CN117177827A - 球化铜或其它金属粉末的微波等离子体加工 - Google Patents
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Abstract
本文公开了使用微波等离子体加工合成球化金属或金属合金粉末的***和方法。在一些实施方案中，所述金属或金属合金可包含高韧性、软质和/或可锻金属或金属合金以致所述金属或金属合金的机械加工是困难的或不可能的。在一些实施方案中，将挥发性材料分散在金属或金属合金原料内以使所述原料能够机械加工和预加工。在一些实施方案中，分散的挥发性材料改变原料的物理性质，以使由于高延展性、柔软性和/或可锻性而难以机械加工的金属或金属合金在预加工步骤中容易机械加工。在一些实施方案中，可以将预加工的原料供入等离子体加工装置。在一些实施方案中，分散在原材料内的挥发性材料可在暴露于微波等离子体装置时气化。
Description
通过引用并入任何优先权申请
本申请依据35U.S.C.§119(e)要求2022年3月31日提交的美国临时申请No.63/200,848的优先权利益，其整个公开内容经此引入并入本文。
背景
领域
本公开的一些实施方案涉及由原材料使用等离子体加工将金属，特别是铜或其它软质、韧性和/或可锻(malleable)金属合成为球形或类球形粉末产品的***和方法。
描述
制备一些形式的工业粉末的一个重要方面是球化工艺，其将不规则形状或有角的粉末转化为球形低孔隙率粒子。这样的球形粉末在如注射成型、热喷涂、增材制造等应用中表现出优异的性质。
制造球状金属粉末，尤其是包含软质、韧性和/或可锻金属的金属粉末可带来许多挑战。实现所需球形形状、所需孔隙率水平(例如，无孔隙率到非常多孔)以及所需组成和微观结构可能是困难的。另外，这样的金属可能难以研磨、碾磨或以其它方式机械加工。
为了可用于需要高粉末流动的增材制造(AM)或粉末冶金(PM)应用，金属粉末粒子应该表现出球形形状，这可以通过球化工艺实现。这种工艺涉及在热环境中熔融粒子，由此液态金属的表面张力将各个粒子成形为球形几何形状，然后冷却和再固化。
用于由软质、韧性和/或可锻金属原料合成球形金属粉末的现有***和方法是有缺陷的。因此，需要用于此类材料的球化的新***和方法。
概述
对于这一概述，本文描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。要理解的是，根据本发明的任何特定实施方案不一定可以实现所有这些优点。因此，例如，本领域技术人员会认识到，本发明可以以实现如本文教导的一个优点或一组优点的方式具体化或执行，而不必实现如本文可能教导或提出的其它优点。
本文中的一些实施方案涉及一种制造铜球化粉末的方法，所述方法包括：提供铜原料；通过熔融铜原料并将熔融的铜原料与挥发性材料混合而将挥发性材料分散在铜原料内；机械加工所述铜原料以产生在预定粒子体积范围内的金属粒子，以适合用作微波等离子体工艺中的原料；和对所述金属粒子施加微波等离子体工艺以使挥发性材料气化并形成铜球化粉末。
在一些实施方案中，所述方法进一步包括在机械加工所述铜原料之前将熔融的铜原料冷却。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在施加微波等离子体工艺之前将所述铜原料铸造成预定形状。在一些实施方案中，所确定的粒子体积范围为15至63微米。在一些实施方案中，对所述金属粒子施加微波等离子体工艺包括将所述金属粒子引入微波等离子体炬的排气(exhaust)中或引入微波等离子体炬的羽流(plume)中。在一些实施方案中，通过研磨或压碎铜原料而不使铜原料脆化来机械加工所述铜原料。在一些实施方案中，分散的挥发性材料改变铜原料的物理性质以促进铜原料的机械加工。
本文中的一些实施方案涉及一种制造铜球化粉末的方法，所述方法包括：将通过机械加工获得的金属粒子引入微波等离子体炬，所述金属粒子包含：铜；和分散在铜内的挥发性材料；在微波等离子体炬内熔融和球化所述金属粒子以气化所述挥发性材料并形成所述铜球化粉末。
