本發(fā)明屬于熱噴涂材料，涂層材料，3D打印材料領域，特別是涉及一種亞氧化鈦球形粉末及其制備方法。

背景技術：

符合化學通式Ti_nO_2n-1的亞氧化鈦擁有獨特的物理、化學及電化學性能，包括優(yōu)異的導電性，單晶Ti₄O₇的導電率可以達到1500S/cm，雖然實際制備Ti₄O₇是多晶材料，導電性不能達到單晶導電率，但是因為其導電率優(yōu)于石墨，完全可以滿足電極材料以及導電陶瓷材料的應用；良好的化學穩(wěn)定性，耐酸堿性；寬的電化學穩(wěn)定電位窗口，水溶液中穩(wěn)定電位窗口在3.0V以上。在冶金領域、電鍍領域中具有廣泛的應有前景。

目前制備亞氧化鈦的方法，主要是通過還原性介質(zhì)在高溫條件下還原TiO₂制得，制備出的顆粒多在幾個微米以上，粒徑分布范圍大，形貌不均勻，在熱噴涂過程中，存在噴涂材料與基體結(jié)合性差、粉料流動性差、在管道中運輸困難等問題。這些問題將導致涂層的性能變差，從而導致工件使用過程中涂層材料開裂，脫落等現(xiàn)象的發(fā)生，影響產(chǎn)品的使用。

由于陶瓷材料硬而脆的特點使其加工成形尤其困難，特別是復雜陶瓷件需通過模具來成型，模具具有加工成本高、開發(fā)周期長，難以滿足產(chǎn)品不斷更新的需求。3D打印作為一種快速成型技術，可以解決傳統(tǒng)粉末冶金很難一體成型的問題，但傳統(tǒng)粉末冶金的原料，由于顆粒尺寸、形貌不均勻，很難達到3D打印技術對原料的要求，3D打印對原料要求較高，包括粉末的形貌、粒徑、粒度分布、比表面積、流動性、松裝密度等，一般要求均勻的球形粉末，以保證均勻的分散度、良好的流動性，而現(xiàn)在常用的粉末球形化方法(如氣流球形化等)成本較高，商業(yè)化應用受到較大的限制。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種亞氧化鈦球形粉末及其制備方法，有效的提高了涂層的性能，以及涂層與基體間的結(jié)合力。同時，對于3D打印而言，很好的解決了快速成型過程中成形性和孔隙率的問題。

本發(fā)明所述亞氧化鈦為Ti₃O₅球形粉末、Ti₄O₇球形粉末、Ti₅O₉球形粉末、Ti₆O₁₁球形粉末、Ti₇O₁₃球形粉末、Ti₈O₁₅球形粉末體或Ti₉O₁₇球形粉末。

所述亞氧化鈦球形粉末的制備方法包含：

采用方法1：將亞氧化鈦粉料破碎過篩粉末化，所述過篩篩網(wǎng)目數(shù)為300～600目；在過篩后的粉料中加入成型劑，并混合均勻。然后采用滾筒球形化的方法將粉末球形化，并用30～100目的篩網(wǎng)過篩，取用通過篩網(wǎng)的粉末；再用50～120目的篩網(wǎng)過篩，取用未通過篩網(wǎng)的粉末，即得到粒度分布均勻的球形粉末；

所述的球形化過程，在于采用滾筒球形化，滾筒壁為兩層結(jié)構、中空，中空部分可通入流通水，水溫控制在50～80℃，滾筒轉(zhuǎn)速為15～45r/min，球形化時間為10～20min。

或者采用方法2：

將30～100μm的亞氧化鈦粉料置于穩(wěn)定運行的射頻等離子球化裝置中球化，運行功率為30～100KW，氬氣工作流量為15～40slpm，氬氣保護流量為100～200slpm，系統(tǒng)負壓為0.1-0.5atm送粉氣流量為2～8slpm，送粉速度為20～60g/min。

或者采用方法3：

稱取一定量的亞氧化鈦粉料，并向其中加入成型劑，將各原料通過球磨混料法混合均勻，取出得到混合漿料，采用高速離心噴霧造粒干燥機對上述漿料進行噴霧造粒處理，所述的噴霧造粒工藝為：漿料的流量由恒流泵控制，恒流泵的范圍為10～100g/min，霧化器轉(zhuǎn)速設為10～25kr/min，進口溫度在100～400℃之間，排風出口溫度在80℃～200℃之間，排風出口溫度要確保穩(wěn)定，以保證粉料的含水量一致，即可得到所需樣品。

上述制備方法中，所述的成型劑為聚乙二醇、石蠟、丁納橡膠和SD膠中的其中一種。

上述制備方法中，添加的成型劑的量為原料粉末總質(zhì)量的0.5～5％。

方法二中所述的射頻等離子球化過程，射頻等離子球化中等離子體的溫度在2000℃以上。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明所制備的球形粉末，具有良好的流動性和高的振實密度，在熱噴涂使所制得的涂層更均勻、致密，涂層具有更好的耐磨性。在粉末冶金領域，采用球形粉末制備的坯體密度高，燒結(jié)過程中坯體收縮均勻，因而獲得的制品精度高、性能好。

