本發(fā)明涉及一種制備金屬陶瓷復(fù)合粉末材料的裝置及方法，屬于金屬陶瓷粉末領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

金屬陶瓷復(fù)合材料是由一種或多種陶瓷相和金屬相或合金組成的多相復(fù)合材料。金屬陶瓷既具有金屬的韌性、高導(dǎo)熱性和良好的熱穩(wěn)定性，又具有陶瓷的耐高溫、耐腐蝕和耐磨損等特性，在國防及民用領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。金屬陶瓷常用的制備方法有粉末冶金法、固體分散法、噴射沉積法、液態(tài)浸漬法和原位復(fù)合法等。其中粉末冶金法和噴射沉積法都是以金屬陶瓷粉末為原材料，在不同的工藝條件下將粉末材料燒結(jié)成毛坯或零件。

金屬陶瓷粉末的制備，技術(shù)方案之一，是先把金屬和陶瓷分別制備成粉末，再把金屬粉末和陶瓷粉末混合在一起，并加入粘結(jié)劑，通過造粒工藝，加工成金屬陶瓷粉末。專利[CN105543764A]、[CN104862571A]就采取這種技術(shù)方案制備了金屬陶瓷粉末。這種方法制備的金屬陶瓷粉末大多為疏松多孔結(jié)構(gòu)，表面吸附大量氣體，不利于粉末冶金和噴射沉積等工藝，存在表面吸附氣體不易排出的問題，從而導(dǎo)致毛坯或零件致密度低。同時(shí)，這種金屬陶瓷粉末中金屬和陶瓷粉末是通過粘結(jié)劑粘結(jié)在一起的，界面結(jié)合力差，導(dǎo)致最終的毛坯或零件性能低。

金屬陶瓷粉末的制備，技術(shù)方案之二，是先把金屬和陶瓷分別制備成粉末，再把金屬粉末和陶瓷粉末混合在一起，采用球磨等機(jī)械合金化方法，加工成金屬陶瓷粉末。專利[CN102962447B]、[CN102140592B]就采取這種技術(shù)方案制備了金屬陶瓷粉末。這種金屬陶瓷粉末制備周期長，球磨工藝大多為20小時(shí)左右，生產(chǎn)效率低，粉末顆粒大多為小于10微米，非常細(xì)小，同時(shí)粉末顆粒不規(guī)則，導(dǎo)致金屬陶瓷的流動性不好，不利于粉末冶金和噴射沉積工藝。

金屬陶瓷粉末的制備，技術(shù)方案之三，是先制成塊狀金屬陶瓷材料，再將塊體研磨破碎成金屬陶瓷粉末。專利[CN103250293A]、[CN102166652B]、[CN100595314C]就采取這種技術(shù)方案制備了金屬陶瓷粉末。這種金屬陶瓷粉末是從塊體研磨而成，因此首先得制備出塊體，再破碎成粉末，生產(chǎn)工序多，成本高，且制造的粉末存在陶瓷顆粒分布不均勻的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

上述金屬陶瓷粉末及其制備方法存在金屬/陶瓷界面結(jié)合力弱、粉末形狀不規(guī)格、生產(chǎn)效率低、陶瓷顆粒分布不均勻等問題，而且一般制備金屬陶瓷粉末的粉末粒徑不可控。本發(fā)明所需解決的就是現(xiàn)有金屬/陶瓷粉末界面結(jié)合力弱、粉末形狀不規(guī)格、生產(chǎn)效率低、陶瓷顆粒分布不均勻、粉末粒徑不可控的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種制備金屬陶瓷復(fù)合粉末材料的裝置，包括混合室和粉末室，所述混合室分別與陶瓷粉末送粉裝置和供氣裝置連接，所述粉末室分別與排氣裝置和集粉裝置連接；所述粉末室內(nèi)部設(shè)霧化噴嘴，所述混合室通過管道與粉末室內(nèi)部的霧化噴嘴相連，所述陶瓷粉末送粉裝置為可計(jì)量的陶瓷粉末送粉裝置，此外，還包括金屬熔融裝置，所述金屬熔融裝置位于粉末室上部，可以位于粉末室內(nèi)或粉末室外。

