纳米金属包覆粉末的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米金属包覆粉末的制备方法，纳米芯核颗粒制备和纳米金属包覆粉末的制备连续进行：采用芯核颗粒制备装置将芯核原料加热蒸发，通过工质气体循环系统的气流将芯核原料蒸气冷却成为固态的纳米芯核颗粒并送至包覆装置，纳米芯核颗粒在纳米芯核颗粒输送管道内为分散状态；金属包覆材料的金属蒸气与纳米芯核颗粒在上大下小的中空圆台形的包覆罐内相遇，并在螺旋下降收缩过程中使纳米芯核颗粒表面均匀且完整地沉积形成一层金属包覆层，随气流进入凝固罐中凝固后，在纳米芯核颗粒表面形成一层致密的金属包覆层。输送和包覆过程中芯核颗粒分散性好、能实现包覆粉体在纳米级芯核颗粒上均匀沉积及完整包覆。

【技术实现步骤摘要】
纳米金属包覆粉末的制备方法
本专利技术涉及金属包覆粉末
，具体讲是一种纳米金属包覆粉末的制备方法。
技术介绍
现有技术的金属包覆粉末制备主要采用化学包覆法，工艺相对繁琐，或包覆相对困难，或产生污染，因此在工业应用上较为受限。现有技术的物理气相沉积法虽然可以实现纳米颗粒在平面上的沉积，但通常需在真空环境下进行，整个金属包覆粉末制备过程需始终抽真空，增加了生产成本。中国专利网站上公开了一种制备包覆粉末的方法，该方法利用等离子体作为热源，将包覆材料加热熔化或气化，包覆材料与芯核颗粒相遇，最终实现包覆粉末的制备。该方法除输入工质气体前需抽真空外，整个金属包覆粉末制备过程不需始终抽真空，节约了生产成本。但该方法制备金属包覆粉末时，采用存储在容器内的已制备好的芯核颗粒，通过振动送粉或载气送粉的方式输送至包覆罐，粉末在制成之后的存储中本来就很容易团聚，粒径越小，团聚越厉害，因此芯核颗粒的粒径不能太小，不能是亚微米级别的，更不能是纳米级别的，因为亚微米颗粒或纳米颗粒，采用载气方式或振动方式难以将符合质量要求的亚微米颗粒或纳米颗粒顺利送至包覆罐，容易堵塞或者送去的粉是团聚的粉。即，利用该装置制备金属包覆粉末极大地限制了芯核颗粒的尺寸，对于极易发生团聚的亚微米级颗粒甚至纳米级颗粒，无法顺利输送，因此该装置仅适用于对微米级芯核颗粒进行包覆，不能实现对亚微米级颗粒甚至纳米级颗粒进行包覆。还有，1、由于该方法采用的制备装置中的包覆罐或称反应器为直筒形，熔化或气化后的包覆粉末颗粒与芯核颗粒的接触为直线相遇，且两者的输送路程均较短，使得芯核颗粒与包覆粉末颗粒的接触时间较短，不易形成有效且完整的包覆。2、由于仅设有一个与水电气连通的等离子枪或称等离子雾化喷枪系统，该等离子雾化喷枪系统中的等离子体焰矩、雾化喷嘴与反应器的中心轴线均在同一直线上，且包覆粉末的送粉通道的轴线与等离子体焰矩、雾化喷嘴的轴线也在同一直线上，为了保证等离子雾化喷枪系统的安全和正常使用，限制了等离子雾化喷枪系统的电流和功率，能量相对不足，包覆粉末的蒸发效果难以保证。3、由于等离子雾化喷枪系统中的雾化喷嘴设在等离子体焰炬和包覆材料如包覆粉末送粉通道出口的下方，等离子体焰炬的高温以及包覆粉末的熔化态或气化态可能将雾化喷嘴烧蚀使其受损而无法正常工作，雾化喷嘴喷射的高速射流可能会使喷嘴内压力快速上升，而影响等离子体焰炬的稳定性，可能使其熄灭甚至回焰烧蚀等离子雾化喷枪。4、芯核粉末的进粉口的位置、角度和数量等均存在不足，难以保证芯核粉末均匀、切向、旋转进入包覆罐内，影响了包覆效率和包覆质量。