在一些实施方案中，所述方法进一步包括熔融铜和将挥发性材料与熔融的铜混合以形成金属粒子。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在机械加工金属粒子之前冷却所述金属粒子。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在将金属粒子引入微波等离子体炬之前将所述金属粒子铸造成预定形状。在一些实施方案中，所述金属粒子通过机械加工获得，所述机械加工包括研磨或压碎金属粒子而不使金属粒子脆化。在一些实施方案中，所述金属粒子仅被微波等离子体炬部分表面熔融。在一些实施方案中，分散的挥发性材料改变金属粒子的物理性质以促进金属粒子的机械加工。
在一些实施方案中，所述铜球化粉末包含中值球形度为至少0.75的粒子。在一些实施方案中，所述铜球化粉末包含中值球形度为至少0.90的粒子。在一些实施方案中，所述球化金属或金属合金粉末具有粒度分布范围的下端为5至45微米和粒度分布范围的上端为15至105微米的粒度分布。
本文中的一些实施方案涉及根据一种方法制造的球化粉末，所述方法包括：提供铜原料；通过熔融铜原料并将熔融的铜原料与挥发性材料混合而将挥发性材料分散在铜原料内；机械加工所述铜原料以产生在预定粒子体积范围内的金属粒子，以适合用作微波等离子体工艺中的原料；和对所述金属粒子施加微波等离子体工艺以使挥发性材料气化并形成铜球化粉末。
本文中的一些实施方案涉及根据一种方法制造的球化粉末，所述方法包括：将通过机械加工获得的金属粒子引入微波等离子体炬，所述金属粒子包含：铜；和分散在铜内的挥发性材料；和在微波等离子体炬内熔融和球化所述金属粒子以气化所述挥发性材料并形成所述铜球化粉末。
在一些实施方案中，权利要求18的球化粉末，其中所述球化粉末包含中值球形度为至少0.75的粒子。在一些实施方案中，权利要求18的球化粉末，其中所述球化粉末包含中值球形度为至少0.90的粒子。
附图简述
提供附图以图解示例性实施方案并且无意限制本公开的范围。结合附图参考以下说明书将得到对本文描述的***和方法的更好理解，其中：
图1图解根据本文所述的一些实施方案生产球化金属粉末材料的方法的示例性流程图。
图2图解根据本公开的实施方案的可用于生产粉末的顶部进料型微波等离子体炬的一个实施方案。
图3A-3B图解根据本公开的侧面进料斗实施方案的可用于生产粉末的微波等离子体炬的实施方案。
详述
尽管下面公开了某些优选实施方案和实例，但本发明的主题超出具体公开的实施方案延伸到其它替代性实施方案和/或用途及其修改和等同物。因此，所附权利要求书的范围不受下面描述的任何特定实施方案的限制。例如，在本文公开的任何方法或工艺中，该方法或工艺的动作或操作可以以任何合适的顺序执行，并且不一定限于任何特定的公开顺序。各种操作可以以可能有助于理解某些实施方案的方式描述为多个离散操作；但是，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作是顺序相关的。另外，本文所述的结构、***和/或装置可具体化为集成组件或单独组件。出于比较各种实施方案的目的，描述了这些实施方案的某些方面和优点。通过任何特定实施方案不一定实现所有这些方面或优点。因此，例如，各种实施方案可以以实现或优化如本文教导的一个优点或一组优点的方式执行，而不必实现如本文也可能教导或提出的其它方面或优点。
现在将描述某些示例性实施方案以提供对本文公开的装置和方法的结构、功能、制造和用途的原理的全面理解。这些实施方案的一个或多个实例在附图中示出。本领域技术人员将理解，本文具体描述并在附图中示出的装置和方法是非限制性的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征可以与其它实施方案的特征组合。这样的修改和变化旨在包括在本技术的范围内。
本文公开了使用微波等离子体加工进行原材料球化的方法、装置和***的实施方案。对于预加工初始原料以及在微波等离子体炬中加工以实现所需球化，每种不同的原材料具有其自身的关键的、专门的和独特的要求。具体地，本文公开的原材料涉及软质、韧性和/或可锻金属或金属合金进料。在一些实施方案中，原料可能需要初始预加工或特定的等离子体加工以合成球化金属粒子。如本文中公开，在微波等离子体炬中的加工可包括将原料供入微波等离子体炬、微波等离子体炬的等离子体羽流和/或微波等离子体炬的排气中。位置可随所用原料的类型而变化。此外，可以基于不同的要求选择原料。要求的实例是纵横比、粒度分布(PSD)、化学、密度、直径、球形度、氧合、硬度和延展性。
