[发明专利]金属单晶颗粒的制造方法

说明书

本发明提供了一种金属单晶颗粒的制造方法，具体步骤包括：1)制备金属颗粒；2)将金属颗粒与惰性的固体分散剂均匀混合；3)金属颗粒的单晶化处理：将均匀混合的粉末在金属熔点以下温度退火处理获得金属单晶颗粒，优选退火温度是在该金属熔点以下50℃到200℃的范围；4)除掉固体分散剂获得金属单晶颗粒粉末。本发明将金属颗粒用惰性的固体分散剂隔开，利用高温下金属晶粒强的生长能力制造单晶颗粒。如果步骤1中将金属颗粒制备为球形，通过本发明后续的步骤处理可制备成球形的金属单晶颗粒。本发明涉及金属包括单质金属、金属合金和金属化合物材料单晶颗粒的制造。

技术领域

本发明涉及适用于磁性材料、形状记忆合金、半导体光电材料、金属3D打印等功能材料领域金属单晶颗粒的制造方法。

背景技术

金属单晶是由结构单元在三维空间内呈周期排列而成的固态物质，完全有序排列决定了它具有良好的均匀性和强的各向异性，在形状记忆合金、高性能软磁、磁致伸缩、磁致应变、半导体光电等功能材料领域都有重要应用。但要制备大尺寸单晶材料常常会受到材料种类和制备工艺的限制。一般来说，金属单晶材料制备工艺复杂，生产成本高，难以制备大尺寸成分和性能均一的单晶材料。作为一种替代方法，可以制备金属单晶粉末，将金属单晶粉末与其他材料，比如树脂基粉末，制成复合材料，可以表现出大块单晶材料类似的物性。比如，将铁磁单晶颗粒与树脂基粉末混合后在磁场下成型，磁性单晶颗粒可获得高的取向度，复合材料会表现出与单晶材料类似的磁各向异性。

目前单晶颗粒的制备方法有助溶剂法，它是在高温下从熔融盐熔剂中生长晶体的一种方法，每一种材料生长单晶需要找到适合的助熔剂。助溶剂法可以生长金属化合物单晶颗粒，但很难生长单质金属和合金的单晶颗粒。

另外，常用的制备金属单晶颗粒的方法有机械破碎法。主要有两种方式：第一种，铸锭或速凝成晶片机械破碎：将铸锭或速凝成晶片在高温退火，使晶粒长大，通过机械破碎的方法获得单晶颗粒，颗粒为不规则片状形貌；第二种是熔液抽拔+机械破碎。将熔融的铁磁金属熔体通过拔丝的方法制备铁磁金属纤维，高温退火让晶粒长大后将它们破碎成节状的单晶颗粒。目前用这二种方式制备单晶颗粒仍存在不足，主要表现在金属种类受限、粉末中单晶颗粒所占比例不够高和颗粒的形貌不规则。铸锭或速凝成晶片机械破碎和熔液抽拔机械破碎都会使用机械破碎获得粉末，所以金属材料的种类受到限制，需要是脆性大的材料，比如金属化合物，而合金固溶体就不适合这种方法。另外，虽然脆性大的磁性金属间化合物在机械破碎时容易沿晶间断裂，但仍有部分颗粒会沿晶内断裂，要在粉末中获得高比例的单晶颗粒比较困难。另外，机械破碎后的粉末，颗粒形貌大多为片状，带有尖锐菱角，在与其他材料混合制备复合材料时难以获得高的密度。如果是铁磁金属单晶颗粒，外加磁场取向时，片状颗粒受周围粉末和分散剂的阻碍作用比较大，不像球形颗粒粉末，容易实现外加磁场时颗粒的转动取向，难以获得高的取向度。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种金属单晶颗粒的制造方法，该方法是通过将金属颗粒与惰性的固体分散剂混合，让金属颗粒被惰性固体分散剂隔开，在低于金属熔点以下某一温度退火，通过金属与固体分散剂不反应、不扩散的特性，利用高温下金属晶粒强的生长能力制备金属单晶颗粒。如果让球形金属颗粒与惰性固体分散剂隔开，通过本发明后续的步骤处理可制备球形的金属单晶颗粒。

本发明的技术方案是，一种金属单晶颗粒的制造方法，所述金属单晶颗粒制造方法的包括以下步骤：

(1)制备金属颗粒；

(2)将金属颗粒与惰性的固体分散剂均匀混合；

(3)金属颗粒的单晶化处理：将均匀混合的粉末在金属熔点以下温度退火处理获得单晶颗粒；

(4)除掉固体分散剂获得金属单晶颗粒。

金属包括铜、铝、镓、锡、铁、钴、镍、锰、钛、金、银、稀土单质金属；两种或两种以上单质金属之间形成的合金和金属间化合物，以及单质金属或合金与硼、硅、碳、硫、磷、锗、氮、硒非金属形成的合金和化合物。