發(fā)布時間：2020-07-05 08:08

【摘要】：射頻等離子體具有溫度高(～104℃)、等離子體炬體積大、能量密度高、傳熱和冷卻速度快、無電極污染和反應(yīng)氣氛可控等優(yōu)點,在材料的制備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以完成真空系統(tǒng)改造后的射頻等離子體粉體處理系統(tǒng)為依托,針對難熔金屬、陶瓷粉末的球化處理進行了系統(tǒng)研究。同時,開發(fā)了短流程制備球形TiC/Fe金屬陶瓷復(fù)合顆粒、微細球形鈦粉和四氧化三錳粉末的新工藝。此外,利用有限元分析軟件對等離子體的流場、溫度場和速度場進行了數(shù)值模擬,分析了工藝參數(shù)對等離子體炬的影響,并通過研究顆粒的運動軌跡探討了粉末粒度分布和收粉率的問題。 針對金屬粉末易氧化的問題,對現(xiàn)有的100KW等離子體粉體處理系統(tǒng)進行了真空設(shè)計和改造。改造后的系統(tǒng)極限真空度達到1.0×10-3Pa,通過調(diào)整等離子體運行工藝參數(shù),使等離子體炬達到連續(xù)穩(wěn)定運行的工業(yè)生產(chǎn)要求。在運行功率為50KW、工作氣流量為28L/min、邊氣流量為85L/min、系統(tǒng)壓力為85KPa情況下,連續(xù)運行時間可達30h。 采用射頻等離子體直接球化處理技術(shù),成功實現(xiàn)了對難熔金屬粉末(Nb、Ta)和陶瓷粉末(SiO2、Al2O3)的球化處理。研究結(jié)果表明：制備的球形粉末表面光潔、分散性良好,球化率可達100%,球形粉末具有良好的球形度。球化處理后,粉末的松裝密度和流動性得到明顯改善。鈮粉的松裝密度由1.33g/cm3提高到4.35g/cm3,振實密度由1.95g/cm3提高到5.61g/cm3,粉末流動性提高為12.51s/(50g)。隨著加料速率的增加,粉末球化率逐漸降低。一定粒度范圍內(nèi),較小粒度粉末更易獲得高球化率。此外,載氣流量和等離子運行功率對粉末的球化處理也有重要影響。 等離子體球化后的粉末比原料粉末性能更好。添加量相同時,球形非晶Si02粉制備的環(huán)氧塑封料體系黏度低,流動性更好,當(dāng)球形硅微粉填充量為75%時,環(huán)氧塑封料的膨脹系數(shù)為10.1×10-6/℃。相同等離子噴涂工藝條件下,以自制球形A1203粉為原料制備的氧化鋁涂層,結(jié)構(gòu)最致密,微觀組織缺陷少,顯微硬度最高,達到HVo.3=957.6,優(yōu)于以角形A1203和造粒A1203粉末為原料制備的涂層。 將射頻等離子體球化技術(shù)與自反應(yīng)合成技術(shù)相結(jié)合制備的TiC/Fe金屬陶瓷復(fù)合粉末,球形度高、致密度高、TiC尺寸細小且均勻分布、潤濕性性良好,TiC體積分數(shù)高達82vo1.%,采用粉末冶金的壓制燒結(jié)工藝制備的TiC/Fe復(fù)合材料性能優(yōu)異,硬度達到HRA88.5,抗彎強度1360MPa。 以不規(guī)則形狀的大顆粒氫化鈦粉末為原料,將射頻等離子體球化處理技術(shù)與氫爆技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)低氧含量微細球形粉末的短流程制備。平均粒徑180.17μm的TiH2粉末經(jīng)射頻等離子體處理和后續(xù)脫氫處理后,可以得到球形度高、流動性好、平均粒徑21.28μm的球形鈦粉,氧含量控制在0.21wt.%。 將射頻等離子體球化技術(shù)與熱分解技術(shù)相結(jié)合,以大尺寸的MnCO3為原料,成功制備了微細球形Mn304粉末,為微細Mn304粉末提供了新的途徑。 利用CFD流體力學(xué)計算軟件,針對射頻等離子體球化制粉過程建立了數(shù)值模擬模型,計算了流場、溫度場和速度場,等離子炬中心區(qū)溫度高達10100K,工作氣流量和載氣流量對等離子體炬的溫度分布有顯著影響,與實驗結(jié)果相符。球化后粉末粒度分布的模擬結(jié)果與實驗測試結(jié)果比較吻合,在制備特定尺寸球形粉時,可先根據(jù)數(shù)值模擬計算所需要的原料粉末的大致粒度范圍,大大減少工作量。通過對收粉率問題的探討,提出一種提高收粉率的方案,為設(shè)備的改進提供可行性指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TF123

【參考文獻】

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本文編號：2742342