高熔点金属粉、固体推进剂及其用硼粉制备工艺制造技术

本发明专利技术公开的高熔点金属粉制备工艺，通过空心钨阴极中心的负压区送粉，将非球形的高熔点金属颗粒原料送进封闭的、超高温、高纯、高速的惰性气体包围等离子火焰中心，高熔点金属颗粒原料经熔化、球化和急冷凝固三过程瞬间制成为高纯度、高密度、高球化率的球形高熔点金属粉，含高熔点金属质量含量≥99.99％，相对密度≥99.98％，球形度≥0.98，球化率高≥99％。本发明专利技术还公开了固体推进剂及其用硼粉制备工艺。采用本发明专利技术可瞬间将每个非球形高熔点金属颗粒转变成高纯度、高密度、高球形度的金属颗粒，经本发明专利技术生产的球形高熔点金属粉、硼粉的质量及综合性能均处在世界领先的位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高熔点金属粉的三高工艺，特别是涉及一种固体火箭燃料推进剂用三高的球形硼粉工艺。
技术介绍
硼是一种用途很广的化学原料，在冶金建材机械电器，化工，核工业，医药，农业等几乎所有重要部门都有重要用途，市场上有明确用途的产品已超过300多种。单质硼有两种形态，一是晶态硼，另一是无定形硼，前者化学活性较差。单质硼的熔点很高，约2076℃，沸点更高，约3927℃，单质硼即可为还原剂，又可为氧化剂、溴化剂。例如在高温下，单质硼可与N2、O2、S、H2气体直接反应。特别是单质硼粉可在空气中剧烈燃烧放热，生成B2O3和少量BN。特别是赤热的硼粉可与水蒸汽进行强烈的还原反应，获得氢气(H2)。上述两种化学反应，对化学能源的研究者来说是十分重要的，特别是近年来各国军事工业中的有关专家早有专门论述，即在固体火箭燃料推进剂中，完全可以用单质球形硼粉取代球形铝粉。因为不仅硼粉燃烧速度更快，而且更安全，特别是燃烧的尾焰不会像球形铝粉燃烧后形成的白色不易消散的AL2O3尾焰，会对火箭或导弹带来不易隐蔽的不利影响。随着研究工作的深入，发现不是任何硼粉都能用来取代球形铝粉，而是从技术上提出了越来越多的苛刻的条件，如用在固体火箭推进剂中的硼粉须满足如下条件：1.每个颗粒须都是致密的，无空洞或空心。2.颗粒的平均粒径为d＝20um，或粒度组成可控。3.球形颗粒的球形度(K)≥0.98，K＝球短径/球长径。4.球形硼粉的球化率η≥98％，η＝球形颗粒数/100个颗粒数。5.无粘接，团聚颗粒。这些条件都是从固体火箭推进剂燃烧的特殊规律总结而提出的，如果球形硼粉达不到上述指标，就不能在固体火箭推进剂中应用。目前在固体火箭推进剂中采用的是球形铝粉，因其熔点较低很容易生产。球形铝粉制造方法一般都采用中频炉氩气保护熔化铝液，高纯氩气雾化制成。但是这种方法对制备高纯球形硼粉来说是不可能的，其难点有三：1、硼的熔点过高，很难用常规的加热融化设备获得硼的高温熔液。2、在熔点高温下由于单质硼的活性太强，几乎能与任何金属材料，如陶瓷材料、石墨等坩埚材料产生剧烈化学反应，故难以获得高纯度的高温单质硼熔液。3、单质硼粉特别是晶态单质硼粉的颗粒硬度、强度和韧性都非常高，很难使用机械球磨、振动球磨、高能搅拌球磨、气流磨等手段将其进一步破碎或球化，而且这些方法必然会带来大量的外来夹杂。近20年的文献检索可知，虽有采用气流磨方法制成球形硼粉，但从球形硼粉的性能来说，不会是属于高纯度、高致密度、高球化率的三高产品，故三高性能的球形硼粉的制备技术，一直是粉末冶金工作者及航空、航天领域多年来一直希望解决的难题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种能制备高密度、高纯度、高球化率的高熔点金属粉制备工艺。本专利技术还提供一种能制备高密度、高纯度、高球化率的固体推进剂制备工艺本专利技术还提供一种能制备高密度、高纯度、高球化率的固体推进剂用硼粉制备工艺。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：高熔点金属粉制备工艺，通过以下步骤实现：通过空心钨阴极中心的负压区送粉，将非球形的高熔点金属颗粒原料送进封闭的、超高温、高纯、高速的惰性气体包围等离子火焰中心，高熔点金属颗粒原料经熔化、球化和急冷凝固三过程瞬间制成为高纯度、高密度、高球化率的球形高熔点金属粉，含高熔点金属质量含量≥99.99％，相对密度≥99.98％，球形度≥0.98，球化率高≥99％。所述惰性气体采用氩气。采用空心钨阴极氩弧等离子火焰喷枪。所述惰性气体的纯度≥99.99质量％。所述超高温>6000℃。非球形的所述高熔点金属颗粒原料选自硼粉、钨粉、钼粉、钽粉、铌粉或钛粉。所述高熔点金属颗粒原料：高熔点金属含量≥99.98质量％，平均粒径≤20um。固体推进剂制备工艺，通过以下步骤实现：制备硼粉：通过空心钨阴极中心的负压区送粉，将非球形的硼颗粒原料送进封闭的、超高温、高纯、高速的惰性气体包围等离子火焰中心，硼颗粒原料经熔化、球化和急冷凝固三过程瞬间制成为高纯度、高密度、高球化率的球形硼粉，硼含量≥99.99质量％，相对密度≥99.98％，球形度≥0.98，球化率高≥99％；制备固体推进剂：将所述球形硼粉采用现有工艺制备成固体推进剂。