用碳材料粉末或用陶瓷材料粉末隔開，利用金屬液滴在碳材料或在陶瓷材料固體界面不潤濕、不擴散或少擴散的性質(zhì)，在液固界面液滴的界面張力和液氣界面液滴表面張力同時作用下形成球形金屬液滴，冷卻后獲得微米和納米金屬球。
[0007]參考文獻:
[0008][I] “均一球形微米級粒子制備技術(shù)的研究進展”，董偉、李穎、付一凡、譚毅，材料工程，9 (2012) 92-98.


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，提供一種金屬球形粉末的制造方法，通過將金屬與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合，使金屬顆粒被碳材料粉末或被陶瓷材料粉末隔開。在達到或高于金屬熔點某一溫度保溫，形成金屬液滴/碳材料或陶瓷材料界面(即:液/固界面)，利用金屬液滴在碳材料或在陶瓷材料固體界面不潤濕、不擴散或少擴散的性質(zhì)，在固液界面液滴的界面張力和液體的表面張力同時作用下，形成球形金屬液滴，在冷卻過程中獲得微米和納米金屬球。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種微米和納米金屬球形粉末的制造方法，包括如下步驟:
[0011](I)準(zhǔn)備金屬粉末；
[0012](2)準(zhǔn)備金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末；
[0013](3)高溫退火使金屬熔融并凝固成金屬球；高溫退火的溫度是達到所述金屬熔融的溫度，尤其是金屬熔融點溫度以上40到100°C的范圍內(nèi)；
[0014](4)除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末獲得微米、納米金屬球形粉末。
[0015]金屬球形粉末的金屬包括所有單質(zhì)金屬(如:金、銀、銅、鋁、鎵、錫、鋅、鉛、鐵、鈷、鎳、稀土等)，單質(zhì)金屬間形成的合金和化合物以及單質(zhì)金屬與類金屬和非金屬(如:硼、娃、碳、磷、鍺、氮等)形成的合金和化合物。
[0016]準(zhǔn)備所述金屬原料粉末的步驟包括通過熔煉獲得單質(zhì)金屬、合金和化合物，破碎成金屬粉末，或快淬成條帶后破碎成金屬粉末；或者通過金屬氧化物或金屬鹽還原獲得金屬粉末；或者通過其他方法獲得的金屬粉末。
[0017]所述金屬原料粉末尺寸小于1mm,優(yōu)選的尺寸范圍在50nm?1mm。
[0018]碳材料粉末為石墨、石墨烯、金剛石、碳粉或煤粉以及它們二種或二種以上的混合物，陶瓷材料粉末為碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷以及它們二種或二種以上的混合物。
[0019]準(zhǔn)備金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末的方法:1)將金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合的方法，i)采取機械方法均勻混合；ii)在液體(水、乙醇等)中攪拌均勻混合；iii)通過分散劑輔助分散后，與碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合，混合后干燥得到用碳材料或用陶瓷材料包覆的金屬顆粒的均勻的混合粉末；2)用以上方式將金屬氧化物或金屬鹽與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合，在還原氣氛中(如氫氣、氨氣、一氧化碳等)退火，得到金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末。
[0020]所述金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的質(zhì)量比應(yīng)滿足所稱量的金屬粉末的總表面積小于所配比的碳材料粉末或陶瓷材料粉末的總表面積；所述金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的混合粉末中，金屬粉末的質(zhì)量在金屬/碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合物中所占質(zhì)量比在10%到99.9%之間。所述碳材料粉末或陶瓷材料粉末可以是任意大小的尺寸，10納米-100微米粒徑的范圍更好。碳材料粉末或陶瓷材料粉末的形貌可以是片狀、球狀、線狀、管狀或其他形狀。
