TW201714685A - 圓球形金屬粉末及其製造方法及其製造設備 - Google Patents
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Abstract
本發明主要利用電弧放電之熱能將至少一被送入電弧放電區域之金屬原料加熱熔解形成金屬液，且由具有預先設定動能之氣流作用於電弧放電區域，對金屬原料所熔解的金屬液立即施予第一次霧化使其形成複數微細的金屬液滴，同時再以至少一電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微金屬顆粒，不但可以有效降低金屬液滴之熱能損失，更可由電漿噴流提供足夠的溫度，讓細微金屬顆粒得以有相對較長的時間收歛成球形，達到提高金屬粉末圓率之目的。
Description
本發明係與金屬粉末製造技術有關，主要揭露一種相對具有較佳圓率的圓球形金屬粉末，以及與其相關的圓球形粉末製造方法及圓球形粉末製造設備。
近年來，隨著金屬射出成型、金屬熱噴塗、金屬快速成型、金屬積層製造(3D列印)等技術發展越趨成熟，使得金屬粉末在電子、資訊、冶金、能源、宇航等領域之應用範圍日益擴大；相對的，對於金屬粉末的細微性、純淨度、形貌等方面的性能要求亦逐漸提高。
再者，金屬粉末當中之金屬顆粒外型對於其後續所之成品應用，實有舉足輕重之影響；例如，錫粉的圓率提高，在製成錫膏後可提高其印刷性，以及在金屬積層製造(3D列印)鋪上金屬粉末時，若提高金屬粉末之圓率將可增加金屬粉末之移動性，從而改善金屬粉末平鋪後的平整度。
根據國際電子工業聯接協會(IPC)正式出版之J-STD-005(焊膏要求)標準，球形粉末有兩個必要條件；其一為90%以上的顆粒，其最長軸與最短軸的最大比率為1.5，若比率大於1.5則判定為非球形粉末；其二為90%以上的顆粒，其圓率(roundness)介於1~1.07之間（圓率為1時是正圓），若大於1.07則判定為非球形粉末。
至於，一般對於金屬粉末最長軸與最短軸比率及圓率的量測方法，係將金屬粉末當中之金屬顆粒送入掃描式電子顯微鏡觀察，然後將觀察影像輸出再以圖像計算軟體分析，將得到的每顆金屬顆粒的最長軸長度，最短軸長度，圓周長及面積，然後分別套入公式計算出最長軸與最短軸比率及圓率。
在眾多金屬粉末製造工法當中，氣霧化法應可算是目前金屬粉末備製技術的主流，使用氣霧化法生產金屬或合金粉末，主要係利用高速氣流將金屬液滴細化，並使其凝固成粉粒；在目前既有習知使用氣霧化法備製金屬粉末之技術中，多係先將固體金屬原料加熱熔化成液態後，再將其以液滴型態導入一可受超音波氣流作用之霧化腔室中。
由於其熔融液態金屬呈現液滴型態時，已經有大部分的熱能流失，因此在其金屬液滴再經細化之後的凝固過程中，相對無法有足夠的溫度及時間令其收斂成球形，導致其所形成之金屬粉末普遍存在混雜少數球形金屬顆粒及多數橢圓形金屬顆粒之粒度不均的現象。
然而，目前業界針對使用氣霧化法備製金屬粉末之技術改良，仍著重在如何提升金屬粉末之霧化效率，且多普遍認為控制超音波氣流噴嘴之結構設計成為金屬粉末霧化之關鍵技術，至於有關如何提高金屬粉末圓率之技術則鮮少被揭露。
有鑑於此，本發明即在揭露一種相對具有較佳圓率的圓球形金屬粉末，以及與其相關的圓球形粉末製造方法及圓球形粉末製造設備，為其主要目的者。
為了達到上述目的，本發明所揭露之圓球形粉末製造方法，係利用電弧放電之熱能將至少一被送入電弧放電區域之金屬原料加熱熔解形成金屬液，且由具有預先設定動能之氣流作用於電弧放電區域，對該至少一金屬原料所熔解的金屬液立即施予第一次霧化使其形成複數微細的金屬液滴，同時再以至少一電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微金屬顆粒，待全數微細金屬顆粒冷卻定型即完成圓球形金屬粉末之製造。
利用上述技術特徵，本發明所揭露之圓球形粉末製造方法，主要在金屬原料受熱熔解成金屬液之瞬間即對其施予第一次霧化形成複數金屬液滴，以降低金屬液滴之熱能損失，接著由電漿噴流對金屬液滴施予第二次霧化形成複數細微金屬顆粒，且由電漿噴流提供足夠的溫度，讓細微金屬顆粒得以有相對較長的時間收歛成球形，以達到提高金屬粉末圓率之目的。
依據上述技術特徵，所述圓球形粉末製造方法係在一封閉狀的腔室內進行電弧放電、第一次霧化及第二次霧化。
依據上述技術特徵，所述圓球形粉末製造方法，係以該至少一金屬原料做為進行電弧放電之電極。
依據上述技術特徵，所述圓球形粉末製造方法係以該至少一金屬原料做為進行電弧放電之電極，以及在一封閉狀的腔室內進行電弧放電、第一次霧化及第二次霧化。
所述至少一金屬原料係可以為鈦、錫、銅、鋅、鋁、金、銀、鐵、鎳其中之一或其合金。
所述至少一金屬原料係為具預先設定線徑的線金屬原料。
所述至少一金屬原料係為具預先設定線徑的棒金屬原料。
所述作用於電弧放電區域之氣流，係可以為空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氦氣、氫氧、一氧化碳、二氧化碳其中之一，或其組合。
所述電弧放電區域之工作溫度係介於1000℃至6000℃之間。
所述至少一電漿噴流之工作溫度係介於1000℃至10000℃之間。
