本發(fā)明提供了一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備裝置及方法，屬于3d打印用陶瓷-鎳基球形復(fù)合粉末制備。

背景技術(shù)：

1、隨著航空航天、軍事國防等領(lǐng)域高端裝備的快速發(fā)展，對服役于極端嚴(yán)苛環(huán)境中熱端零部件的強承載、高耐熱、耐磨損、耐腐蝕、輕量化以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計制造一體化等提出了越來越高的要求。與傳統(tǒng)制造熱端部件的典型代表材料之一的鎳基高溫合金相比，近年來發(fā)展起來的陶瓷顆粒增強鎳基復(fù)合材料，因其具有更高的比強度、比剛度、耐熱性、耐腐蝕、抗氧化等綜合性能，在高端裝備領(lǐng)域具有廣泛的需求。

2、利用傳統(tǒng)工藝（如：原位反應(yīng)法、鑄造法、熔滲法、自蔓延高溫合成法及粉末冶金法等）制備陶瓷顆粒增強鎳基復(fù)合材料通常需要專門的精密成形模具，工藝復(fù)雜，其成形件致密度較低、組織不夠均勻、難以生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀，且需要后續(xù)表面加工處理等一系列問題；制造難度大、周期長、成本高，已不能滿足航空航天等高端領(lǐng)域嚴(yán)苛使役環(huán)境下的高性能復(fù)雜零部件的迫切需求。

3、在高性能復(fù)雜金屬合金及其復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件增材制造產(chǎn)業(yè)鏈條中，優(yōu)質(zhì)粉體原材料是該技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，起著至關(guān)重要的作用，直接影響著成形件的質(zhì)量和性能。但是，由于我國增材制造專用金屬合金及其復(fù)合粉體材料的研究仍處于初級階段，高端粉末依賴進口，受限嚴(yán)重；核心制粉技術(shù)與裝備無法引進（國際封鎖與禁運），自主研發(fā)投入不足；粉體材料制備成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響著陶瓷顆粒增強鎳基復(fù)合材料在高端裝備領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，已成為需要亟待解決的瓶頸問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備裝置及方法，該裝置制備陶瓷-鎳基球形復(fù)合粉末的工藝過程可實現(xiàn)自動化、性能穩(wěn)定可靠，適于高性能3d打印用復(fù)合粉末的規(guī)模生產(chǎn)。

2、為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備裝置，包括陶瓷微粉儲存罐、熔煉罐和霧化罐，所述陶瓷微粉儲存罐的底部設(shè)置有送粉超聲裝置，所述儲氣罐通過低壓輸氣管道與陶瓷微粉儲存罐連接。

3、所述熔煉罐內(nèi)包括熔煉爐和加熱漏包，所述加熱漏包位于熔煉爐的下方，經(jīng)熔煉爐加熱后的熔融金屬進入加熱漏包之中；所述陶瓷微粉儲存罐通過混粉管道與加熱漏包下方的上級低壓噴嘴連接，所述儲氣罐通過高壓輸氣管道與加熱漏包下方的下級高壓噴嘴連接；所述熔煉罐的底部開口連接霧化罐頂部的投料口，自加熱漏包下方至熔煉罐底部開口位置處的通道形成導(dǎo)流通道，所述上級低壓噴嘴、下級高壓噴嘴均與導(dǎo)流通道連接。

4、所述霧化罐的上部設(shè)置有環(huán)形氬氣噴管，在霧化罐投料口的正下方設(shè)置有旋轉(zhuǎn)二次粉碎盤，在霧化罐底部設(shè)置有出料口。

5、優(yōu)選的，所述霧化罐下部還設(shè)置有循環(huán)冷卻水管。

6、優(yōu)選的，所述霧化罐上還設(shè)置有抽真空裝置。

7、優(yōu)選的，所述霧化罐上還設(shè)置有除塵裝置。

8、優(yōu)選的，所述低壓輸氣管道和高壓輸氣管道上設(shè)置有壓力表。

9、優(yōu)選的，所述低壓輸氣管道和陶瓷微粉儲存罐之間的管道上設(shè)置有調(diào)壓閥。

10、優(yōu)選的，所述上級低壓噴嘴的下方設(shè)置有熔煉超聲裝置。

11、本發(fā)明還公開了一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備方法，具體包括包括：（1）在陶瓷微粉儲存罐內(nèi)裝入設(shè)定量的陶瓷微粉、在熔煉爐內(nèi)裝入設(shè)定量的鎳基體；（2）打開連接低壓輸氣管道和連接高壓輸氣管道的儲氣罐，并調(diào)整低壓輸氣管道和高壓輸氣管道上的壓力表，使氣流達到規(guī)定的壓力；（3）啟動陶瓷微粉儲存罐及下方的送粉超聲裝置，并按工藝要求控制送粉速度；（4）熔煉爐內(nèi)的熔融金屬倒入加熱漏包中，并在導(dǎo)流通道中與上級低壓噴嘴噴出的陶瓷粉末-氬氣混合體、下級高壓噴嘴噴出的氬氣混合并霧化，形成復(fù)合液滴；（5）在霧化罐內(nèi)，破碎的復(fù)合液滴經(jīng)過環(huán)形氬氣噴管、循環(huán)冷卻水管和旋轉(zhuǎn)二次粉碎盤進行快速冷卻凝固，形成高性能的陶瓷-鎳基球形復(fù)合粉末；（6）在霧化罐底部的出料口處排出陶瓷-鎳基球形復(fù)合粉末，并經(jīng)過烘干、篩分和包裝，得到成品。