[0021]將混合均勻的金屬/碳材料或陶瓷材料混合粉末在真空或氣氛(包括氫氣、氮氣、氬氣和氨氣等)中退火，溫度:達到或高于金屬的熔點，優(yōu)選的溫度為高于金屬熔點40?100C ;保溫時間:保證金屬完全熔化，優(yōu)選時間為Imin?6min，短時保溫克服金屬液滴與碳材料或陶瓷材料之間的相互擴散，保證金屬液滴在碳材料或陶瓷材料界面的不潤濕性；冷卻方式:1)快冷，讓金屬固體顆粒保持液態(tài)金屬球的形狀，同時，可以克服合金材料成分宏觀偏析和減少高溫下碳材料或陶瓷材料向金屬顆粒的擴散；2)或快冷結(jié)合緩慢冷卻，快冷到熔點一下溫度后，再緩慢冷卻，獲到結(jié)晶度好、甚至單晶態(tài)的微米和納米金屬球。
[0022]將退火處理的金屬/碳材料或陶瓷材料混合粉末中的碳材料粉末或陶瓷材料粉末除掉，獲得微米和納米金屬球形粉末。清洗方法包括:1)在液體(如:水或有機溶劑等)中浸泡后，利用金屬與碳材料或與陶瓷材料大的密度差，超聲清洗，除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末，獲得金屬球形粉末；2)在液體中浸泡后，采用離心、過濾或外加磁場的方法獲得金屬球形粉末；3)利用金屬顆粒與碳材料或與陶瓷材料的形狀、大小不同，使用合適的篩子將二者分離。
[0023]所述金屬球形粉末的直徑小于10mm。優(yōu)選的金屬球形粉末的直徑在50nm?Imm的范圍。本發(fā)明的有益效果，將金屬顆粒用碳材料粉末或用陶瓷材料粉末隔開，利用金屬液滴在碳材料或在陶瓷材料固體界面不潤濕、不擴散或少擴散的性質(zhì)，在液固界面液滴的界面張力和液氣界面液滴表面張力同時作用下形成球形金屬液滴，冷卻后獲得微米和納米金屬球。根據(jù)本發(fā)明，制備金屬球的原理清晰，制造金屬球形粉末的工藝方法簡單，制造成本低，生產(chǎn)效率高，是一種簡單易行、環(huán)境友好、可規(guī)?；a(chǎn)微米和納米金屬球形粉末的制造方法。制造的金屬球直徑小于1mm,優(yōu)選金屬球直徑在50nm?Imm(尤其是2-200微米粒徑的范圍更好)的范圍。金屬球的球形度高，表面質(zhì)量好，無宏觀偏析，顯微組織一致性好，可以滿足在粉末冶金、金屬3D打印、噴(釬)焊金屬粉末、潤滑材料、太陽能電池、固體燃料推進劑、電子封裝、精密制備等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1通過本發(fā)明的制造方法得到的微米銀球的掃描電子顯微鏡照片；
[0025]圖2通過本發(fā)明的制造方法得到的微米銅球的掃描電子顯微鏡照片；
[0026]圖3通過本發(fā)明的制造方法得到的微米鋁球的掃描電子顯微鏡照片；
[0027]圖4通過本發(fā)明的制造方法得到的微米銅錫合金球的掃描電子顯微鏡照片；
[0028]圖5通過本發(fā)明的制造方法得到的微米鐵硅硼金屬玻璃球的掃描電子顯微鏡照片。

【具體實施方式】
[0029]如上所述，本申請將金屬顆粒用碳材料粉末或用陶瓷材料粉末隔開，利用金屬液滴在碳材料或在陶瓷材料固體界面不潤濕、不擴散或少擴散的性質(zhì)，在液固界面液滴的界面張力和液氣界面液滴表面張力同時作用下形成球形金屬液滴，冷卻后獲得微米和納米固體金屬球。以下，對本發(fā)明的微米和納米金屬球形粉末的制造方法進行詳細(xì)的說明。
[0030]本發(fā)明首先將制備或購買的所需尺寸的金屬粉末。制備金屬粉末:1)對脆性金屬可以通過熔煉、機械破碎的方法獲得；2)對有良好韌性的金屬可以通過快淬獲得前期薄帶，再通過后續(xù)研磨破碎獲得金屬粉末；3)通過金屬氧化物或金屬鹽還原的方法制備金屬粉末。除了制備金屬粉末外，也可以通過其他方式獲得所需尺寸的金屬粉末。
[0031]將金屬粉末與適當(dāng)尺寸和數(shù)量的碳材料粉末或陶瓷材料粉末均勻混合，以達到用碳材料粉末或用陶瓷材料粉末隔開金屬顆粒的目的。準(zhǔn)備金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末的方法有:1)將金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合的方法，i)采取機械方法均勻混合；ii)在液體(水、乙醇等)中攪拌均勻混合；iii)通過分散劑輔助分散后，與碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合，混合后干燥得到用碳材料或用陶瓷材料包覆的金屬顆粒的均勻的混合粉末；2)用以上方式將金屬氧化物或金屬鹽與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合，在還原氣氛中(如氫氣、氨氣、一氧化碳等)退火，得到金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末。