所述金屬液滴之平均粒徑介係於100~500μm之間。
所述微細金屬顆粒之平均粒徑係小於100μm。
所述圓球形粉末製造方法，係分別以兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料做為產生電弧放電作用的電極，於對該腔室抽真空至＜1×10-3
Pa之後通入低於0.12~0.15MPa的氮氣，通以120A之電流使兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料產生電弧放電，將兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料加熱溶解產生金屬液，同時以進氣壓力0.5MPa送入氮氣形成作用於電弧放電區域的氣流，將兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料受熱熔解之銅金屬液施予第一次霧化使其形成複數微細的銅金屬液滴，接著以三組功率各為25kW，進氣壓力各為0.5MPa之電漿火炬所產生的電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之銅金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微銅金屬顆粒。
所述圓球形粉末製造方法，係分別以兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料做為產生電弧放電作用的電極，於對該腔室抽真空至＜1×10-3
Pa之後通入低於0.12~0.15MPa的氮氣，通以150A之電流使兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料產生電弧放電，將兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料加熱溶解產生金屬液，同時以進氣壓力0.5MPa送入氬氣形成作用於電弧放電區域的氣流，將兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料受熱熔解之金屬液施予第一次霧化使其形成複數微細的鈦金屬液滴，接著以三組功率各為25kW，進氣壓力各為0.5MPa之電漿火炬所產生的電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之鈦金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微鈦金屬顆粒。
所述圓球形粉末製造方法，係分別以兩條直徑2.0mm的錫合金線金屬原料做為產生電弧放電作用的電極，於對該腔室抽真空至＜1×10-3
Pa之後通入低於0.12~0.15MPa的氮氣，通以110A之電流使兩條錫合金線金屬原料產生電弧放電，將兩條錫合金線金屬原料加熱溶解產生金屬液，同時以進氣壓力0.3MPa送入氮氣形成作用於電弧放電區域的氣流，將兩條錫合金線金屬原料受熱熔解之錫合金金屬液施予第一次霧化使其形成複數微細的錫合金金屬液滴，接著以三組功率各為20kW，進氣壓力各為0.4MPa之電漿火炬所產生的電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之錫合金金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微錫合金金屬顆粒。
上述錫合金線金屬原料，係為錫-銀-銅合金線。
本發明所揭露之圓球形金屬粉末製造設備，係在一腔室內設置有：一電弧加熱單元、一第一霧化單元，以及一第二霧化單元；其中：該電弧加熱單元，係供連接用以產生電弧放電的正、負電荷，且供承接至少一金屬原料做為用以產生電弧放電之電極，由電極通電之後產生將該至少一金屬原料加熱溶解成金屬液的電弧；該第一霧化單元，係供將具有預先設定動能之氣流作用於該電弧加熱單元之電弧放電區域，對該至少一金屬原料受熱熔解之金屬液施予第一次霧化形成複數金屬液滴；該第二霧化單元，係以電漿噴流作用於該第一霧化單元之第一次霧化所形成之金屬液滴，使經第一次霧化所形成之金屬液滴再次霧化成為複數細微金屬顆粒。
依據上述結構特徵，所述電弧加熱單元，係設有兩組供分別連接正、負電荷的電極，且另設有兩組將各電極所連接之電荷引導進入電弧放電區域的支架。
依據上述結構特徵，所述第一霧化單元，係設有至少一組將具預定動能之氣流作用於電弧放電區域的噴嘴。
依據上述結構特徵，所述第二霧化單元，係設有至少一供於通電後產生電漿噴流的電漿火炬，該至少一電漿火炬係被設定令其所產生之電漿噴流作用於該第一霧化單元之氣流通過電弧放電區域之後的行程處。
依據上述結構特徵，所述電弧加熱單元，係設有兩組供分別連接正、負電荷的電極，且另設有兩組將各電極所連接之電荷引導進入電弧放電區域的支架；該第一霧化單元，係設有至少一組將具預定動能之氣流作用於電弧放電區域的噴嘴；該第二霧化單元，係設有至少一供於通電後產生電漿噴流的電漿火炬，該至少一電漿火炬係被設定令其所產生之電漿噴流作用於該第一霧化單元之氣流通過電弧放電區域之後的行程處。