综上所述，现有技术中利用等离子体作为热源包覆粉末的方法，难以实现包覆粉体在被包覆的纳米粉体即纳米级颗粒上的均匀沉积以及完整地包覆，其主要难点为纳米粉体极易发生团聚，在空间上很难分散，包覆材料的蒸发效果欠佳，包覆粉末颗粒与芯核颗粒的接触时间较短，包覆材料在单个粉体表面地完整沉积较困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种能防止被包覆粉体即纳米芯核颗粒团聚、输送和包覆过程中芯核颗粒分散性好、能实现包覆粉体在纳米级芯核颗粒上均匀沉积及完整包覆的纳米金属包覆粉末的制备方法。本专利技术的技术解决方案是，提供一种纳米金属包覆粉末的制备方法，包括以下步骤，纳米芯核颗粒制备和纳米金属包覆粉末的制备连续进行：采用芯核颗粒制备装置将芯核原料加热蒸发，通过工质气体循环系统的气流将芯核原料蒸气冷却成为固态的纳米芯核颗粒并送至包覆装置，纳米芯核颗粒在输送管道内为分散状态；从包覆装置顶部的蒸发罐顶板中心的垂直且连通工质气体循环系统的包覆金属材料进料管进料，蒸发罐顶板上的多支与水电气连通的第一等离子枪产生的交叉的第一等离子体射流将包覆金属材料进料管出口处的金属包覆材料蒸发得到金属蒸气并送至上大下小的中空圆台形的包覆罐内；包覆装置的蒸发罐底部上呈环形套的芯核颗粒的分散器的内壁上多个切向送粉口随气流将呈分散状态的纳米芯核颗粒旋转送至包覆罐内；金属包覆材料的金属蒸气与纳米芯核颗粒在上大下小的中空圆台形的包覆罐内相遇，并在螺旋下降收缩过程中使纳米芯核颗粒表面均匀且完整地沉积形成一层金属包覆层，制备出初步包覆的纳米金属包覆粉末；初步包覆的纳米金属包覆粉末随气流进入凝固罐中凝固后，在纳米芯核颗粒表面形成一层致密的金属包覆层，制备出最终的纳米金属包覆粉末。采用以上步骤后，本专利技术纳米金属包覆粉末的制备方法具有以下优点：由于纳米芯核颗粒制备和纳米金属包覆粉末的制备连续进行，即边制备纳米芯核颗粒边采用包覆金属蒸气对纳米芯核颗粒进行包覆，其优点十分明显：制备出来的芯核颗粒在循环的工质气体环境中的浓度是有限的，如芯核颗粒占气粉混合物的浓度仅在30％左右，可以保证在任何时刻，粉即纳米芯核颗粒在循环的工质气体中完全分散而不发生团聚，粉与粉之间即纳米芯核颗粒与纳米芯核颗粒相互之间是分开的，这样，能防止以致完全避免被包覆粉体即芯核颗粒团聚，输送和包覆过程中芯核颗粒分散性好，彻底解决了包覆粉体即纳米芯核颗粒团聚的技术问题。还有，由于纳米芯核颗粒从分散器切向进入，保证了纳米芯核颗粒随气流旋转进入包覆罐中，金属包覆材料的金属蒸气与较冷的纳米芯核颗粒在上大下小的中空圆台形的包覆罐内相遇，并螺旋下降收缩，金属包覆材料的金属蒸气与纳米芯核颗粒接触时间相对长，金属包覆材料的金属蒸气能均匀、完整地包覆纳米芯核颗粒，从而得到初步的纳米金属包覆粉末。初步包覆的纳米金属包覆粉末随气流进入凝固罐中，最终凝固的包覆材料的金属蒸气在纳米芯核颗粒表面形成一层致密的金属包覆层，从而得到高质量的纳米金属包覆粉末。