固体推进剂用硼粉制备工艺，通过以下步骤实现：通过空心钨阴极中心的负压区送粉，将非球形的硼颗粒原料送进封闭的、超高温、高纯、高速的惰性气体包围等离子火焰中心，硼颗粒原料经熔化、球化和急冷凝固三过程瞬间制成为高纯度、高密度、高球化率的球形硼粉，硼含量≥99.99质量％，相对密度≥99.98％，球形度≥0.98，球化率高≥99％。采用上述方案后，本专利技术具有以下有益效果：1、在设备功能配置上满足了。经预真空排气，氩弧工作，气和真空罐内压力调控后即可保证氩弧连续工作的稳定性，进而使设备的总体工艺性能达到了；设备一旦点火后即可形成一端连续送入非球形硼粉，另一端可连续生产出球形硼粉的连续化，工业化，规模化生产。2、利用空心钨阴极氩弧等离子火焰喷枪的特有功能，即通过空心钨阴极中心的负压区连续送粉，将非球形的高熔点金属颗粒原料送入到一个封闭的惰性气体包围的超高温等离子火焰中心，在极短时间内每个颗粒都经过快速熔化、球化、急冷凝固三过程，瞬间即可变成三高球形高熔点金属粉，高密度、高纯度、高球化率。3、本专利技术生产的球形硼粉具有三个高指标特征，即纯度高，含硼质量≥99.99％，密度高，相对密度≥99.98％，球形度高，K≥0.98，球化率高，η≥99％。4、本专利技术生产的球形硼粉无空心颗粒，无粘接颗粒，无夹杂颗粒，表面活性强。而且球形硼粉表面光滑，粒度组成可控可调。5、本专利技术设计和使用的高真空高温硼粉球化设备是在不使用坩埚的情况下，温度≥6000℃，将硼粉颗粒悬浮在超高温高纯氩气火焰中心处，快速熔化的，故能保证100％的硼粉颗粒均匀受热熔化，而且避免了高温活性极强的硼液滴与周围物质的有害化学反应，故生产的球形硼粉化学纯度比机械球化法高很多。6、本专利技术采用的空心钨阴极氩弧等离子火焰喷枪，其性能稳定，操作简单，生产效率高，生产成本低，适合于大规模连续化工业化生产。7、不但可生产球形硼粉，同时可生产其他能被高温火焰快速熔化的各种粉末。如球形钨、钼、钽、铌、钛等粉末。9、本专利技术提供的设备在不增加任何其他设备的情况下只要改变原料即可生产出符合要求的球形硼粉。如用非球形钨粉、钼粉、钛粉、钽粉、铌粉可生产球形钨、钼、钛、钽、铌粉。8、在此设备中同时可用来进行液相转变或固相的喷雾热转换生产过程，如用NiSO4，CoSO4，MnSO4，LiSO4的水溶液混合液，穿过高温火焰，可获得锂电池阳极氧化物纳米材料等。附图说明图1为本专利技术中采用的空心钨阴极超高温氩弧等离子火焰喷枪的结构示意图。图中：图1是本专利技术的新型结构的直流氩弧等离子粉喷枪示意图，其中：1-1-1上盖螺母；1-1-2固紧螺母A(两件)；1-1-3水冷管；1-1-4阴极引电接线板；1-1-5固紧螺母B；1-1-6端面冷却室；1-1-7阴极水冷导管；1-1-8空心钨阴极；2-1-1固紧螺栓；2-1-20形密封圈A；2-1-3水套上法兰；2-1-4进出水管；2-1-5枪体水套外筒；2-1-6枪体水套内筒；2-1-7枪体水套下法兰；2-1-80形密封圈B；2-1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
高熔点金属粉制备工艺，其特征在于，通过以下步骤实现：通过空心钨阴极中心的负压区送粉，将非球形的高熔点金属颗粒原料送进封闭的、超高温、高纯、高速的惰性气体包围等离子火焰中心，高熔点金属颗粒原料经熔化、球化和急冷凝固三过程瞬间制成为高纯度、高密度、高球化率的球形高熔点金属粉，含高熔点金属质量含量≥99.99％，相对密度≥99.98％，球形度≥0.98，球化率高≥99％。

【技术特征摘要】
1.高熔点金属粉制备工艺，其特征在于，通过以下步骤实现：通过空心钨阴极中心的负压区送粉，将非球形的高熔点金属颗粒原料送进封闭的、超高温、高纯、高速的惰性气体包围等离子火焰中心，高熔点金属颗粒原料经熔化、球化和急冷凝固三过程瞬间制成为高纯度、高密度、高球化率的球形高熔点金属粉，含高熔点金属质量含量≥99.99％，相对密度≥99.98％，球形度≥0.98，球化率高≥99％。2.如权利要求1所述的高熔点金属粉制备工艺，其特征在于，所述惰性气体采用氩气。3.如权利要求1所述的高熔点金属粉制备工艺，其特征在于，采用空心钨阴极氩弧等离子火焰喷枪。4.如权利要求1所述的高熔点金属粉制备工艺，其特征在于，所述惰性气体的纯度≥99.99质量％。5.如权利要求1所述的高熔点金属粉制备工艺，其特征在于，所述超高温>6000℃。6.如权利要求1所述的高熔点金属粉制备工艺，其特征在于，非球形的所述高熔点金属颗粒原料选自硼粉、钨粉、钼粉、钽粉、铌粉或钛粉。7.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明强，赵放，吴成义，张丽英，
申请(专利权)人：赵放，
类型：发明
国别省市：福建;35