本文中的一些实施方案涉及使用微波等离子体加工由金属或金属合金原料合成球形金属粉末的***和方法，其中金属或金属合金具有物理性质，如高延展性、柔软性和/或可锻性。在一些实施方案中，可能很难获得可用于等离子体加工的包含这样的金属的原料。通常，对于具有相对低延展性和高硬度的金属，可以通过机械加工(例如，研磨(milling)、插销(slotting)、钻孔(drilling)、攻丝(tapping)、扩孔(counterboring)、倒角(chamfering)、螺纹加工(threading)、滚花(knurling)、钎焊(brazing)、开槽(grooving)、修边(trimming)等)例如废金属形式的金属获得等离子体加工原料。另一方面，具有高延展性和低硬度的金属或金属合金很难机械加工。因此，在一些工业中，形成合金代替纯金属以改进机械加工性。但是，在一些情况下，某些应用，如AM或PM应用需要纯球化金属粉末。因此，需要用于制备包含高延展性、低硬度金属或金属合金的用于等离子体加工的原料的新***和方法。这样的金属或金属合金的实例包括低碳钢、不锈钢、镍合金、钛和铜。
图1图解根据本文所述的一些实施方案生产球化金属粉末材料的方法的示例性流程图。在一些实施方案中，在102处，提供金属或金属合金原料。在一些实施方案中，该金属或金属合金可包含高韧性、软质和/或可锻金属或金属合金以致该金属或金属合金的机械加工是困难的或不可能的。在一些实施方案中，该金属或金属合金原料包含低碳钢、不锈钢、镍合金、钛或铜。在一些实施方案中，在104处，将挥发性材料分散在金属或金属合金原料内。在一些实施方案中，分散的挥发性材料改变原料的物理性质，以使由于高延展性、柔软性和/或可锻性而通常难以机械加工的金属或金属合金在预加工步骤中容易机械加工。因此，具有分散在其中的挥发性材料的原料可以在106处通过研磨或其它机械加工更容易地进行预加工以实现所需粒子形状、纵横比和/或尺寸分布。在一些实施方案中，在108处，可以将预加工的原料供入等离子体加工装置，如图2和图3A-3B中所示的那些，以进行微波等离子体加工。在一些实施方案中，分散在原材料内的挥发性材料可在暴露于微波等离子体装置时气化。在一些实施方案中，在110处，预加工的原材料的等离子体加工可以合成纯的球化金属或金属合金粒子，在最终产物中基本没有挥发性材料的污染。
在一些实施方案中，原料的体积分布可与最终球化粉末相同。在一些实施方案中，原料的总体积可与最终球化粉末大致相同。在一些实施方案中，原料的总体积可以在最终球化粉末的1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％或20％(或大约1％、大约2％、大约3％、大约4％、大约5％、大约10％、大约15％或大约20％)内。
在一些实施方案中，原料金属或金属合金可以在引入等离子体工艺之前进行预加工。例如，可以筛分原料金属或金属合金以除去大的附聚物，并选择为要在等离子体中加工的所需尺寸。在一些实施方案中，原料金属或金属合金可以用水、表面活性剂、洗涤剂、溶剂或任何其它化学品如酸清洁以除去污染。在一些实施方案中，如果金属或金属合金被任何磁性材料污染，可以磁性清洁原料金属或金属合金。在一些实施方案中，该清洁除去污染物如陶瓷和油。在一些实施方案中，可以预处理原料金属或金属合金以使其脱氧。在一些实施方案中，可以对原料金属或金属合金进行除尘以除去细粒。
在一些实施方案中，如本文所用的金属或金属合金可包括低碳钢、不锈钢、镍合金、钛或铜。钛或铜对于研磨特别成问题，因为它们是高度延展性的，因此只会弯曲或改变形状，并且在没有脆化(如通过氢化或低温冷冻)的情况下不会适当地分解成粉末。但是，本公开的实施方案可以在没有这样的脆化过程的情况下研磨铜、铜合金、钛或钛合金。
