[發明專利]基于飛秒激光制備空心球形粉末的裝置及方法

在審

• 申請號: 201810693460.5
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108480653A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 高雪松;劉爽;肖猛;張濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: B22F9/12
• 分類號: B22F9/12;B22F9/04;B22F1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳海燕

本發明公開了一種基于飛秒激光制備空心球形粉末的裝置及方法，采用飛秒激光峰值功率對金屬塊進行照射，飛秒激光瞬間高溫致使金屬氣化，金屬氣體透過隔水透氣膜進入到工作液中，氣體金屬附著在由超聲波振動產生的微米氣泡上面，形成微米空心球。本發明方法制造的空心球中心空洞顯著，球徑在20um?100um左右，球壁較薄，大約為1um左右，效率高，可實現產量化，可制造微孔結構金屬零件，改善零件的機械性能，增強零件韌性，被廣泛應用于航天、航空、環保、能源生物等高新領域。

技術領域

本發明屬于粉末材料技術領域，尤其涉及一種基于飛秒激光制備空心球形粉末的裝置及方法。

背景技術

近年來，隨著人們對納米材料性能以及相關制備技術研究的不斷深入，具有特殊形貌和功能的超細結構在化學、力學、光學、電學和磁學等方面往往表現出優異的特性，這些超細結構可望在化工、電子、冶金、航空、醫藥等軍事和民用領域里得到廣泛的應用。因此，對它們的研究也引起了研究者的極大興趣，特別是具有空心結構的超細粉末，與實心粉末相比，不僅具有了實心超細粉末所有的優點，而且還由于其特殊的結構，在化學、光學、電磁學和生物技術等方面表現出一些新穎的特性。同時，隨著各種粉末制備技術的發展以及新的制備技術的興起，使得空心粉末的制備朝超細化，甚至是納米化的方向發展。采用不同的制備方法，不僅可以得到金屬、陶瓷、聚合物和半導體的超細空心粉末，而且通過控制空心粉末的粒徑大小、壁的厚度和粉體的表面狀況可以得到具有特定性能的空心粉末。

目前國內有兩篇關于空心球粉末制備新方法，傳統方法是硬模板法。專利號為CN103331452B的發明專利，專門針對傳統方法的弊端提出了一種銅/碳復合空心球顆粒材料及制備方法，其主要原理是利用溶液溶劑之間的反應還原銅，進而得到銅/碳復合顆粒。該方法優點是可用再生碳源替代不可再生的有機碳源，但此種方法具有局限性，材料的選取范圍較小。專利號為CN102274975的發明專利是一種金屬微納米空心球粉末制備方法，利用工具電極與工件電極保持火花放電的形式，使金屬熔化氣化，氣化的金屬材料附著在微氣泡表面，形成金屬微納米空心球。該發明的優點是集合了傳統電火花和超聲波復合的特點，相對于傳統的硬模板法減小了對環境的污染，但依然存在環境污染。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提出一種基于飛秒激光制備空心球形粉末的裝置及方法。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于飛秒激光制備空心球形粉末的裝置，包括工作箱，工作箱內儲存工作液，工作箱底部放置石英玻璃板，金屬塊置于石英玻璃板上，隔水透氣膜封于石英玻璃板上，將金屬塊包覆，使其與工作液處于零接觸狀態，超聲波振動儀對稱設置于工作箱兩側，飛秒激光器置于工作箱體外下方。

一種基于飛秒激光制備空心球形粉末的方法，包括步驟：

(1)開啟超聲波振動儀；

(2)觀察工作液振動情況，產生大量微米級氣泡時，開啟飛秒激光器；

(3)飛秒激光器發射脈沖激光，激光束透過石英玻璃板到達金屬塊表面，金屬塊表面氣化，金屬氣體透過隔水透氣膜到達工作液中，金屬氣體從下至上逐漸包覆微米氣泡，形成微米級空心球金屬；

(4)工作結束后，對工作液進行干燥烘干處理得到微米級空心球金屬粉末。

進一步地，超聲波頻率設置為20KHz-100KHz。

進一步地，飛秒激光器脈沖寬度設置為400fs-700fs。

進一步地，所述工作液為煤油或去離子水。

進一步地，所述得到的粉末粒度為20um-100um。

進一步地，所述金屬塊為銅、鎳基合金、鐵基合金、鈷基合金或316不銹鋼。

有益效果：本發明的優點：