[0032]將混合均勻的金屬/碳材料或陶瓷材料混合粉末在真空或氣氛(包括氫氣、氮氣、氬氣和氨氣等)中退火，溫度:達到或高于金屬的熔點，優(yōu)選的溫度為高于金屬熔點40?100C ;保溫時間:保證金屬完全熔化，優(yōu)選時間為Imin?6min。短時保溫可以克服金屬液滴與碳材料或陶瓷材料之間的相互擴散，保證金屬液滴在碳材料或陶瓷材料界面的不潤濕性；冷卻方式:1)快冷，讓金屬固體顆粒保持液態(tài)金屬球的形狀，同時，可以克服合金材料成分宏觀偏析和減少高溫下碳材料或陶瓷材料向金屬顆粒的擴散。2)快冷結(jié)合緩慢冷卻，快冷到熔點一下溫度后，再緩慢冷卻，可以獲到結(jié)晶度好、甚至單晶態(tài)的微米和納米金屬球。
[0033]將退火處理的金屬/碳材料或陶瓷材料混合粉末中的碳材料粉末或陶瓷材料粉末除掉，獲得微米和納米金屬球形粉末。清洗方法包括:1)在液體(如:水或有機溶劑等)中浸泡后，利用金屬與碳材料或與陶瓷材料大的密度差，多次超聲清洗，除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末，獲得金屬球形粉末；2)在液體中浸泡后，采用離心、過濾或外加磁場的方法獲得金屬球形粉末；3)利用金屬顆粒與碳材料或與陶瓷材料的形狀、大小不同，使用合適的篩子將二者分離。
[0034]另外，本發(fā)明的金屬球形粉末的制造方法最適用于直徑為50nm?Imm的金屬球形粉末。在直徑大于Imm的情況下，由于被熔化后，球狀化的液滴由于自身的重力作用，球形度會變差，在冷卻過程中難以得到球形度高的金屬球，因此，金屬球形粉末的直徑優(yōu)選在Imm以下。另一方面，雖然顆粒尺寸越小，越易獲得球形度高的顆粒，但細(xì)小的金屬粉末與碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合時，由于團聚不容易被碳材料粉末或陶瓷材料粉末均勻的分開，而且退火后，除掉金屬球與碳材料或與陶瓷材料混合粉末中碳材料粉末或陶瓷材料粉末的難度變大，因此金屬球形粉末的直徑優(yōu)選在50nm以上。
[0035]實施例1
[0036]銀微米球的制備，首先，購買的多種平均尺寸為10 μ m左右的金屬銀粉末(顆粒的形狀是薄片狀或其它棱角的形狀)作為原料。取I克銀粉與尺寸為Iym左右的鱗片狀石墨粉，按重量比為1:1配比，機械攪拌方法(包括采用球磨或棒磨等方法混和亦可)均勻混八口 ο
[0037]將混合好的銀/石墨粉放入氧化鋁坩堝中，坩堝放進退火爐的非加熱區(qū)，抽真空到6X10_3Pa，將退火爐加熱區(qū)加熱到1050°C，推入裝有銀/石墨粉的坩堝到1050°C的加熱區(qū)，保溫5分鐘后，將裝有銀/石墨粉的坩堝拉出加熱區(qū)快冷。
[0038]用水浸泡銀/石墨混合粉，通過超聲清洗得到銀微米球。圖1為得到的銀微米球外觀的掃描電子顯微鏡照片，球形顆粒尺寸在5 μ m-20 μ m。根據(jù)本發(fā)明金屬球形粉末的制造方法，如圖1所示，確認(rèn)能夠得到銀微米金屬球。重量比為3:1配比得到同樣結(jié)果。
[0039]實施例2
[0040]銅微米球的制備，首先，購買尺寸為3μπι-10μπι左右的金屬銅粉末作為原料。取I克銅粉與尺寸為1nm-1 μ m左右的石墨烯粉，按重量比為5:1配比，機械攪拌方法均勻混八口 ο
[0041]將混合好的銅/石墨烯混合粉末放入氧化鋁坩堝中，坩堝放進退火爐的非加熱區(qū)，抽真空到6 X 1-3Pa,將退火爐加熱區(qū)加熱到1150°C，推入裝有銅/石墨烯混合粉末的坩堝到1150°C的加熱區(qū)，保溫5分鐘后，將裝有銅/石墨烯混合粉末的坩堝拉出加熱區(qū)冷卻。
[0042]用水浸泡銅/石墨烯混合粉，通過超聲清洗得到銅微米球。圖3為得到的銅微米球外觀的掃描電子顯微鏡照片，球形顆粒尺寸在3 μ m-12 μ m。根據(jù)本發(fā)明的金屬球形粉末的制造方法，如圖2所示，確認(rèn)能夠得到銅微米金屬球。
[0043]實施例3