在一些实施方案中，本文的方法可包括分析原料的选择、原料尺寸/纵横比、将原料形成为适用于等离子体加工的材料的机械加工方法和最终所需粒子体积之间的相互关系，以创建特定应用所需的粒度分布。在一些实施方案中，最终特定应用可以是例如具有15-45微米(或大约15至大约45微米)、或15-63微米(或大约15至大约63微米)或20-63微米(或大约20-大约63微米)的粒度分布(PSD)的激光床熔合、可具有45-105微米(或大约45至大约105微米)或105-150微米(或大约105至大约150微米)的粒度分布的电子束加工或金属注射成型(MIM)。在一些实施方案中，PSD可以表示为原料中的粒子的D50。在一些实施方案中，通过喷射研磨、湿磨或球磨加工原料。在一些实施方案中，原料的PSD为15-15微米、15-45微米、20-63微米、45-105微米或105至150微米。PSD可以根据最终应用粉末加工技术调节，如激光粉末床熔合、直接能量沉积、粘合剂喷射印刷、金属注射成型和热等静压。
在一些实施方案中，将原料定制为具有与加工过的粉末的所需PSD的体积分布大致相等的体积分布。基于4/3*π*r3计算体积，其中‘r’是加工过的粉末的半径。在一些实施方案中，大部分原料粒子具有在大约4/3π(x/2)3至大约4/3π(y/2)3的范围内的体积，其中x是所需粒度分布的下端，y是所需粒度分布的上端。在一些实施方案中，基本所有原料粒子具有在大约4/3π(x/2)3至4/3π(y/2)3的范围内的体积。在一个实例中，预加工和加工过的原料的体积分布可以为大约65.45μm3至大约47,712.94μm3，对应于加工过的粉末的5至15微米的所需粒度分布。在一些实施方案中，预加工的原料的平均或中值纵横比总体上可以为2∶1至200∶1、3∶1至200∶1、4∶1至200∶1、或5∶1至200∶1。但是，任何公开的比率/直径可用于体积计算。在加工后，粒度分布在一个实例中可为5至45微米。也考虑了其它粒度分布，包括但不限于PSD范围的下端为5至45微米和PSD范围的上端为15至105微米的粒度分布(例如，5至15微米、15至45微米、45至105微米)。
粒度分布对粉末流动性和提供均匀粉末床密度的能力具有直接影响。这又决定了加工粉末粒子所需的能量输入并影响表面光洁度。例如，可用于AM工艺的球化粉末可具有大约15-45微米、大约20-63微米或大约45-106微米的粒度分布。但是，根据本文所述的方法和***，球化粉末可包含在纳米范围至毫米范围内的粒度分布。
此外，为了可用于需要高粉末流动的增材制造或粉末冶金(PM)应用，金属粉末粒子应该表现出球形形状，这可以通过等离子体球化工艺实现。这种工艺涉及粒子在热环境中完全熔融、表面熔融或部分熔融，由此液态金属的表面张力将各个粒子成形为球形几何形状，然后冷却和再固化。
在一些实施方案中，通过等离子体加工获得的最终粒子可以是球形的、球化的或类球形的，这些术语可互换使用。有利地，通过使用与所公开的每种不同原料相关的关键和具体的公开内容，可以将所有原料转化成球形粉末。
本公开的实施方案涉及生产基本球化或已经发生显著球化的粒子。在一些实施方案中，球形、类球形或球化粒子是指球形度大于特定阈值的粒子。可以通过使用以下方程采用与该粒子匹配的体积V计算球体的表面积A球体，理想化来计算粒子球形度：
A球体，理想化＝4πr理想化 2
可以将理想化表面积与粒子的实测表面积A球体，理想化进行比较：
在一些实施方案中，粒子可具有大于0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99(或大于大约0.5、大约0.6、大约0.7、大约0.75、大约0.8、大约0.8、大约0.91、大约0.95或大约0.99)的球形度。在一些实施方案中，粒子可具有0.75或更大或0.91或更大(或大约0.75或更大或大约0.91或更大)的球形度。在一些实施方案中，粒子可具有小于0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99(或小于大约0.5、大约0.6、大约0.7、大约0.75、大约0.8、大约0.8、大约0.91、大约0.95或大约0.99)的球形度。在一些实施方案中，如果粒子的球形度等于或高于任何上述球形度值，该粒子被认为是球形的、类球形的或球化的，在一些优选实施方案中，如果粒子的球形度等于或约为0.75或更大或等于或约为0.91或更大，该粒子被认为是球形的。