所述圓球形金屬粉末製造設備，係進一步包括一可供承接至少一條金屬原料，且將所承接之金屬原料朝該電弧放電區域推進的進料單元。
所述圓球形金屬粉末製造設備，係進一步包括一可供承接至少一條金屬原料，且將所承接之金屬原料朝該電弧放電區域推進的進料單元；所述電弧加熱單元之各支架係設有一可供金屬原料穿過的通道；該進料單元係分別與各支架對應設有至少兩個供與金屬原料接觸的傳送輪。
所述圓球形金屬粉末製造設備，係進一步包括一可供承接至少一條金屬原料，且將所承接之金屬原料朝該電弧放電區域推進的進料單元；該電弧加熱單元係於其中一組支架設有一可供金屬原料穿過的通道；該進料單元係與設有通道之支架對應設有至少兩個供與金屬原料接觸的傳送輪。
所述第一霧化單元之至少一噴嘴係設於該電弧加熱單元之兩組支架中間。
所述第一霧化單元之至少一噴嘴係設於該電弧加熱單元之兩組支架外圍。
所述第二霧化單元之至少一電漿火炬係設於該電弧加熱單元之兩組支架外圍。
本發明所揭露之圓球形金屬粉末，係為依據上揭各種可能實施之圓球形粉末製造方法所製造完成之圓球形金屬粉末，該圓球形金屬粉末係具有複數細微金屬顆粒，其全數微細金屬顆粒之平均粒徑係小於100μm，且有92%以上之微細金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間，且有92%以上之微細金屬顆粒之最長軸與最短軸比率小於1.5。
本發明所揭露之圓球形金屬粉末，係為依據上揭各種可能實施之圓球形粉末製造設備所製造完成之圓球形金屬粉末，該圓球形金屬粉末係具有複數細微金屬顆粒，其全數微細金屬顆粒之平均粒徑係小於100μm，且有92%以上之微細金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間，且有92%以上之微細金屬顆粒之最長軸與最短軸比率小於1.5。
所述圓球形金屬粉末係具有複數微細銅金屬顆粒，其全數微細銅金屬顆粒之平均粒徑係介於30~50μm之間，有96%以上之微細銅金屬顆粒之圓率小於1.5，且有95%以上之微細銅金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間。
所述圓球形金屬粉末係具有複數微細鈦金屬顆粒，其全數微細鈦金屬顆粒之平均粒徑係介於15~30μm之間，有97%以上之微細鈦金屬顆粒之圓率小於1.5，且有94%以上之微細鈦金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間。
所述圓球形金屬粉末係具有複數微細錫合金金屬顆粒，其全數微細錫合金金屬顆粒之平均粒徑係介於25~45μm之間，有95%以上之微細錫合金金屬顆粒之圓率小於1.5，且有92%以上之微細錫合金金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間。
上述微細錫合金金屬顆粒，係為錫-銀-銅合金金屬顆粒。
由於，本發明主要在金屬原料受熱熔解成金屬液之瞬間，即以氣流對其施予第一次霧化形成複數金屬液滴，接著再以電漿噴流再對金屬液滴施予第二次霧化形成複數細微金屬顆粒，不但可以有效降低金屬液滴之熱能損失，更可由電漿噴流提供足夠的溫度，讓細微金屬顆粒得以有相對較長的時間收歛成球形，達到提高金屬粉末圓率之目的；尤其，受電弧加熱熔解的金屬液在依序經過第一次霧化及第二次霧化之後，可以有效提高細微金屬顆粒之分布率，以相對更為積極、可靠之手段提升圓球形金屬粉末之產能及品質。
本發明所揭露之圓球形粉末製造方法，係利用電弧放電之熱能將至少一被送入電弧放電區域之金屬原料加熱熔解形成金屬液，且由具有預先設定動能之氣流作用於電弧放電區域，對該至少一金屬原料所熔解的金屬液立即施予第一次霧化使其形成複數微細的金屬液滴，同時再以至少一電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微金屬顆粒，待全數微細金屬顆粒冷卻定型即完成如第1圖所示之具有複數細微金屬顆粒之圓球形金屬粉末10A之製造流程。
具體而言，本發明所揭露之圓球形粉末製造方法，主要在金屬原料受熱熔解成金屬液之瞬間即對其施予第一次霧化形成複數金屬液滴，以降低金屬液滴之熱能損失，其全數金屬液滴之平均粒徑係可介於100~500μm之間，接著由電漿噴流對金屬液滴施予第二次霧化形成複數細微金屬顆粒，其全數微細金屬顆粒之平均粒徑係可小於100μm，且由電漿噴流提供足夠的溫度，讓細微金屬顆粒得以有相對較長的時間收歛成球形，進而達到提高金屬粉末圓率之目的。
本發明之圓球形粉末製造方法，於實施時，係可以在一封閉狀的腔室內進行電弧放電、第一次霧化及第二次霧化，其電弧放電區域之工作溫度係可介於1000℃至6000℃之間；其至少一電漿噴流之工作溫度係可介於1000℃至10000℃之間。
本發明之圓球形粉末製造方法，於實施時，係可直接以該至少一金屬原料直接做為進行電弧放電之電極；當然，本發明之圓球形粉末製造方法，直接以該至少一金屬原料做為進行電弧放電之電極時，又以在一封閉狀的腔室20內進行電弧放電、第一次霧化及第二次霧化為佳。