優(yōu)選地，若金屬熔融裝置位于粉末室內(nèi)，則金屬熔融裝置位于霧化噴嘴上方。

優(yōu)選地，若金屬熔融裝置位于粉末室內(nèi)，所述粉末室內(nèi)部設(shè)可以阻止粉末進(jìn)入金屬熔融裝置內(nèi)的隔層。

優(yōu)選地，當(dāng)金屬熔融裝置位于粉末室外時(shí)，還包含防止金屬氧化的保護(hù)裝置。

本發(fā)明可生產(chǎn)核殼結(jié)構(gòu)的金屬陶瓷粉末，陶瓷顆粒分布均勻。該金屬陶瓷粉末材料在制備過程中，當(dāng)氣霧化介質(zhì)中的常溫陶瓷顆粒碰撞上高溫熔融金屬液時(shí)，金屬液將陶瓷顆粒完全包覆住，同時(shí)會以陶瓷顆粒為形核中心凝固，生成晶粒，從而在金屬/陶瓷界面處形成化學(xué)結(jié)合，增強(qiáng)了界面結(jié)合力。金屬液將陶瓷顆粒包覆住后，由于表面張力作用，會收縮成球狀，冷卻后形成球形粉末，具有良好的流動性。由于采用氣霧化工藝，粉末生產(chǎn)效率也大大提高。

根據(jù)上述裝置，本發(fā)明提供制備金屬陶瓷復(fù)合粉末材料的方法，（1）將金屬原材料放入金屬熔融裝置內(nèi)，排除氧氣；將熔融裝置內(nèi)的金屬原材料加熱至熔融態(tài)；將陶瓷粉末加入到混合室中，并通入惰性氣體，將陶瓷粉末吹散，得到含陶瓷粉末的混合氣體；（2）將熔融的金屬液沿導(dǎo)液管流向粉末室，同時(shí)將含陶瓷粉末的混合氣體通入霧化噴嘴雖金屬液進(jìn)行氣體霧化；（3）霧化完成后，冷卻至室溫，收集金屬陶瓷粉末材料。

上述步驟進(jìn)一步說明如下：（1）將金屬原材料放入坩堝內(nèi)，排除氧氣；（2）將坩堝內(nèi)的金屬原材料加熱至熔融態(tài)；（3）將陶瓷粉末按一定速率加入到混合室中，并通入惰性氣體，將陶瓷粉末吹散，得到含陶瓷粉末的混合氣體；（4）將熔融的金屬液沿導(dǎo)液管流向粉末室，同時(shí)將包含陶瓷粉末的混合氣體通入霧化噴嘴；（5）混合氣體中的陶瓷顆粒受氣體作用，沿噴嘴方向沖擊金屬液，將金屬液破碎成液滴，包裹在陶瓷顆粒外層；（6）金屬液冷卻凝固成固體，包裹在陶瓷顆粒外層，落入粉末室底部；（7）等金屬液都流入粉末室后，停止向氣體噴嘴通入混合氣體；（8）等粉末室底部冷卻至室溫后，打開粉末室底部，收集金屬陶瓷粉末材料。

優(yōu)選地，排除氧氣的步驟可以采取真空泵抽真空的方式，也可以是采用惰性氣體排除氧氣，或者采取抽氣裝置和惰性氣體聯(lián)用。

優(yōu)選地，所述陶瓷粉末送粉裝置為可計(jì)量的陶瓷粉末送粉裝置。陶瓷粉末通過該裝置，計(jì)量勻速的進(jìn)入混合腔室中與惰性氣體混合均勻，形成均勻的混合氣體。通過該計(jì)量送粉裝置可以控制陶瓷粉末的添加量，進(jìn)而控制混合氣體中的陶瓷粉末含量。而混合氣體中陶瓷粉末的含量影響到混合氣體的沖擊能等性能，進(jìn)而影響最終金屬陶瓷粉末的粒徑等參數(shù)。通過計(jì)量送粉裝置與噴嘴、導(dǎo)流管等其他裝置的配合，可以實(shí)現(xiàn)控制粉末粒徑的技術(shù)效果。

優(yōu)選地，所述金屬熔融裝置下方連接有導(dǎo)液管，霧化噴嘴位于導(dǎo)液管的末端。

優(yōu)選地，混合室與陶瓷粉末送粉裝置的連接處位于混合室的上部；混合室與和供氣裝置的連接處位于混合室的下部。所述隔層可以防止金屬粉末進(jìn)入熔融裝置污染金屬熔體。

優(yōu)選地，所述隔層為板、篩網(wǎng)。

優(yōu)選地，為了防止陶瓷粉末沉積在混合室內(nèi)，所述混合室的下部為V型或U型。

優(yōu)選地，所述集粉裝置位于粉末室的底部。

優(yōu)選地，所述金屬熔融裝置為坩堝。

優(yōu)選地，金屬熔融裝置位于粉末室外時(shí)，還包含保護(hù)裝置防止金屬被氧化，保護(hù)裝置優(yōu)選抽真空裝置和惰性氣體保護(hù)裝置。