在一些实施方案中，给定粉末内的所有粒子的中值球形度可以大于0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99(或大于大约0.5、大约0.6、大约0.7、大约0.75、大约0.8、大约0.8、大约0.91、大约0.95或大约0.99)。在一些实施方案中，给定粉末内的所有粒子的中值球形度可以小于0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99(或小于大约0.5、大约0.6、大约0.7、大约0.75、大约0.8、大约0.8、大约0.91、大约0.95或大约0.99)。在一些实施方案中，如果对给定粉末测量的所有或一定阈值百分比(如以下任何分数所述)的粒子具有大于或等于任何上述球形度值的中值球形度，该粉末被认为是球化的，在一些优选实施方案中，如果所有或一定阈值百分比的粒子具有等于或约为0.75或更大或等于或约为0.91或更大的中值球形度，该粉末被认为是球化的。
在一些实施方案中，粉末内的可高于如上所述的给定球形度阈值的粒子的分数可以大于50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％(或大于大约50％、大约60％、大约70％、大约80％、大约90％、大约95％或大约99％)。在一些实施方案中，粉末内的可高于如上所述的给定球形度阈值的粒子的分数可以小于50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％(或小于大约50％、大约60％、大约70％、大约80％、大约90％、大约95％或大约99％)。
粒度分布和球形度可以通过任何合适的已知技术测定，如通过SEM、光学显微术、动态光散射、激光衍射、使用图像分析软件手动测量尺寸，例如在相同材料截面或样品的至少三个图像上每个图像大约15-30个测量，以及任何其它技术。
图2图解根据本文中的一些实施方案的可用于生产材料的微波等离子体炬200的一个实施方案。在一些实施方案中，可以经由一个或多个原料入口202将原料引入微波等离子体204中。在一些实施方案中，可以将夹带气流和/或鞘流(sheath flow)注入微波等离子体施加器205，以在经由微波辐射源206点燃等离子体204之前在等离子体施加器内创造流动条件。在一些实施方案中，夹带流和鞘流都是轴对称的和层流的，而在另一些实施方案中，这些气流是涡旋的。在一些实施方案中，可以将原料引入微波等离子体炬200中，其中原料可以被气流夹带以将该材料引向等离子体204。
该气流可包含周期表的稀有气体列，如氦气、氖气、氩气等。尽管可以使用上述气体，但是要理解的是，可以根据所需的材料和加工条件使用各种气体。在一些实施方案中，在微波等离子体204内，原料可发生物理和/或化学转变。入口202可用于引入工艺气体以朝等离子体204夹带和加速原料。在一些实施方案中，可以创建第二气流以为等离子体施加器204和反应室210的内壁提供覆盖层(sheathing)，以保护这些结构避免由于来自等离子体204的热辐射而熔融。
可以手动或自动调节由等离子体施加器205产生的微波等离子体204的各种参数，以获得所需材料。这些参数可以包括例如功率、等离子体气体流速、等离子体气体类型、延长管的存在、延长管材料、反应室或延长管的绝缘水平、延长管的涂覆水平、延长管的几何形状(例如锥形/阶梯形(tapered/stepped))、进料尺寸、进料注入速率、进料入口位置、进料入口取向、进料入口数量、等离子体温度、停留时间和冷却速率。所得材料可以离开等离子体进入密封室212，在此将该材料淬火，然后收集。
在一些实施方案中，原料在微波等离子体施加器之后注入以在微波等离子体炬的“羽流”或“排气”中加工。因此，在等离子体炬芯管208的出口端处或更下游接合微波等离子体炬的等离子体。在一些实施方案中，可调节的下游进料能够通过精确设定温度水平和停留时间而使原料在下游在适于原料的最佳熔融的温度下与等离子体羽流接合。调节入口位置和等离子体特性使得能够进一步定制材料特性。此外，在一些实施方案中，通过调节功率、气体流速、压力和设备配置(例如引入延长管)，可以调节等离子体羽流的长度。