再者，本發明之圓球形粉末製造方法，其所使用之至少一金屬原料係可以為鈦、錫、銅、鋅、鋁、金、銀、鐵、鎳其中之一或其合金；以及，所述至少一金屬原料係為具預先設定線徑的線金屬原料，或是為具預先設定線徑的棒金屬原料；至於，作用於電弧放電區域之氣流，係可以為空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氦氣、氫氧、一氧化碳、二氧化碳其中之一，或其組合。
如第2圖及第3圖所示，本發明所揭露之圓球形金屬粉末製造設備，基本上係在一腔室20內設置有：一電弧加熱單元30、一第一霧化單元40，以及一第二霧化單元50；其中：
該電弧加熱單元30，係供連接用以產生電弧放電的正、負電荷，且供承接至少一金屬原料10做為用以產生電弧放電之電極，由電極通電之後產生將該至少一金屬原料加熱溶解成金屬液的電弧；於實施時，所述電弧加熱單元30，係可以設有兩組供分別連接正、負電荷的電極31、32，且另設有兩組將各電極所連接之電荷引導進入電弧放電區域30A的支架33；在第2圖及第3圖所示之實施例中，所述電弧加熱單元30之各支架33係進一步設有一可供金屬原料10穿過的通道331。
該第一霧化單元40，係供將具有預先設定動能之氣流作用於該電弧加熱單元30之電弧放電區域，對該至少一金屬原料10受熱熔解之金屬液施予第一次霧化形成複數金屬液滴11；於實施時，所述第一霧化單元40，係可以設有至少一組將具預定動能之氣流作用於電弧放電區域30A的噴嘴41，該至少一噴嘴係可設於該電弧加熱單元之兩組支架外圍，或者如圖所示，設於該電弧加熱單元30之兩組支架33中間。
該第二霧化單元50，係以電漿噴流作用於該第一霧化單元40之第一次霧化所形成之金屬液滴11，使經第一次霧化所形成之金屬液滴11再次霧化成為複數細微金屬顆粒12；於實施時，所述第二霧化單元50，係可以設有至少一供於通電後產生電漿噴流的電漿火炬51，該至少一電漿火炬51係被設定令其所產生之電漿噴流作用於該第一霧化單元40之氣流通過電弧放電區域30A之後的行程處；在本實施例中，該至少一電漿火炬51係設於該電弧加熱單元40之兩組支架33外圍。
當然，本發明所揭露之圓球形金屬粉末製造設備，於實施時，係以所述電弧加熱單元30，係可以設有兩組供分別連接正、負電荷的電極31、32，且另設有兩組將各電極所連接之電荷引導進入電弧放電區域30A的支架33；該第一霧化單元40，係可以設有至少一組將具預定動能之氣流作用於電弧放電區域30A的噴嘴41；以及，該第二霧化單元50，係可以設有至少一供於通電後產生電漿噴流的電漿火炬51，該至少一電漿火炬51係被設定令其所產生之電漿噴流作用於該第一霧化單元40之氣流通過電弧放電區域30A之後的行程處之結構型態呈現為佳。
原則上，本發明之圓球形粉末製造設備，於運作時，係可將至少一條金屬原料與該電弧加熱單元之其中一電極電氣連接，於電弧加熱單元之全數電極通電之後，配合將金屬原料朝電弧放電區域推進，即可使各電極所連接之電荷進入電弧放電區域，進而產生將金屬原料加熱熔解的電弧。
在第2圖及第3圖所示之實施例中，係將兩條金屬原料10分別與電弧加熱單元30之兩個電極31、32電氣連接(亦即由兩條金屬原料10分別連接用以產生電弧之正、負電荷)，各金屬原料10係可分別穿入電弧加熱單元30各支架33之通道331中，由支架33將其所穿置的金屬原料10引導進入電弧放電區域30A，同時將其所連接的電荷引導進入電弧放電區域30A。
據以，當電弧加熱單元30之全數電極31、32通電之後，配合將兩條金屬原料10同時朝電弧放電區域30A推進，即可使各電極所連接之電荷進入電弧放電區域30A，進而產生同時將兩條金屬原料10加熱熔解的電弧。
在此同時，可由第一霧化單元40所產生之氣流作用於金屬原料10受熱之後熔解的金屬液，藉以對熔解的金屬液立即施予第一次霧化使形成複數微細的金屬液滴11，同時由第二霧化單元50所產生之電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之金屬液滴11，使經第一次霧化所形成之金屬液滴11再次霧化(細化)形成複數細微金屬顆粒12即可完成具有複數細微金屬顆粒12之圓球形金屬粉末之製造。
再者，本發明之圓球形金屬粉末製造設備，係可進一步包括一可供承接至少一條金屬原料10，且將所承接之金屬原料10朝該電弧加熱單元30之電弧放電區域30A推進的進料單元60；在第2圖及第3圖所示之實施例中，所述電弧加熱單元30之各支架33係設有一可供金屬原料10穿過的通道331。
該進料單元60係分別與各支架33對應設有至少兩個供與金屬原料10接觸的傳送輪61；至於，其金屬原料10係可以為具有預先設定線徑的線金屬原料或棒金屬原料，使得以在進料單元60之傳送輪61帶動下，以預先設定之速率朝電弧放電區域30A推進，以持續供應用以製造圓球形金屬粉末所需之原料。
再者，本發明之圓球形金屬粉末製造設備，亦可如第4圖及第5圖所示，所述電弧加熱單元30係於其中一組支架33設有一可供金屬原料10穿過的通道331，該設有通道331之支架33亦可以同時為該第一霧化單元40之噴嘴41；至於，該進料單元60係與設有通道331之支架33對應設有至少兩個供與金屬原料10接觸的傳送輪61。
