【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料，具体涉及一种低熔点高分散金属粉体及其制备设备、制备方法。
技术介绍
1、粉体是指固体颗粒的宏观集合体。宏观是指肉眼可见的和人不需借助微观工具可以直接操控的尺度，一般认为要到毫米及更大；所以金属粉体是指金属固体颗粒组成的肉眼可见的集合体。
2、粉体的重要性来自于具体的工业需求。第一，熔点是固体材料的本征属性之一，其主导的熔化过程与金属的绝大部分应用有关，比如锅炉冶炼、粉末冶金、3d打印、机器人、汽车制造和精密传感等等。第二，3d打印工艺中，原料金属粉颗粒尺寸决定了加工器件的最小特征尺寸。所以，如果有一种熔点大幅下降的、颗粒尺寸大幅缩小的金属粉(当然必须是宏观量的金属粉，而不是电镜里面或者质谱里面的极少量金属颗粒)，对于3d打印等金属工艺会有很大的支撑。
3、物质的熔点是物质的基本性质，不会因为物体形态的变化而改变。除非主动地改变原子与其相邻原子的结合排列能量。在宏观的情况下，材料中相邻原子的排列能量是无法被大幅改变的。因此，若要大幅改变材料的熔化温度，便需要面对以下几点主要问题：第一，熔点下降在毫米微米甚至10纳米时都是不显著的，块材铝的熔点是660℃，如附图1所示，即便减少到107个原子(此时单颗粒直径大概在100纳米)，熔点仍然在600℃以上。除非在取得尺寸为103个原子以下的前提下(此时单颗粒直径大概在3-5纳米)，能够大幅的改变小颗粒中的原子排列，才能有效影响金属颗粒的熔点，而此时的金属颗粒也就不再是纳米颗粒，而是进入了原子团簇(atomic cluster)的领域，而此种材
4、现有技术也有采用化学法进行合成的，但是特定的金属材料只能采用特定的化学配方，不具有普适性,不具有稳定性并且易于化学还原的金属盐的材料无法被合成，而且由于工艺流程中包含了大量的有机物配体杂质(质量组分中有机物占比至少在5％以上)，导致成品中产品纯净度差，且一般只能保存在特殊的液体中，不能获得优良纯净的的金属粉体。
5、在一些复杂而且力学性能要求较高的工件焊接中，为了不破坏母材，一般采用钎焊，此时焊材熔化、母材不熔化，从而有效的保证母材工件的性能，但这种方式实际上也不能避免对工件性能的影响。比如，一些在高温环境下工作的工件，其母材通常采用特种合金，结构加工非常复杂，所以此时选用的焊材熔点一般要低于母材的熔点，完成焊接后，焊点处的熔点也就下降到了焊材的熔点，使得焊接后的工件整体工作温度下降了，降低了工件的质量和高温工作性能；目前也有采用金属微粉进行焊接的技术，虽然金属微粉的熔点相对于其金属块材有所降低，但是金属微粉采用化学法合成，该金属微粉中包含了大量的有机物，在焊接过程中，金属微粉中的有机物会发生挥发、裂解甚至毒化反应，降低焊接部位的质量和强度。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种可实现量产化、纯度高且具有极大实用价值的低熔点高分散金属粉体，以及其制备方法、制备设备。
2、本专利技术所述一种低熔点高分散金属粉体，由金属的原子团簇颗粒组成；所述金属粉体的材质为单质金属或合金，该金属粉体尺寸不小于1立方毫米、纯度大于99wt％，且无有机物组分；所述金属粉体的熔点低于其对应宏观单质金属或合金的熔点。
3、优选的，所述单质金属为金、银、铝、钨、钽、钌、钯或镍，所述合金为金、银、铝、钨、钽、钌、钯、镍的任意两种或两种以上的组合。
4、优选的，所述原子团簇颗粒的尺寸小于10nm。
5、优选的，单个所述原子团簇颗粒的原子数目少于10000个。
6、优选的，所述金属粉体保存在具有惰性气体的容器中。
7、一种低熔点高分散金属粉，使用低熔点高分散金属粉体，和金属粉末混合制备。