在一些实施方案中，进料配置可包括围绕等离子体羽流的一个或多个单独进料喷嘴。原料可以从任何方向进入等离子体，并且可以根据入口202的布置和取向围绕等离子体以360°进给。此外，通过调节入口202的布置，原料可以在沿等离子体204的长度的特定位置进入等离子体，在此已经测量了特定温度并估算停留时间以提供所得材料的理想特性。
在一些实施方案中，可以调节入口202相对于等离子体204的角度，以使原料可以相对于等离子体204以任何角度注入。例如，可以调节入口202，以使原料可以相对于等离子体204的方向以大约0度、大约5度、大约10度、大约15度、大约20度、大约25度、大约30度、大约35度、大约40度、大约45度、大约50度、大约55度、大约60度、大约65度、大约70度、大约75度、大约80度、大约85度或大约90度或在任何上述值之间的角度注入等离子体中。
在一些实施方案中，下游注入法的实施可以使用下游涡旋或淬火。下游涡旋是指可以在等离子体施加器的下游引入附加涡旋组件(additional swirl component)以使粉末保持远离施加器205、反应室210和/或延长管214的壁。
在一些实施方案中，微波等离子体装置的反应室210的长度可为大约1英尺、大约2英尺、大约3英尺、大约4英尺、大约5英尺、大约6英尺、大约7英尺、大约8英尺、大约9英尺、大约10英尺、大约11英尺、大约12英尺、大约13英尺、大约14英尺、大约15英尺、大约16英尺、大约17英尺、大约18英尺、大约19英尺、大约20英尺、大约21英尺、大约22英尺、大约23英尺、大约24英尺、大约25英尺、大约26英尺、大约27英尺、大约28英尺、大约29英尺或大约30英尺，或在上述值之间的任何值。
在一些实施方案中，可以通过调节各种加工条件和设备配置而延长的等离子体204的长度可为大约1英尺、大约2英尺、大约3英尺、大约4英尺、大约5英尺、大约6英尺、大约7英尺、大约8英尺、大约9英尺、大约10英尺、大约11英尺、大约12英尺、大约13英尺、大约14英尺、大约15英尺、大约16英尺、大约17英尺、大约18英尺、大约19英尺、大约20英尺、大约21英尺、大约22英尺、大约23英尺、大约24英尺、大约25英尺、大约26英尺、大约27英尺、大约28英尺、大约29英尺或大约30英尺，或在上述值之间的任何值。
图3A-3B图解一种示例性微波等离子体炬，其包括侧面进料斗而非图2的实施方案中所示的顶部进料斗，因此允许下游进料。因此，在这种实施方式中，原料在微波等离子体炬施加器之后注入以在微波等离子体炬的“羽流”或“排气”中加工。因此，在等离子体炬的出口端处接合微波等离子体炬的等离子体，以允许原料的下游进料，而非参考图2讨论的顶部进料(或上游进料)。这种下游进料可以有利地延长焰炬的寿命，因为无限期地防止热区受到热区内衬壁上的任何材料沉积的影响。此外，其能够通过精确设定温度水平和停留时间而在适于粉末的最佳熔融的温度下在下游接合等离子体羽流。例如，能够使用微波功率、气体流量和含有等离子体羽流的淬火容器中的压力来调节羽流的长度。
通常，下游球化方法可以利用两种主要的硬件配置以建立稳定的等离子体羽流，所述配置是：如美国专利公开No.2018/0297122中所述的环形炬，或US 8748785 B2和US9932673 B2中所述的涡流炬。图2A和图2B显示可以用环形炬或涡流炬实施的方法的实施方案。在等离子体炬的出口处与等离子体羽流紧耦合的进料***用于轴对称地进给粉末以保持工艺均匀性。其它进料配置可包括围绕等离子体羽流的一个或多个单独进料喷嘴。
可以将进料314引入微波等离子体炬302中。料斗306可用于在将进料314供入微波等离子体炬302、羽流或排气之前储存进料314。在替代性实施方案中，原料可以沿等离子体炬的纵轴注入。可以通过波导304将微波辐射引入等离子体炬中。将进料314供入等离子体室310，并使其与由等离子体炬302生成的等离子体接触。当与等离子体、等离子体羽流或等离子体排气接触时，进料熔融。仍然在等离子体室310中的同时，进料314冷却和固化，然后收集到容器312中。或者，进料314可以在仍为熔融相的同时离开等离子体室310，并在等离子体室的外部冷却和固化。在一些实施方案中，可以使用淬火室，其可以使用或可以不使用正压。尽管与图2分开描述，但图3A-3B的实施方案被理解为使用与图2的实施方案类似的特征和条件。
附加实施方案