在第4圖及第5圖所示之實施例中，係將一條金屬原料10與電弧加熱單元30其中一個電極31電氣連接，亦即由此單一金屬原料10連接用以產生電弧之正電荷或負電荷(圖中所示係為連接負電荷)，且將此條金屬原料10穿入電弧加熱單元30之支架33通道331中，由支架33將其所穿置的金屬原料10及其所連接之電荷引導進入電弧放電區域30A，同時由另一組支架33直接連接另一電極32將其所連接的電荷引導進入電弧放電區域30A。
同樣的，當電弧加熱單元30之全數電極31、32通電之後，可配合在進料單元60之傳送輪61帶動下，將該金屬原料10朝電弧放電區域30A推進，即可使各電極所連接之電荷進入電弧放電區域30A，進而產生同時將兩條金屬原料10加熱熔解的電弧。
換言之，本發明所揭露之圓球形金屬粉末，係可以為依據上揭各種可能實施之圓球形粉末製造方法所製造完成之圓球形金屬粉末，該圓球形金屬粉末係具有複數細微金屬顆粒，其全數微細金屬顆粒之平均粒徑係小於100μm，且有92%以上之微細金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間，且有92%以上之微細金屬顆粒之最長軸與最短軸比率小於1.5。
抑或是，本發明所揭露之圓球形金屬粉末，係為依據上揭各種可能實施之圓球形粉末製造設備所製造完成之圓球形金屬粉末，該圓球形金屬粉末係具有複數細微金屬顆粒，其全數微細金屬顆粒之平均粒徑係小於100μm，且有92%以上之微細金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間，且有92%以上之微細金屬顆粒(12)之最長軸與最短軸比率小於1.5。
本發明在一具體實施之圓球形粉末製造方法中，係分別以兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料做為產生電弧放電作用的電極，於對該腔室抽真空至＜1×10-3
Pa之後通入低於0.12~0.15MPa的氮氣，通以120A之電流使兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料產生電弧放電，將兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料加熱溶解產生金屬液。
同時以進氣壓力0.5MPa送入氮氣形成作用於電弧放電區域的氣流，將兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料受熱熔解之銅金屬液施予第一次霧化使其形成複數微細的銅金屬液滴，接著以三組功率各為25kW，進氣壓力各為0.5MPa之電漿火炬所產生的電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之銅金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微銅金屬顆粒。
在此具體實施方法所製造完成之圓球形金屬粉末係具有複數微細銅金屬顆粒，其全數微細銅金屬顆粒之平均粒徑係介於30~50μm之間，有96%以上之微細銅金屬顆粒之圓率小於1.5，且有95%以上之微細銅金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間。
本發明在另一具體實施之圓球形粉末製造方法中，係分別以兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料做為產生電弧放電作用的電極，於對該腔室抽真空至＜1×10-3
Pa之後通入低於0.12~0.15MPa的氮氣，通以150A之電流使兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料產生電弧放電，將兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料加熱溶解產生金屬液。
同時以進氣壓力0.5MPa送入氬氣形成作用於電弧放電區域的氣流，將兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料受熱熔解之金屬液施予第一次霧化使其形成複數微細的鈦金屬液滴，接著以三組功率各為25kW，進氣壓力各為0.5MPa之電漿火炬所產生的電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之鈦金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微鈦金屬顆粒。
在此具體實施方法所製造完成之圓球形金屬粉末係具有複數微細鈦金屬顆粒，其全數微細鈦金屬顆粒之平均粒徑係介於15~30μm之間，有97%以上之微細鈦金屬顆粒之圓率小於1.5，且有94%以上之微細鈦金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間。
本發明在又一具體實施之圓球形粉末製造方法中，係分別以兩條直徑2.0mm的錫合金線金屬原料做為產生電弧放電作用的電極，所述錫合金線金屬原料係為錫-銀-銅合金線，於對該腔室抽真空至＜1×10-3
