[发明专利]金属粉末和合金的制造和应用

说明书

优先权

本申请要求2009年7月17日提交的共同审理中美国临时申请序列号61/226,367和2010年5月18日提交的共同审理中美国临时申请序列号61/345,823的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

发明领域

本申请涉及金属粉末生产和这些金属粉末的应用。

发明背景

金属粉末在多种应用中具有有用。但是，充分利用这些粉末的能力可能被限制，当它们的表面以氧化物膜涂层时(和当其它气体在颗粒表面存在时，或者在颗粒的主体内)。具体地，由于粉末中存在的氧含量和其对于金属烧结与其它特征的影响，利用金属粉末的应用可能被限制。

在本发明中，描述制造的方法，其使用金属卤化物、或金属卤化物的混合物的液相还原生产金属颗粒，涂层在生产作为反应副产物的盐中。可以选择反应条件以选择一系列金属颗粒大小，且盐涂层阻止了氧化(或者与其它空气气体的反应)，和允许迄今使用金属粉末难于实现的一系列应用。

在下文中，应该理解“金属”指至少一种金属元素和潜在地多于一种金属元素，而“金属卤化物”指至少一种金属卤化物和潜在地多于一种金属卤化物。而且，“还原剂”指在其中金属卤化物被还原为金属粉末的还原介质。

发明概述

本发明涉及金属粉末的生产和一系列使用中的它们的应用，对于其生产方法是便利的，并且也是经济上有利的。本发明的一种优选的方法包括：

(a)将液态金属卤化物引入含有还原剂的反应堆容器中，还原剂优选地为碱金属或碱土金属，和最优选地为金属钠，在所述反应堆容器中控制还原剂的液面以保持在预先确定的限度内，并且使得还原剂对于金属卤化物总是化学计量过量的；

(b)使得反应产物(金属、一种或多种的还原的卤化物、和过量的还原剂)从反应堆容器中的还原剂分离。

因此产生的金属是以包囊在一种或多种盐中的金属粉末的形式。一般的盐是NaCl以及其它碱金属盐或碱土金属盐。根据心中的应用，金属粉末可以从一种/多种盐中分离，或其它地可以被进一步处理，虽然包囊在一种/多种盐中。

通过该方法生产的颗粒大小由多种因素控制，包括反应温度、试剂的流速和被处理的一种或多种的特定金属。选择颗粒大小的能力是主要的，且是本发明吸引人的方面。

通过该方法学生产的金属非常适合于生产粉末冶金部件、组件和装置，因为其可以烧结形成固体部件，没有包含氧气、氮气或其它气体，所有这些气体可能对于通过粉末冶金技术形成的冶金部件、组件和物体的冶金性能具有有害的影响。以下的加工是可能的：在适当位置用盐涂层，或者以避免使这种使金属粉末暴露于有害气体污染物地方式去除盐涂层之后，或者通过用合适溶剂(例如，水)去除盐涂层和然后加工金属粉末以去除有暴露于溶剂所产生的任何表面污染物。

通过该方法生产的金属同样非常适合于形成多孔结构，在多孔结构中盐涂层金属可以被受压在一起，直到金属颗粒彼此物理上接触。材料可以然后进行烧结，随后洗涤，以生产多孔物体。

通过该方法学生产的金属同样非常适合于金属涂层和片的形成。盐涂层的颗粒可以施加于基底，然后可以去除盐涂层以剩下金属粉末的涂层(其可以进行烧结形成片或涂层)，或者金属的涂层，如果在足够高温度实现盐去除以在金属涂层内烧结金属。

通过该方法学生产的金属同样非常适合于金属部件、组件和物体的形成，通过挤压和烧结金属粉末至期望的最终产品形状，使用粉末冶金学熟知的技术。

可以去除金属颗粒的盐涂层，例如通过水洗涤，以生产金属粉末，在其中粉末的表面涂布金属氧化物。该粉末可以进一步进行处理，例如，成为：粉末冶金部件、物体和组件；多孔组件和阳极；涂层或者片，在金属烧结之前具有去氧步骤，或者另外充分利用氧化物的较低的熔点以在其氧化物存在下烧结粉末。通过加热金属颗粒至盐的沸点以上(通过施加真空可以加速的方法)，以及通过施加压力到金属挤压掉(squeeze off)盐，同样可以去除盐涂层。去除盐的方法(一种或多种)的精确的选择取决于最终产物和期望的金属纯度的选择，且对于本领域技术人员将是明显的。

粘合剂可以加到金属粉末以增强加工特征，例如，提高浇注金属薄膜的能力。粘合剂应该进行选择，使得其通过加热或以避免金属表面氧化的这种方式地其它方法可以从金属中去除。

最后，本文描述的所有方法可以使用代替优选的液相还原剂的气相还原剂实现。