在前述说明书中，已经参考其具体实施方案描述了本发明。但是，显而易见的是，可以对其作出各种修改和变动而不脱离本发明的更广泛的精神和范围。因此，说明书和附图被认为是示例性的而非限制性的。
实际上，尽管已经在某些实施方案和实例中公开了本发明，但本领域技术人员将理解，本发明超出具体公开的实施方案延伸到本发明的其它替代性实施方案和/或用途及其明显的修改和等同物。此外，尽管已经详细显示和描述了本发明的实施方案的几个变体，但在本发明范围内的其它修改将是本领域技术人员基于本公开显而易见的。还考虑到可以作出实施方案的具体特征和方面的各种组合或子组合，并且仍然落在本发明的范围内。应该理解的是，所公开的实施方案的各种特征和方面可以互相组合或替代，以形成所公开的发明的实施方案的不同模式。本文公开的任何方法不需要以所列举的顺序执行。因此，本文公开的本发明的范围不应受上述特定实施方案的限制。
要认识到，本公开的***和方法各自具有几个创新方面，其中没有任何单个方面对本文公开的理想属性完全负责或是其唯一需要的。上述各种特征和工艺可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合旨在落入本公开的范围内。
本说明书中在分开的实施方案中描述的某些特征也可以在单个实施方案中组合实现。相反，在单个实施方案中描述的各种特征也可以分开或以任何合适的子组合在多个实施方案中实现。此外，尽管特征在上文中可能被描述为以某些组合起作用并且甚至最初就这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变化。没有单个特征或特征组是对于每个实施方案都必需的或不可缺少的。
还要认识到，除非另有明确说明或在所使用的上下文中另有理解，本文所用的条件词语，例如“可以”、“可能”、“例如”等通常旨在表达某些实施方案包括某些特征、要素和/或步骤，而另一些实施方案不包括。因此，这样的条件词语通常无意暗示特征、要素和/或步骤无论如何是一个或多个实施方案所必需的或一个或多个实施方案必须包括判断在任何特定实施方案中是否包括或要执行这些特征、要素和/或步骤的逻辑(存在或不存在作者输入或提示)。术语“包含”、“包括”、“具有”等是同义的，并且以开放方式包容性地使用，不排除附加的要素、特征、动作、操作等。此外，术语“或”在其包容性意义上(而非在其排他性意义上)使用，以致当用于例如连接要素清单时，术语“或”是指该清单中的一个、一些或所有要素。此外，除非另有规定，本申请和所附权利要求书中所用的冠词“一个”、“一种”和“该”应被解释为是指“一种或多种”或“至少一种”。类似地，尽管可能在附图中以特定顺序描绘操作，但要认识到，这些操作不需要以所示的特定顺序或按先后顺序执行或不需要执行所有图示操作，以实现理想的结果。此外，附图可以以流程图的形式示意性描绘一个或多个示例性过程。但是，没有描绘的其它操作可以并入示意性图示的示例性方法和过程中。例如，可以在任何图示操作之前、之后、同时或之间执行一个或多个附加操作。另外，这些操作在另一些实施方案中可能重新排列或重新排序。在某些情况下，多任务和并行加工可能是有利的。此外，上述实施方案中的各种***组件的分离不应被理解为在所有实施方案中都需要这样的分离，并且应该理解的是，所描述的程序组件和***通常可以一起集成在单个软件产品中或打包到多个软件产品中。另外，其它实施方案在以下权利要求书的范围内。在一些情况下，权利要求书中列举的动作可以以不同的顺序执行，并且仍然实现理想的结果。
此外，尽管本文描述的方法和装置可能可以有各种修改和替代形式，但其具体实例已经显示在附图中并在本文中详细描述。但是，应该理解的是，本发明不限于所公开的特定形式或方法，而是相反，本发明应该覆盖落在所描述的各种实施方案和所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。此外，本文中结合一个实施方式或实施方案公开的任何特定特征、方面、方法、性质、特性、品质、属性、要素等可用于本文阐述的所有其它实施方式或实施方案。本文公开的任何方法不需要以所列举的顺序执行。本文公开的方法可包括由从业者采取的某些操作；但是，该方法还可以包括明示或暗示的对这些操作的任何第三方指令。本文公开的范围也涵盖任何和所有重叠、子范围及其组合。如“最多”、“至少”、“大于”、“小于”、“之间”之类的语言包括所列举的数字。前面带有如“大约”或“大致”之类术语的数字包括所列举的数字，并且应该根据情况进行解释(例如，在这种情况下尽可能合理地准确，例如±5％、±10％、±15％等)。例如，“大约3.5mm”包括“3.5mm”。前面带有如“基本”之类术语的短语包括所述短语，并且应该根据情况进行解释(例如，在这种情况下尽可能合理地解释)。例如，“基本恒定”包括“恒定”。除非另有说明，所有测量都在包括温度和压力的标准条件下进行。