Pa之後通入低於0.12~0.15MPa的氮氣，通以110A之電流使兩條錫合金線金屬原料產生電弧放電，將兩條錫合金線金屬原料加熱溶解產生金屬液。
同時以進氣壓力0.3MPa送入氮氣形成作用於電弧放電區域的氣流，將兩條錫合金線金屬原料受熱熔解之錫合金金屬液施予第一次霧化使其形成複數微細的錫合金金屬液滴，接著以三組功率各為20kW，進氣壓力各為0.4MPa之電漿火炬所產生的電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之錫合金金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微錫合金金屬顆粒。
在此具體實施方法所製造完成之圓球形金屬粉末係具有複數微細錫合金金屬顆粒，微細錫合金金屬顆粒係為錫-銀-銅合金金屬顆粒，其全數微細錫合金金屬顆粒之平均粒徑係介於25~45μm之間，有95%以上之微細錫合金金屬顆粒之圓率小於1.5，且有92%以上之微細錫合金金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間。
具體而言，本發明主要在金屬原料受熱熔解成金屬液之瞬間，即以氣流對其施予第一次霧化形成複數金屬液滴，接著再以電漿噴流再對金屬液滴施予第二次霧化形成複數細微金屬顆粒，不但可以有效降低金屬液滴之熱能損失，更可由電漿噴流提供足夠的溫度，讓細微金屬顆粒得以有相對較長的時間收歛成球形，達到提高金屬粉末圓率之目的；尤其，受電弧加熱熔解的金屬液在依序經過第一次霧化及第二次霧化之後，可以有效提高細微金屬顆粒之分布率，以相對更為積極、可靠之手段提升圓球形金屬粉末之產能及品質。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
10‧‧‧金屬原料
10A‧‧‧圓球形金屬粉末
11‧‧‧金屬液滴
12‧‧‧金屬顆粒
20‧‧‧腔室
30‧‧‧電弧加熱單元
30A‧‧‧電弧放電區域
31‧‧‧電極
32‧‧‧電極
33‧‧‧支架
331‧‧‧通道
40‧‧‧第一霧化單元
41‧‧‧噴嘴
50‧‧‧第二霧化單元
51‧‧‧電漿火炬
60‧‧‧進料單元
61‧‧‧傳送輪
10A‧‧‧圓球形金屬粉末
11‧‧‧金屬液滴
12‧‧‧金屬顆粒
20‧‧‧腔室
30‧‧‧電弧加熱單元
30A‧‧‧電弧放電區域
31‧‧‧電極
32‧‧‧電極
33‧‧‧支架
331‧‧‧通道
40‧‧‧第一霧化單元
41‧‧‧噴嘴
50‧‧‧第二霧化單元
51‧‧‧電漿火炬
60‧‧‧進料單元
61‧‧‧傳送輪
第1圖係為本發明之圓球形金屬粉末之組成示意圖。 第2圖係為本發明第一實施例之圓球形金屬粉末製造設備結構示意圖。 第3圖係為本發明第一實施例之圓球形金屬粉末製造設備中電弧加熱單元之放大示意圖。 第4圖係為本發明第二實施例之圓球形金屬粉末製造設備結構示意圖。 第5圖係為本發明第二實施例之圓球形金屬粉末製造設備中電弧加熱單元之放大示意圖。
10‧‧‧金屬原料
11‧‧‧金屬液滴
12‧‧‧金屬顆粒
30‧‧‧電弧加熱單元
30A‧‧‧電弧放電區域
31‧‧‧電極
32‧‧‧電極
33‧‧‧支架
331‧‧‧通道
40‧‧‧第一霧化單元
41‧‧‧噴嘴
50‧‧‧第二霧化單元
51‧‧‧電漿火炬
60‧‧‧進料單元
61‧‧‧傳送輪
Claims (33)
- 一種圓球形粉末製造方法，係利用電弧放電之熱能將至少一被送入電弧放電區域(30A)之金屬原料(10)加熱熔解形成金屬液，且由具有預先設定動能之氣流作用於電弧放電區域(30A)，對該至少一金屬原料(10)所熔解的金屬液立即施予第一次霧化使其形成複數微細的金屬液滴(11)，同時再以至少一電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之金屬液滴(11)，使其再次霧化成為複數細微金屬顆粒(12)，待全數微細金屬顆粒(12)冷卻定型即完成圓球形金屬粉末(10A)之製造。
- 如請求項1所述之圓球形粉末製造方法，其中，該圓球形粉末製造方法，係在一封閉狀的腔室(20)內進行電弧放電、第一次霧化及第二次霧化。
- 如請求項1所述之圓球形粉末製造方法，其中，該圓球形粉末製造方法，係以該至少一金屬原料(10)做為進行電弧放電之電極。
- 如請求項1所述之圓球形粉末製造方法，其中，該圓球形粉末製造方法，係以該至少一金屬原料(10)做為進行電弧放電之電極，以及在一封閉狀的腔室(20)內進行電弧放電、第一次霧化及第二次霧化。
- 如請求項1至4其中任一項所述之圓球形粉末製造方法，其中，該至少一金屬原料(10)係可以為鈦、錫、銅、鋅、鋁、金、銀、鐵、鎳其中之一或其合金。
- 如請求項1至4其中任一項所述之圓球形粉末製造方法，其中，該至少一金屬原料(10)係為具預先設定線徑的線金屬原料。
- 如請求項1至4其中任一項所述之圓球形粉末製造方法，其中，該至少一金屬原料(10)係為具預先設定線徑的棒金屬原料。
- 如請求項1至4其中任一項所述之圓球形粉末製造方法，其中，該作用於電弧放電區域(30A)之氣流，係可以為空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氦氣、氫氧、一氧化碳、二氧化碳其中之一，或其組合。