8、一种低熔点高分散金属粉体的制备设备，包括依次相连的原子蒸汽产生模块、原子蒸汽冷凝模块、原子团簇选择模块、原子团簇收集模块；所述原子蒸汽产生模块，用于从金属粉材中产生游离的原子气体；所述原子蒸汽冷凝模块，用于冷却原子气体以形成原子团簇；所述原子团簇选择模块，用于筛选出预设原子数范围的原子团簇；所述原子团簇收集模块，用于收集筛选出的原子团簇，获得低熔点高分散金属粉体。
9、优选的，所述原子蒸汽冷凝模块具有冷凝腔，冷凝腔由液态氮提供低温环境；所述冷凝腔连接有真空泵。
10、优选的，所述原子团簇选择模块包括离子光学部位、质量选择器，所述离子光学部位将带电的原子团簇束流聚焦引导进入质量选择器中；所述质量选择器包括第一平行电板与第二平行电板，第一平行电板与冷凝腔同轴相连，第二平行电板的轴线与第一平行电板的轴线在垂直于轴线方向具有偏离距离，第一平行电板与第二平行电板分别施加相反的电场脉冲。
11、优选的，所述原子团簇收集模块包括ptfe纳米孔隙滤膜、旋风收集装置、文氏洗滌塔或级联冲击取样装置。
12、一种低熔点高分散金属粉体的制备方法，包括气相凝聚、原子数控制、高分散收集，具体步骤包括：
13、s1：将宏观金属块材制作成颗粒细小的金属粉材；
14、s2：将所述金属粉材送入原子蒸汽产生模块，采用焦耳加热法、等离激元溅射法、激光汽化法或连续/脉冲电弧轰击法中的一种或多种方式作用于所述金属粉材，通过氩气轰击金属粉材产生原子蒸汽；
15、s3：将所述原子蒸汽通入原子蒸汽冷凝模块的冷凝腔，采用液态氮对冷凝腔进行降温，并向冷凝腔中通入惰性气体、氮气或空气，促进原子气体有效的凝聚，使所述惰性气体与金属原子发生三体碰撞形成超细颗粒或者团簇，同时采用真空泵对冷凝腔进行抽气；
16、s4：将所述原子团簇通入原子团簇选择模块，原子团簇选择模块包括离子光学部位、质量选择器，离子光学部位将带电的原子团簇束流聚焦引导进入质量选择器中，所述质量选择器包括第一平行电板与第二平行电板，第一平行电板与冷凝腔同轴相连，第二平行电板的轴线与第一平行电板的轴线在垂直于轴线方向具有偏离距离，第一平行电板与第二平行电板分别施加相反的电场脉冲，通过控制第一平行电板与第二平行电板的电磁脉冲，去除预设原子数范围之外的原子团簇，使预设原子数范围之内的原子团簇进入原子团簇收集模块。
17、优选的，通过控制轰击方法或氩气量提高原子气体的浓度。
18、优选的，所述真空泵的数量大于10个。
19、优选的，所述s2步骤具体操作如下，s21在电弧烧蚀粉体产生器中，将金属块材加工成颗粒尺寸较大的前级金属粉材；s22将所述金属粉材作为靶材送入团簇腔体；s23将本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低熔点高分散金属粉体，其特征在于，由金属的原子团簇颗粒组成；所述金属粉体的材质为单质金属或合金，该金属粉体尺寸不小于1立方毫米、纯度大于99wt％，且无有机物组分；所述金属粉体的熔点低于其对应宏观单质金属或合金的熔点。
2.根据权利要求1所述的低熔点高分散金属粉体，其特征在于，所述单质金属为金、银、铝、钨、钽、钌、钯或镍，所述合金为金、银、铝、钨、钽、钌、钯、镍的任意两种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的低熔点高分散金属粉体，其特征在于，所述原子团簇颗粒的尺寸小于10nm。
4.根据权利要求3所述的低熔点高分散金属粉体，其特征在于，单个所述原子团簇颗粒的原子数目少于10000个。
5.根据权利要求1所述的低熔点高分散金属粉体，其特征在于，所述金属粉体保存在具有惰性气体的容器中。
6.一种低熔点高分散金属粉，其特征在于，使用权利要求1-5任一所述低熔点高分散金属粉体，和对应金属粉末混合制备。
7.一种低熔点高分散金属粉体的制备设备，其特征在于，包括依次相连的原子蒸汽产生模块、原子蒸汽冷凝模块、