[0044]鋁微米球的制備，首先，購買平均尺寸為5μπι左右的金屬鋁粉末作為原料。取I克鋁粉與尺寸為400nm左右的鱗片狀石墨粉，按重量比為1:2配比，在酒精溶液中超聲均勻混合。烘干后得到金屬鋁/石墨混合粉末。
[0045]將混合好的鋁/石墨混合粉末放進石英管中，將石英管抽真空到6X 10_3Pa，通氬氣到0.06MPa后封管，將裝有用氬氣保護的鋁/石墨混合粉末的石英管，放進加熱到740V的退火爐中,保溫6分鐘，取出爐外空氣中冷卻。
[0046]用酒精浸泡鋁/石墨混合粉末，通過超聲清洗得到鋁微米球形粉末。圖3為得到的鋁球外觀的掃描電子顯微鏡照片，球形顆粒尺寸在5 μ m-30 μ m。根據(jù)本發(fā)明的金屬球形粉末的制造方法，如圖3所示，確認(rèn)能夠得到鋁微米金屬球。
[0047]實施例4
[0048]銅錫合金微米球的制備，首先，通過熔煉方法獲得銅錫合金(Cu6tlSn4tl,下標(biāo)為重量百分比)，機械破碎銅錫合金得到平均尺寸為10 μ m左右的粉末作為原料。取I克銅錫合金粉與尺寸為1nm-1 μ m左右的石墨烯粉，按重量比為5:1配比，機械攪拌后，均勻混合。
[0049]將混合好的銅錫合金/石墨烯混合粉放入氧化鋁坩堝中，坩堝放進退火爐的非加熱區(qū)，抽真空到6 X 10_3Pa，將退火爐加熱區(qū)加熱到800°C，推入裝有銅錫合金/石墨烯粉的坩堝到800°C的加熱區(qū)，保溫5分鐘后，將裝有銅錫合金/石墨烯粉的坩堝拉出加熱區(qū)冷卻。
[0050]用水浸泡銅錫合金/石墨烯混合粉，通過超聲清洗得到銅錫合金微米球形粉末。圖4為得到的銅錫合金球外觀的掃描電子顯微鏡照片，球形顆粒尺寸在5 μ m-20 μ m。根據(jù)本發(fā)明的金屬球形粉末的制造方法，如圖4所示，確認(rèn)能夠得到銅錫合金微米球。
[0051]實施例5
[0052]鐵硅硼金屬玻璃微米球的制備，首先，熔煉獲得鐵硅硼合金(Fe78Si9B13)，然后，機械破碎鐵硅硼合金得到平均尺寸為20 μ m左右的粉末作為原料。取I克鐵硅硼合金粉與尺寸為Iym左右的鱗片狀石墨粉，按重量比為1:1配比，機械攪拌均勻混合。
[0053]將混合好的鐵硅硼合金/石墨混合粉放進用石英管中，石英管抽真空到6 X 10?,通氬氣到0.06MPa后封管，將裝有用氬氣保護的鐵硅硼合金/石墨混合粉的石英管，放進加熱到1220°C的退火爐中，保溫5分鐘，將裝有用氬氣保護的鐵硅硼合金/石墨混合粉的石英管淬進水中，實現(xiàn)快速冷卻。
[0054]用酒精浸泡鐵硅硼合金/石墨粉，通過超聲清洗結(jié)合磁分離方法得到鐵硅硼金屬玻璃微米球。圖5為得到的鐵硅硼金屬玻璃球外觀的掃描電子顯微鏡照片，球形顆粒尺寸在10μπι-60μπι。根據(jù)本發(fā)明的金屬球形粉末的制造方法，如圖5所示，確認(rèn)能夠得到鐵硅硼金屬玻璃微米球。
[0055]以上實施例也可以采用煤粉制備，能得到同樣的結(jié)果。
[0056]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、改進等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微米和納米金屬球形粉末的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)準(zhǔn)備金屬粉末； (2)準(zhǔn)備金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末； (3)高溫退火使金屬熔融并凝固成金屬球；高溫退火的溫度是達到所述金屬熔融的溫度，尤其是金屬熔融點溫度以上40到100°C的范圍內(nèi)； (4)除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末獲得微米、納米金屬球形粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬球形粉末的制造方法，其特征在于: 金屬球形粉末的金屬包括金、銀、銅、鋁、鎵、錫、鋅、鉛、鐵、鈷、鎳、稀土等的所有單質(zhì)金屬，單質(zhì)金屬間形成的合金和化合物以及單質(zhì)金屬與包括硼、硅、碳、磷、鍺、氮等類金屬和非金屬形成的合金和化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項所述的金屬球形粉末的制造方法，其特征在于: 