- 如請求項1至4其中任一項所述之圓球形粉末製造方法，其中，該電弧放電區域(30A)之工作溫度係介於1000℃至6000℃之間。
- 如請求項1至4其中任一項所述之圓球形粉末製造方法，其中，該至少一電漿噴流之工作溫度係介於1000℃至10000℃之間。
- 如請求項1至4其中任一項所述之圓球形粉末製造方法，其中，該金屬液滴(11)之平均粒徑介係於100~500μm之間。
- 如請求項1至4其中任一項所述之圓球形粉末製造方法，其中，該微細金屬顆粒(12)之平均粒徑係小於100μm。
- 如請求項4所述之圓球形粉末製造方法，其中，該圓球形粉末製造方法，係分別以兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料做為產生電弧放電作用的電極，於對該腔室(20)抽真空至＜1×10-3 Pa之後通入低於0.12~0.15MPa的氮氣，通以120A之電流使兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料產生電弧放電，將兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料加熱溶解產生金屬液，同時以進氣壓力0.5MPa送入氮氣形成作用於電弧放電區域(30A)的氣流，將兩條直徑1.6mm的銅線金屬原料受熱熔解之銅金屬液施予第一次霧化使其形成複數微細的銅金屬液滴，接著以三組功率各為25kW，進氣壓力各為0.5MPa之電漿火炬(51)所產生的電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之銅金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微銅金屬顆粒。
- 如請求項4所述之圓球形粉末製造方法，其中，該圓球形粉末製造方法，係分別以兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料做為產生電弧放電作用的電極，於對該腔室(20)抽真空至＜1×10-3 Pa之後通入低於0.12~0.15MPa的氮氣，通以150A之電流使兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料產生電弧放電，將兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料加熱溶解產生金屬液，同時以進氣壓力0.5MPa送入氬氣形成作用於電弧放電區域(30A)的氣流，將兩條直徑1.6mm的鈦線金屬原料受熱熔解之金屬液施予第一次霧化使其形成複數微細的鈦金屬液滴，接著以三組功率各為25kW，進氣壓力各為0.5MPa之電漿火炬(51)所產生的電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之鈦金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微鈦金屬顆粒。
- 如請求項4所述之圓球形粉末製造方法，其中，該圓球形粉末製造方法，係分別以兩條直徑2.0mm的錫合金線金屬原料做為產生電弧放電作用的電極，於對該腔室(20)抽真空至＜1×10-3 Pa之後通入低於0.12~0.15MPa的氮氣，通以110A之電流使兩條錫合金線金屬原料產生電弧放電，將兩條錫合金線金屬原料加熱溶解產生金屬液，同時以進氣壓力0.3MPa送入氮氣形成作用於電弧放電區域(30A)的氣流，將兩條錫合金線金屬原料受熱熔解之錫合金金屬液施予第一次霧化使其形成複數微細的錫合金金屬液滴，接著以三組功率各為20kW，進氣壓力各為0.4MPa之電漿火炬(51)所產生的電漿噴流作用於經第一次霧化所形成之錫合金金屬液滴，使其再次霧化成為複數細微錫合金金屬顆粒。
- 如請求項15所述之圓球形粉末製造方法，其中，該錫合金線金屬原料，係為錫-銀-銅合金線。
- 一種圓球形金屬粉末製造設備，係在一腔室(20)內設置有：一電弧加熱單元(30)、一第一霧化單元(40)，以及一第二霧化單元；其中： 該電弧加熱單元(30)，係供連接用以產生電弧放電的正、負電荷，且供承接至少一金屬原料(10)做為用以產生電弧放電之電極，由電極通電之後產生將該至少一金屬原料(10)加熱溶解成金屬液的電弧； 該第一霧化單元(40)，係供將具有預先設定動能之氣流作用於該電弧加熱單元(30)之電弧放電區域(30A)，對該至少一金屬原料(10)受熱熔解之金屬液施予第一次霧化形成複數金屬液滴(11)； 該第二霧化單元(50)，係以電漿噴流作用於該第一霧化單元之第一次霧化所形成之金屬液滴(11)，使經第一次霧化所形成之金屬液滴(11)再次霧化成為複數細微金屬顆粒(12)。
- 如請求項17所述之圓球形金屬粉末製造設備，其中，該電弧加熱單元(30)，係設有兩組供分別連接正、負電荷的電極(31、32)，且另設有兩組將各電極所連接之電荷引導進入電弧放電區域(30A)的支架(33)。
- 如請求項17所述之圓球形金屬粉末製造設備，其中，該第一霧化單元(40)，係設有至少一組將具預定動能之氣流作用於電弧放電區域(30A)的噴嘴(41)。