如本文所用，提到一系列事项的“至少一个”的短语是指这些事项的任何组合，包括单个成员。作为一个实例，“A、B或C的至少一个”旨在涵盖：A、B、C、A和B、A和C、B和C、以及A、B和C。除非明确地另有说明，如短语“X、Y和Z的至少一个”之类的连接词语随所用的上下文通常被理解为传达了事项、术语等可以是X、Y或Z的至少一个。因此，这样的连接词语通常无意暗示某些实施方案要求至少一个X、至少一个Y和至少一个Z都各自存在。本文提供的标题(如果有的话)只是为了方便起见，不一定影响本文公开的装置和方法的范围或含义。
因此，权利要求书无意限于本文所示的实施方案，而是被赋予与本公开、本文公开的原理和新颖特征相符的最宽范围。
Claims (20)
1.一种制造铜球化粉末的方法，所述方法包括：
提供铜原料；
通过熔融铜原料并将熔融的铜原料与挥发性材料混合而将挥发性材料分散在铜原料内；
机械加工所述铜原料以产生在预定粒子体积范围内的金属粒子，以适合用作微波等离子体工艺中的原料；和
对所述金属粒子施加微波等离子体工艺以使挥发性材料气化并形成铜球化粉末。
2.权利要求1的方法，其进一步包括在机械加工所述铜原料之前将熔融的铜原料冷却。
3.权利要求1的方法，其进一步包括在施加微波等离子体工艺之前将所述铜原料铸造成预定形状。
4.权利要求1的方法，其中所确定的粒子体积范围为15至63微米。
5.权利要求1的方法，其中对所述金属粒子施加微波等离子体工艺包括将所述金属粒子引入微波等离子体炬的排气中或引入微波等离子体炬的羽流中。
6.权利要求1的方法，其中通过研磨或压碎铜原料而不使铜原料脆化来机械加工所述铜原料。
7.权利要求1的方法，其中分散的挥发性材料改变铜原料的物理性质以促进铜原料的机械加工。
8.一种制造铜球化粉末的方法，所述方法包括：
将通过机械加工获得的金属粒子引入微波等离子体炬，所述金属粒子包含：
铜；和
分散在铜内的挥发性材料；
在微波等离子体炬内熔融和球化所述金属粒子以气化所述挥发性材料并形成所述铜球化粉末。
9.权利要求8的方法，其进一步包括熔融铜和将挥发性材料与熔融的铜混合以形成金属粒子。
10.权利要求8的方法，其进一步包括在机械加工金属粒子之前冷却所述金属粒子。
11.权利要求8的方法，其进一步包括在将金属粒子引入微波等离子体炬之前将所述金属粒子铸造成预定形状。
12.权利要求8的方法，其中所述金属粒子通过机械加工获得，所述机械加工包括研磨或压碎金属粒子而不使金属粒子脆化。
13.权利要求8的方法，其中所述金属粒子仅被微波等离子体炬部分表面熔融。
14.权利要求8的方法，其中分散的挥发性材料改变金属粒子的物理性质以促进金属粒子的机械加工。
15.权利要求8-14任一项的方法，其中所述铜球化粉末包含中值球形度为至少0.75的粒子。
16.权利要求8-15任一项的方法，其中所述铜球化粉末包含中值球形度为至少0.90的粒子。
17.权利要求8-16任一项的方法，其中所述球化金属或金属合金粉末具有粒度分布范围的下端为5至45微米和粒度分布范围的上端为15至105微米的粒度分布。
18.根据一种方法制造的球化粉末，所述方法包括：
将通过机械加工获得的金属粒子引入微波等离子体炬，所述金属粒子包含：
铜；和
分散在铜内的挥发性材料；和
在微波等离子体炬内熔融和球化所述金属粒子以气化所述挥发性材料并形成所述铜球化粉末。
19.权利要求18的球化粉末，其中所述球化粉末包含中值球形度为至少0.75的粒子。
20.权利要求18的球化粉末，其中所述球化粉末包含中值球形度为至少0.90的粒子。
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