2、作為3D打印材料而言，本發(fā)明解決了亞氧化鈦材料在3D打印快速成型的條件下孔隙率高和力學性能差的缺點。

3、本發(fā)明所述方法工藝簡單，對設備要求低。重要的是對于陶瓷材料的球形粉末的制備而言，本發(fā)明成本大大降低，更適合工業(yè)化生產(chǎn)。

具體實施方式

以下通過實施例對本發(fā)明所述亞氧化鈦球形粉末及其制備方法作進一步說明。

實施例1

將一定量的Ti₃O₅粉末破碎過篩粉末化，所述過篩篩網(wǎng)目數(shù)為300目，在過篩后的粉料中加入5％的聚乙二醇，并混合均勻。然后采用滾筒球形化的方法將粉末球形化：在滾筒壁兩層中空部分通入流通水，水溫控制在80℃，滾筒轉(zhuǎn)速為15r/min，球形化時間為20min，球形化后的粉末用30目的篩網(wǎng)過篩，取用通過篩網(wǎng)的粉末；再用50目的篩網(wǎng)過篩，取用未通過的篩網(wǎng)的粉末，即得到粒度分布均勻的Ti₃O₅球形粉末。

實施例2

將一定量的Ti₄O₇粉末破碎過篩粉末化，所述過篩篩網(wǎng)目數(shù)為400目，在過篩后的粉料中加入2％的聚乙二醇，并混合均勻。然后采用滾筒球形化的方法將粉末球形化：在滾筒壁兩層中空部分通入流通水，水溫控制在60℃，滾筒轉(zhuǎn)速為30r/min，球形化時間為15min，球形化后的粉末用45目的篩網(wǎng)過篩，取用通過篩網(wǎng)的粉末；再用100目的篩網(wǎng)過篩，取用未通過的篩網(wǎng)的粉末，即得到粒度分布均勻的Ti₄O₇球形粉末。

實施例3

將一定量的Ti₅O₉粉末破碎過篩粉末化，所述過篩篩網(wǎng)目數(shù)為600目，在過篩后的粉料中加入0.5％的聚乙二醇，并混合均勻。然后采用滾筒球形化的方法將粉末球形化：在滾筒壁兩層中空部分通入流通水，水溫控制在50℃，滾筒轉(zhuǎn)速為45r/min，球形化時間為10min，球形化后的粉末用100目的篩網(wǎng)過篩，取用通過篩網(wǎng)的粉末；再用120目的篩網(wǎng)過篩，取用未通過的篩網(wǎng)的粉末，即得到粒度分布均勻的Ti₅O₉球形粉末。

實施例4

將一定量的Ti₆O₁₁粉末置于穩(wěn)定運行的射頻等離子球化裝置中，射頻等離子球化工藝參數(shù)為：功率為60KW，氬氣工作流量為氬氣工作流量為30slpm,氬氣保護流量為150slpm，系統(tǒng)負壓為0.3atm，送粉氣流量為6slpm，送粉速度為40g/min，射頻等離子球化中等離子體的溫度為2100℃。

實施例5

將一定量的Ti₇O₁₃粉末置于穩(wěn)定運行的射頻等離子球化裝置中，射頻等離子球化工藝參數(shù)為：功率為30KW，氬氣工作流量為氬氣工作流量為15slpm,氬氣保護流量為100slpm，系統(tǒng)負壓為0.5atm，送粉氣流量為2slpm，送粉速度為60g/min，射頻等離子球化中等離子體的溫度為2000℃。

實施例6

將一定量的Ti₃O₅粉末置于穩(wěn)定運行的射頻等離子球化裝置中，射頻等離子球化工藝參數(shù)為：功率為100KW，氬氣工作流量為氬氣工作流量為40slpm,氬氣保護流量為200slpm，系統(tǒng)負壓為0.1atm，送粉氣流量為8slpm，送粉速度為20g/min，射頻等離子球化中等離子體的溫度為2300℃。

實施例7

稱取一定量的Ti₈O₁₅粉末，并向其中加入2％的SD膠，將各原料通過球磨混料法混合均勻，取出得到混合漿料，采用高速離心噴霧造粒干燥機對上述漿料進行噴霧造粒處理，所述的噴霧造粒工藝為：漿料流量為70g/min，霧化器轉(zhuǎn)速為15kr/min，進口溫度在200℃，排風口溫度在100℃，即得到粒度分布均勻的Ti₈O₁₅球形粉末。

實施例8

稱取一定量的Ti₄O₇粉末，并向其中加入2％的聚乙二醇，將各原料通過球磨混料法混合均勻，取出得到混合漿料，采用高速離心噴霧造粒干燥機對上述漿料進行噴霧造粒處理，所述的噴霧造粒工藝為：漿料流量為70g/min，霧化器轉(zhuǎn)速為15kr/min，進口溫度在200℃，排風口溫度在100℃，即得到粒度分布均勻的Ti₄O₇球形粉末。

實施例9

稱取一定量的Ti₃O₅粉末，并向其中加入5％的石蠟，將各原料通過球磨混料法混合均勻，取出得到混合漿料，采用高速離心噴霧造粒干燥機對上述漿料進行噴霧造粒處理，所述的噴霧造粒工藝為：漿料流量為10g/min，霧化器轉(zhuǎn)速為10kr/min，進口溫度在400℃，排風口溫度在200℃，即得到粒度分布均勻的Ti₃O₅球形粉末。

實施例10

稱取一定量的Ti₉O₁₇粉末，并向其中加入3％的丁納橡膠，將各原料通過球磨混料法混合均勻，取出得到混合漿料，采用高速離心噴霧造粒干燥機對上述漿料進行噴霧造粒處理，所述的噴霧造粒工藝為：漿料流量為100g/min，霧化器轉(zhuǎn)速為25kr/min，進口溫度在100℃，排風口溫度在80℃，即得到粒度分布均勻的Ti₉O₁₇球形粉末。