还有，由于本专利技术从包覆装置顶部的蒸发罐顶板中心的垂直且连通工质气体循环系统的包覆材料的进料管进料，蒸发罐顶板上的多支与水电气连通的第一等离子枪产生的交叉的等离子体射流将包覆材料进料管出口处的金属包覆材料蒸发得到金属蒸气，垂直的包覆材料的进料管与第一等离子枪分开设置，在保证与水电气系统连通的第一等离子枪的安全和正常使用的前提条件下，第一等离子枪的数量、电流和功率等均不受限制，可形成稳定的高温、高能量、高密度的第一等离子射流，使金属包覆材料蒸发所需的热源能量充足，保证了金属包覆材料高效的蒸发效果。进一步地，本专利技术纳米金属包覆粉末的制备方法还包括以下步骤：收集沉积在凝固罐下方中空直筒形的收集器内的纳米金属包覆粉末；再收集由气流经管道带至气固分离器布袋中的纳米金属包覆粉末；气固分离器中的工质气体由空气压缩装置输入封闭的工质气体循环系统。采用以上步骤后，既定时收集凝固罐团聚下沉形成的相对大的纳米金属包覆粉末，又定时收集随气流进入气固分离器的相对小的纳米颗粒金属包覆粉末，所分离的气体进入气体循环系统，后连通于工质气体循环系统继续使用，该步骤可以实现工质气体的循环利用，大大降低了生产成本，实现纳米金属包覆粉末的低成本、高效率和高质量的制备。进一步地，本专利技术制备方法所采用的纳米金属包覆粉末的制备设备包括纳米芯核颗粒制备装置、包覆装置、纳米金属包覆粉末收集装置和工质气体循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米金属包覆粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，/n纳米芯核颗粒制备和纳米金属包覆粉末的制备连续进行：/n采用芯核颗粒制备装置将芯核原料加热蒸发，通过工质气体循环系统的气流将芯核原料蒸气冷却成为固态的纳米芯核颗粒并送至包覆装置，纳米芯核颗粒在纳米芯核颗粒输送管道内为分散状态；/n从包覆装置顶部的蒸发罐顶板中心的垂直且连通工质气体循环系统的包覆金属材料进料管进料，蒸发罐顶板上的多支与水电气连通的第一等离子枪产生的交叉的第一等离子体射流将包覆金属材料进料管出口处的金属包覆材料蒸发得到金属蒸气并送至上大下小的中空圆台形的包覆罐内；/n包覆装置的蒸发罐底部上呈环形套的芯核颗粒的分散器的内壁上多个切向送粉口随气流将呈分散状态的纳米芯核颗粒旋转送至包覆罐内；/n金属包覆材料的金属蒸气与纳米芯核颗粒在上大下小的中空圆台形的包覆罐内相遇，并在螺旋下降收缩过程中使纳米芯核颗粒表面均匀且完整地沉积形成一层金属包覆层，制备出初步包覆的纳米金属包覆粉末；/n初步包覆的纳米金属包覆粉末随气流进入凝固罐中凝固后，在纳米芯核颗粒表面形成一层致密的金属包覆层，制备出最终的纳米金属包覆粉末。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米金属包覆粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
纳米芯核颗粒制备和纳米金属包覆粉末的制备连续进行：
采用芯核颗粒制备装置将芯核原料加热蒸发，通过工质气体循环系统的气流将芯核原料蒸气冷却成为固态的纳米芯核颗粒并送至包覆装置，纳米芯核颗粒在纳米芯核颗粒输送管道内为分散状态；
从包覆装置顶部的蒸发罐顶板中心的垂直且连通工质气体循环系统的包覆金属材料进料管进料，蒸发罐顶板上的多支与水电气连通的第一等离子枪产生的交叉的第一等离子体射流将包覆金属材料进料管出口处的金属包覆材料蒸发得到金属蒸气并送至上大下小的中空圆台形的包覆罐内；