- 如請求項17所述之圓球形金屬粉末製造設備，其中，該第二霧化單元(50)，係設有至少一供於通電後產生電漿噴流的電漿火炬(51)，該至少一電漿火炬(51)係被設定令其所產生之電漿噴流作用於該第一霧化單元(40)之氣流通過電弧放電區域(30A)之後的行程處。
- 如請求項17所述之圓球形金屬粉末製造設備，其中，該電弧加熱單元(30)，係設有兩組供分別連接正、負電荷的電極(31、32)，且另設有兩組將各電極所連接之電荷引導進入電弧放電區域(30A)的支架(33)；該第一霧化單元(40)，係設有至少一組將具預定動能之氣流作用於電弧放電區域(30A)的噴嘴(41)；該第二霧化單元(50)，係設有至少一供於通電後產生電漿噴流的電漿火炬(51)，該至少一電漿火炬(51)係被設定令其所產生之電漿噴流作用於該第一霧化單元(40)之氣流通過電弧放電區域(30A)之後的行程處。
- 如請求項17至21其中任一項所述之圓球形金屬粉末製造設備，其中，該圓球形金屬粉末製造設備，係進一步包括一可供承接至少一條金屬原料(10)，且將所承接之金屬原料(10)朝該電弧放電區域(30A)推進的進料單元(60)。
- 如請求項17至21其中任一項所述之圓球形金屬粉末製造設備，其中，該圓球形金屬粉末製造設備，係進一步包括一可供承接至少一條金屬原料(10)，且將所承接之金屬原料(10)朝該電弧放電區域(30A)推進的進料單元(60)；所述電弧加熱單元(30)之各支架(33)係設有一可供金屬原料(10)穿過的通道(331)；該進料單元(60)係分別與各支架(33)對應設有至少兩個供與金屬原料(10)接觸的傳送輪(61)。
- 如請求項17至21其中任一項所述之圓球形金屬粉末製造設備，其中，該圓球形金屬粉末製造設備，係進一步包括一可供承接至少一條金屬原料(10)，且將所承接之金屬原料(10)朝該電弧放電區域(30A)推進的進料單元(60)；該電弧加熱單元(30)係於其中一組支架(33)設有一可供金屬原料(10)穿過的通道(331)；該進料單元(60)係與設有通道(331)之支架(33)對應設有至少兩個供與金屬原料(10)接觸的傳送輪(61)。
- 如請求項19或21所述之圓球形金屬粉末製造設備，其中，該第一霧化單元(40)之至少一噴嘴(41)係設於該電弧加熱單元(30)之兩組支架(33)中間。
- 如請求項19或21所述之圓球形金屬粉末製造設備，其中，該第一霧化單元(40)之至少一噴嘴(41)係設於該電弧加熱單元(30)之兩組支架(33)外圍。
- 如請求項20或21所述之圓球形金屬粉末製造設備，其中，該第二霧化單元(50)之至少一電漿火炬(51)係設於該電弧加熱單元(30)之兩組支架(33)外圍。
- 一種圓球形金屬粉末，係為使用請求項1至16其中任一項所述之圓球形粉末製造方法所製造完成之圓球形金屬粉末，該圓球形金屬粉末係具有複數細微金屬顆粒(12)，其全數微細金屬顆粒(12)之平均粒徑係小於100μm，且有92%以上之微細金屬顆粒(12)之圓率介於1~1.07之間，且有92%以上之微細金屬顆粒(12)之最長軸與最短軸比率小於1.5。
- 一種圓球形金屬粉末，係為使用請求項17至27其中任一項所述之圓球形粉末製造設備所製造完成之圓球形金屬粉末(10A)，該圓球形金屬粉末(10A)係具有複數微細金屬顆粒(12)，其全數微細金屬顆粒(12)之平均粒徑係小於100μm，且有92%以上之微細金屬顆粒(12)之圓率介於1~1.07之間，且有92%以上之微細金屬顆粒(12)之最長軸與最短軸比率小於1.5。
- 一種圓球形金屬粉末，係為使用請求項13所述之圓球形粉末製造方法所製造完成之圓球形金屬粉末(10A)，該圓球形金屬粉末(10A)係具有複數微細銅金屬顆粒，其全數微細銅金屬顆粒之平均粒徑係介於30~50μm之間，有96%以上之微細銅金屬顆粒之圓率小於1.5，且有95%以上之微細銅金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間。
- 一種圓球形金屬粉末，係為使用請求項14所述之圓球形粉末製造方法所製造完成之圓球形金屬粉末(10A)，該圓球形金屬粉末(10A)係具有複數微細鈦金屬顆粒，其全數微細鈦金屬顆粒之平均粒徑係介於15~30μm之間，有97%以上之微細鈦金屬顆粒之圓率小於1.5，且有94%以上之微細鈦金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間。
- 一種圓球形金屬粉末，係為使用請求項15所述之圓球形粉末製造方法所製造完成之圓球形金屬粉末(10A)，該圓球形金屬粉末(10A)係具有複數微細錫合金金屬顆粒，其全數微細錫合金金屬顆粒之平均粒徑係介於25~45μm之間，有95%以上之微細錫合金金屬顆粒之圓率小於1.5，且有92%以上之微細錫合金金屬顆粒之圓率介於1~1.07之間。
- 如請求項33所述之圓球形金屬粉末，其中，該微細錫合金金屬顆粒，係為錫-銀-銅合金金屬顆粒。
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