12、本發(fā)明的有益效果在于：

13、（1）通過超聲振動-氣流擾動協(xié)同由陶瓷微粉儲存罐及下方的送粉超聲裝置組成的混粉裝置來分散和輸送陶瓷微粉。陶瓷微粉儲存罐下部的送粉超聲裝置在超聲頻振動時產(chǎn)生超聲沖擊作用以及低壓氣流的擾動作用防止微粉出口阻塞現(xiàn)象的產(chǎn)生，使得微粉很好的分散；同時，陶瓷微粉儲存罐罐體內(nèi)部上下有一定的壓差，陶瓷微粉在壓力作用下通過陶瓷微粉儲存罐出粉口進入混粉管道之中，控制步進電機的速度就可以控制送粉比例。

14、（2）采用雙級霧化噴嘴對金屬液流進行霧化，上級低壓噴嘴采用超聲低壓緊耦合環(huán)縫噴嘴，下級高壓噴嘴采用高壓超音速噴嘴；上級低壓噴嘴混有陶瓷微粉的低壓氣流的噴射速度低，對噴嘴的磨損輕，相對于單級霧化噴嘴不會因為高壓快速磨損而使實驗無法進行；下級高壓噴嘴噴出的是高壓純惰性氣體，不會對噴嘴產(chǎn)生磨損作用。

15、（3）采用環(huán)形氬氣噴管噴出惰性氣體氬氣，對破碎液滴進行冷卻凝固，增加液滴旋轉(zhuǎn)二次粉碎盤，冷卻速度可以通過控制環(huán)狀氬氣噴射速度和流量進行精準(zhǔn)控制，從而制備出不同條件下所需的陶瓷-鎳基球形復(fù)合粉末。

16、（4）制備陶瓷-鎳基球形復(fù)合粉末的工藝過程可實現(xiàn)自動化，性能穩(wěn)定可靠，適于高性能3d打印用復(fù)合粉末的規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備裝置，其特征在于：包括陶瓷微粉儲存罐、儲氣罐、熔煉罐和霧化罐，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備裝置，其特征在于：所述霧化罐下部還設(shè)置有循環(huán)冷卻水管。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備裝置，其特征在于：所述霧化罐上還設(shè)置有抽真空裝置。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3?所述的一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備裝置，其特征在于：所述霧化罐上還設(shè)置有除塵裝置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備裝置，其特征在于：所述低壓輸氣管道和高壓輸氣管道上設(shè)置有壓力表。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備裝置，其特征在于：所述低壓輸氣管道和陶瓷微粉儲存罐之間的管道上設(shè)置有調(diào)壓閥。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備裝置，其特征在于：所述上級低壓噴嘴的下方設(shè)置有熔煉超聲裝置。

8.利用權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備裝置的一種3d打印用陶瓷-鎳基復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種3D打印用陶瓷?鎳基復(fù)合粉末的制備裝置及方法，屬于3D打印用陶瓷?鎳基球形復(fù)合粉末制備技術(shù)領(lǐng)域。一種3D打印用陶瓷?鎳基復(fù)合粉末的制備裝置，儲氣罐通過低壓輸氣管道與陶瓷微粉儲存罐連接，加熱漏包位于熔煉爐的下方，經(jīng)熔煉爐加熱后的熔融金屬進入加熱漏包之中；陶瓷微粉儲存罐通過混粉管道與上級低壓噴嘴連接，儲氣罐通過高壓輸氣管道與下級高壓噴嘴連接；所述上級低壓噴嘴、下級高壓噴嘴均與導(dǎo)流通道連接。霧化罐的上部設(shè)置有環(huán)形氬氣噴管，在霧化罐投料口的正下方設(shè)置有旋轉(zhuǎn)二次粉碎盤。該裝置制備陶瓷?鎳基球形復(fù)合粉末的工藝過程可實現(xiàn)自動化、性能穩(wěn)定可靠，適于高性能3D打印用復(fù)合粉末的規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：姜林志,張桂香,相金力,夏延丹,張浩哲,趙玉剛,趙國勇,高躍武,張海云,孟建兵
受保護的技術(shù)使用者：山東理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26