包覆装置的蒸发罐底部上呈环形套的芯核颗粒的分散器的内壁上多个切向送粉口随气流将呈分散状态的纳米芯核颗粒旋转送至包覆罐内；
金属包覆材料的金属蒸气与纳米芯核颗粒在上大下小的中空圆台形的包覆罐内相遇，并在螺旋下降收缩过程中使纳米芯核颗粒表面均匀且完整地沉积形成一层金属包覆层，制备出初步包覆的纳米金属包覆粉末；
初步包覆的纳米金属包覆粉末随气流进入凝固罐中凝固后，在纳米芯核颗粒表面形成一层致密的金属包覆层，制备出最终的纳米金属包覆粉末。


2.根据权利要求1所述的纳米金属包覆粉末的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：收集沉积在凝固罐下方中空直筒形的收集器内的纳米金属包覆粉末；再收集由气流经管道带至气固分离器布袋中的纳米金属包覆粉末；气固分离器中的工质气体由空气压缩装置输入封闭的工质气体循环系统。


3.根据权利要求2所述的纳米金属包覆粉末的制备方法，其特征在于：制备方法所采用的纳米金属包覆粉末的制备设备包括纳米芯核颗粒制备装置、包覆装置、纳米金属包覆粉末收集装置和工质气体循环系统；纳米芯核颗粒制备装置包括蒸发腔室、芯核原料进料管、用于将芯核原料蒸发为蒸气的与水电气系统连通的等离子枪和纳米芯核颗粒输出口；包覆装置包括蒸发罐，蒸发罐顶板的中心有垂直的包覆金属材料进料管，蒸发罐顶板上设有多支与水电气系统连通的第一等离子枪，每支第一等离子枪的轴线延长线均与包覆金属材料进料管的轴线延长线交叉；蒸发罐上有连通纳米芯核颗粒输送管的呈环形套的纳米芯核颗粒的分散器，分散器的内壁上有多个切向的纳米芯核颗粒的送粉口；蒸发罐和分散器下方连通有用于金属蒸气与纳米芯核颗粒接触并螺旋下降以初步包覆的上大下小的中空圆台形的包覆罐，包覆罐下方连通有用于最终形成纳米金属包覆粉末的中空直筒形的凝固罐，凝固罐下方连通有用于收集沉积的纳米金属包覆粉末的收集器，收集器经管道连通有用于收集由气流带入的纳米金属包覆粉末的气固分离器，气固分离器连通空气压缩装置的进口，空气压缩装置的出口经管道与芯核原料进料管、第一气体入口、第二气体入口、第三气体入口和包覆金属材料进料管连通，构成封闭的工质气体循环系统，该封闭的工质气体循环系统经阀门和气管与工质气体甁连接。


4.根据权利要求3所述的纳米金属包覆粉末的制备方法，其特征在于：与水电气系统连通的第一等离子枪的结构为：第一电源为直流恒流源，第一电源正极与第一等离子枪外侧的第一阳极电连接，第一电源负极与第一等离子枪中心的第一阴极电连接；第一储气罐经第一气管和固定在第一阴极外圆周上的圆环形的第一旋气环套连通第一阳极与第一阴极之间的第一缝隙；第一冷水机组经第一进水管和第一出水管分别连通第一阴极内的冷却水道和第一阳极中的冷却水道；以使输出的恒定电流将第一阳极与第一阴极之间的工质气体击穿并形成第一等离子体，并随气流流动至第一阳极喷口处喷出而形成稳定的高温、高能量、高密度的第一等离子体射流，从而安全地提供包覆金属材料蒸发所需的热源。


5.根据权利要求4所述的纳米金属包覆粉末的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钢强，林茜，王佳雷，
申请(专利权)人：宁波广新纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33