優(yōu)選地，所述粉末室內(nèi)部設(shè)隔板，所述隔板將粉末室分割為上腔室和下腔室，金屬熔融裝置位于上腔室內(nèi)，霧化噴嘴位于下腔室內(nèi)。隔板可以阻隔金屬粉末進(jìn)入金屬熔融裝置；隔板可以有通氣孔或者沒孔。設(shè)通氣孔主要是為了使得上腔室內(nèi)的氧氣可以通過排氣裝置排出；若上腔室內(nèi)為惰性氣體，也可以不設(shè)通氣孔。

優(yōu)選地，所述上腔室與下腔室分別與排氣裝置連接。

優(yōu)選的，排氣裝置可以是抽風(fēng)設(shè)備或者真空泵。優(yōu)選的，排氣裝置中包含過濾裝置，以過濾氣體中的粉末。

本發(fā)明的有益效果包括，該裝置制備的金屬/陶瓷粉末界面結(jié)合力強(qiáng)，粉末形狀基本為球形和類球形，生產(chǎn)效率高，陶瓷顆粒分布均勻，粉末粒徑可控。

附圖說明

圖1表示一種制備金屬陶瓷粉末材料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2表示另一種制備金屬陶瓷粉末材料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3表示又一種制備金屬陶瓷粉末材料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例一

本實(shí)施例提供一種制備金屬陶瓷粉末材料的方法及其裝置，該裝置如圖1所示，包括混合室2和粉末室4，所述混合室2分別與陶瓷粉末送粉裝置1和供氣裝置8連接，所述粉末室4分別與排氣裝置7和集粉裝置6連接；所述混合室內(nèi)部設(shè)金屬熔融裝置5和霧化噴嘴3，所述混合室2通過管道與粉末室內(nèi)部的霧化噴嘴3相連，金屬熔融裝置5為坩堝。

首先，選取ZL102鋁合金錠50kg放入坩堝中，抽真空，再加熱至熔融態(tài)；選取粒徑為1-20um 的SiC粉末材料50kg，按15—30g/s的速率加入到混合室中，同時(shí)通入5-8MPa的氬氣，將SiC粉末材料吹散均勻；打開閥門，將混合氣體通入霧化噴嘴，同時(shí)，將鋁合金液倒入導(dǎo)流管；混合氣體中的SiC粉末材料將鋁合金液沖擊成液滴，并凝固成粉末材料，沉積在粉末室底部；等粉末室冷卻到室溫后，打開閥門，收集金屬陶瓷粉末材料。該金屬陶瓷粉末材料粒徑范圍為15-50um之間，為球形。

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供一種制備金屬陶瓷粉末材料的方法及其裝置，該裝置同實(shí)施例1，制備金屬陶瓷粉末材料的步驟如下：

首先，選取ZL104鋁合金錠40kg放入坩堝中，抽真空，再加熱至熔融態(tài)；選取粒徑為20-50um 的SiC粉末材料60kg，按80—100g/s的速率加入到混合室中，同時(shí)通入3-5MPa的氬氣，將SiC粉末材料吹散均勻；打開閥門，將混合氣體通入霧化噴嘴，同時(shí)，將鋁合金液倒入導(dǎo)流管；混合氣體中的SiC粉末材料將鋁合金液沖擊成液滴，并凝固成粉末材料，沉積在粉末室底部；等粉末室冷卻到室溫后，打開閥門，收集金屬陶瓷粉末材料。該金屬陶瓷粉末材料粒徑范圍為100-150um之間，為類球形。

實(shí)施例三

本實(shí)施例提供一種制備金屬陶瓷粉末材料的裝置，該裝置如圖2所示，整體結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1中的裝置，區(qū)別僅在于在粉末室4內(nèi)部設(shè)隔板9，隔板9將粉末室分割為上腔室和下腔室，金屬熔融裝置5位于上腔室內(nèi)，霧化噴嘴3位于下腔室內(nèi)。使得下腔室內(nèi)的粉體不會進(jìn)入到金屬熔融裝置5中。

實(shí)施例四

本實(shí)施例提供一種制備金屬陶瓷粉末材料的裝置，該裝置如圖3所示，整體結(jié)構(gòu)如實(shí)施例2中的裝置，區(qū)別僅在于隔板9分割的上腔室和下腔室分別與排氣裝置7連接。使得上腔室和下腔室可以分別排出氧氣。