8.根据权利要求7所述的低熔点高分散金属粉体的制备设备，其特征在于，所述原子蒸汽冷凝模块具有冷凝腔，冷凝腔由液态氮提供低温环境；所述冷凝腔连接有真空泵。
9.根据权利要求8所述的低熔点高分散金属粉体的制备设备，其特征在于，所述原子团簇选择模块包括离子光学部位、质量选择器，所述离子光学部位将带电的原子团簇束流聚焦引导进入质量选择器中；所述质量选择器包括第一平行电板与第二平行电板，第一平行电板与冷凝腔同轴相连，第二平行电板的轴线与第一平行电板的轴线在垂直于轴线方向具有偏离距离，第一平行电板与第二平行电板分别施加相反的电场脉冲。
10.根据权利要求7所述的低熔点高分散金属粉体的制备设备，其特征在于，所述原子团簇收集模块包括PTFE纳米孔隙滤膜、旋风收集装置、文氏洗滌塔或级联冲击取样装置。
11.一种基于权利要求1所述设备的低熔点高分散金属粉体的制备方法，其特征在于，包括气相凝聚、原子数控制、高分散收集，具体步骤包括：
12.根据权利要求11所述的低熔点高分散金属粉体的制备方法，其特征在于，通过控制轰击方法或氩气量提高原子气体的浓度。
13.根据权利要求11所述的低熔点高分散金属粉体的制备方法，其特征在于，所述真空泵的数量大于10个。
14.根据权利要求11所述的低熔点高分散金属粉体的制备方法，其特征在于，所述S2步骤具体操作如下，
15.根据权利要求11所述的低熔点高分散金属粉体的制备方法，其特征在于，所述原子蒸汽产生模块使用两级原子蒸汽法，在初级的原子化工艺中先使用高功率脉冲闪蒸焦耳加热对金属粉材表面进行高功率的集中快速局部加热，产生初级细微粉末；之后初级细微粉末随着引导气流进入二级区域，所述二级区域充满等离子体，细微粉末被等离子体分解为原子蒸汽。
16.一种钎焊材料，其特征在于，使用权利要求1-5任一所述低熔点高分散金属粉体制备而成。
...【技术特征摘要】
1.一种低熔点高分散金属粉体，其特征在于，由金属的原子团簇颗粒组成；所述金属粉体的材质为单质金属或合金，该金属粉体尺寸不小于1立方毫米、纯度大于99wt％，且无有机物组分；所述金属粉体的熔点低于其对应宏观单质金属或合金的熔点。
2.根据权利要求1所述的低熔点高分散金属粉体，其特征在于，所述单质金属为金、银、铝、钨、钽、钌、钯或镍，所述合金为金、银、铝、钨、钽、钌、钯、镍的任意两种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的低熔点高分散金属粉体，其特征在于，所述原子团簇颗粒的尺寸小于10nm。
4.根据权利要求3所述的低熔点高分散金属粉体，其特征在于，单个所述原子团簇颗粒的原子数目少于10000个。
5.根据权利要求1所述的低熔点高分散金属粉体，其特征在于，所述金属粉体保存在具有惰性气体的容器中。
6.一种低熔点高分散金属粉，其特征在于，使用权利要求1-5任一所述低熔点高分散金属粉体，和对应金属粉末混合制备。
7.一种低熔点高分散金属粉体的制备设备，其特征在于，包括依次相连的原子蒸汽产生模块、原子蒸汽冷凝模块、原子团簇选择模块、原子团簇收集模块；
8.根据权利要求7所述的低熔点高分散金属粉体的制备设备，其特征在于，所述原子蒸汽冷凝模块具有冷凝腔，冷凝腔由液态氮提供低温环境；所述冷凝腔连接有真空泵。
9.根据权利要求8所述的低熔点高分散金属粉体的制备设备，其特征在于，所述原子团簇选择模块包括离子光学部位、质量选择器，所述离子光学部位将带电...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋凤麒，胡国睿，王保林，
申请(专利权)人：江苏集创原子团簇科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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