準(zhǔn)備所述金屬原料粉末包括:1)通過熔煉獲得單質(zhì)金屬、合金和化合物，破碎成金屬粉末，2)快淬成條帶后破碎成金屬粉末；3)通過金屬氧化物或金屬鹽還原獲得金屬粉末；4)通過其他方法獲得的金屬粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬球形粉末的制造方法，其特征在于:所述金屬原料粉末尺寸小于1mm,優(yōu)選尺寸范圍在50nm?1mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的金屬球形粉末的制造方法，其特征在于:碳材料粉末為石墨、石墨烯、金剛石、碳粉或煤粉以及它們二種或二種以上的混合物；陶瓷材料粉末為碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷以及它們二種或二種以上的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的金屬球形粉末的制造方法，其特征在于:準(zhǔn)備金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末的方法為，D將金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合的方法，i)采取機械方法均勻混合；ii)在液體(水、乙醇等)中攪拌均勻混合；iii)通過分散劑輔助分散后，與碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合，混合后干燥得到用碳材料或用陶瓷材料包覆的金屬顆粒的均勻的混合粉末；2)用以上方式將金屬氧化物或金屬鹽與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合，在還原氣氛中(如氫氣、氨氣、一氧化碳等)退火，得到金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的金屬球形粉末的制造方法，其特征在于: 所述金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的質(zhì)量比應(yīng)滿足所稱量的金屬粉末的總表面積小于所配比的碳材料粉末或陶瓷材料粉末的總表面積；所述金屬粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的混合粉末中，所述碳材料粉末或陶瓷材料粉末可以是任意大小的尺寸，10納米-100微米粒徑的范圍更好；碳材料粉末或陶瓷材料粉末的形貌可以是片狀、球狀、線狀、管狀或其他形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的金屬球形粉末的制造方法，其特征在于: 將混合均勻的金屬/碳材料或陶瓷材料混合粉末在真空或氣氛(包括氫氣、氮氣、気氣和氨氣等)中退火，溫度:達到或高于金屬的熔點，優(yōu)選的溫度為高于金屬熔點40?100°C;保溫時間:保證金屬完全熔化，優(yōu)選時間為Imin?6min，短時保溫克服金屬液滴與碳材料或陶瓷材料之間的相互擴散，保證金屬液滴在碳材料或陶瓷材料界面的不潤濕性；冷卻方式:1)快冷，讓金屬固體顆粒保持液態(tài)金屬球的形狀，同時，可以克服合金材料成分宏觀偏析和減少高溫下碳材料或陶瓷材料向金屬顆粒的擴散；2)快冷結(jié)合緩慢冷卻，快冷到熔點以下溫度后，再緩慢冷卻，獲到結(jié)晶度好、甚至單晶態(tài)的微米和納米金屬球。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的金屬球形粉末的制造方法，其特征在于: 將退火處理的金屬/碳材料或陶瓷材料混合粉末中的碳材料粉末或陶瓷材料粉末除掉，獲得微米和納米金屬球形粉末。清洗方法包括:1)在液體(如:水或有機溶劑等)中浸泡后，利用金屬與碳材料或與陶瓷材料大的密度差，超聲清洗，除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末，獲得金屬球形粉末；2)在液體中浸泡后，采用離心、過濾或外加磁場的方法獲得金屬球形粉末；3)利用金屬顆粒與碳材料或與陶瓷材料的形狀、大小不同，使用合適的篩子將二者分離。
【文檔編號】B22F1/00GK104259469SQ201410462791
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】唐少龍, 程振之, 雷成龍, 黃海富, 都有為 申請人:南京大學(xué)