[發明專利]熱弧與激光復合熱源蒸發金屬/碳納米粉體連續生產方法

在審

• 申請號: 201910074764.8
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109759708A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 黃昊;黃子岸;吳愛民
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

本發明涉及納米粉體生產技術領域，具體是一種熱弧與激光復合熱源蒸發金屬/碳納米粉體連續生產方法。通過利用熱弧與激光復合熱源蒸發多腔體鈉米粉體制備裝置，將激光功率與熱弧功率均增加，通過對激光與熱弧功率的控制，來改變陽極的蒸發效率，通過控制腔體中的溫度梯度，形成不同粒徑的納米粉體，可實現連續生產。本發明可實現多種不同成分粉體的同時制備，避免了粉體制備過程中的相互污染，提高了粉體的純度，生產效率大大提高、成本降低，在產業上可以實現不同腔體之間不斷切換、持續蒸發納米粉體的生產效果，在真空系統滿足持續工作的前提下可以實現連續化生產。

技術領域

本發明涉及納米粉體生產技術領域，具體是一種金屬/碳納米粉體連續生產方法。

背景技術

直流電弧等離子體是制備納米粒子，特別是“核/殼”型金屬(合金)納米復合粒子、碳相關材料及陶瓷納米材料的一種有效熱源，目前采用此方法初步實現了宏量生產，例如中國專利申請：一種多源直流電弧自動化納米粉體生產系統及方法(201410189518.4)，但對于大規模工業化生產，還存在著許多技術問題，主要表現在如何高效率、低成本、高純度、無污染、連續化的制備納米粉體。

現有納米粉體制備設備及工藝主要都是針對納米粉體在單腔體即單生成室中生成、分級、捕集和處理，這種單腔體的粉體制備設備及工藝存在以下缺陷：

1、生產效率較低，成本較高

目前，單腔體的粉體制備設備及工藝，在完成真空抽取、粉體生成及處理、真空保持等循環過程中，大部分時間用于抽真空和真空保持并循環此過程，一次制備過程中用于此真空抽取和真空保持的時間占到50％-70％，而實際粉體生產時間為15-20％，整體而言，生產效率較低，同時由于真空抽取和真空保持并反復重復此過程，將消耗大量的能源，使得成本大大增加。

2、純度較低、存在交叉污染

單腔體的粉體制備設備及工藝，在制備完成一種材料的納米粉體制備后，如果再制備其他材料的粉體，至少存在2種粉體之間的相互污染，從而降低納米粉體的純度。

3、無法實現真正意義上的連續化生產

目前的單腔體的粉體制備設備及工藝，雖然可以通過陽極材料的持續送料和供給，實現一定程度上的連續化生產，但是受制于陽極材料的尺寸，在材料持續送料和供給過程中會存在不夠連續的問題，同時由于連續送料對腔體真空度的影響，這種方法在大規模工業化生產上無法在保證產品質量的前提下實現連續化生產，在不久將來逐步淘汰。

目前，激光熱源主要應用于材料加工領域，通過激光熱源和電弧的復合方法實現增材制造，例如中國專利申請：一種激光-復合焊槍(201510144976.0)。本發明首次應用激光和電弧熱源復合的方法實現納米粉體的產業化生產，實現了激光熱源和電弧等離子體的有效配合，提高了納米粉體的生產效率。已有激光-電弧復合熱源蒸發的激光類型主要包括：CO₂氣體激光束、YAG固體激光束或二極管激光束，采用連續或者脈沖輸出模式；電弧類型主要包括：TIG電弧、MIG電弧、MAG電弧或等離子弧，可采用直流或者直流脈沖模式。

發明內容

本發明的目的在于提供熱弧與激光復合熱源蒸發金屬/碳納米粉體連續生產方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

熱弧與激光復合熱源蒸發金屬/碳納米粉體的連續生產方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)、放置靶材：在各獨立腔體的陽極固定器上安裝相同成分或不同成分的單金屬、金屬合金或碳材料與催化劑的混合物靶材為陽極，以熔點高于3000℃的金屬為陰極，靶材的上方的腔體內壁上開口處密封安裝砷化鎵玻璃，并對砷化鎵玻璃進行冷卻；