一种金属陶瓷复合粉体的制备装置及制备方法

技术领域

本发明属于金属陶瓷技术领域，具体而言，它涉及一种金属陶瓷复合粉体的制备装置及制备方法。

背景技术

金属陶瓷是由金属相和陶瓷相组成的复合材料，兼具了陶瓷的高强度、高硬度和耐磨损，以及金属的塑性与韧性，在机械、电子、石油化工和航空航天等领域得到了广泛应用。金属陶瓷是以高硬度难熔金属(W、Ti等)的碳化物、硼化物或氮化物的微米或纳米级粉末为主要成分，添加粘结剂钴粉、镍粉或钼粉，烧结制备得到的粉末冶金制品。与传统的TiC基和WC基金属陶瓷相比，Ti(C,N)基金属陶瓷因其具有良好的高温硬度、高温抗氧化性和高热导率等优点，成为了近年来金属陶瓷领域的研究热点，尤其在高性能切削刀具领域，具有巨大的应用前景。

然而，在应用于加工量大、材料难加工或断续加工等场景中，Ti(C,N)基金属陶瓷刀具由于材料韧性和抗崩损能力较低，还存在刀刃容易突然发生崩损失效的问题。为此，研究者通常通过调整配方，在Ti(C,N)基金属陶瓷原料中添加WC、Mo

因此，亟需提出一种新型的金属陶瓷复合粉体的制备装置及制备方法，能够改善混合浆料在干燥过程中出现的沉降、分层等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种金属陶瓷复合粉体的制备装置及制备方法，能够改善混合浆料在干燥过程中出现的沉降、分层等缺陷。

第一方面，本发明提供一种金属陶瓷复合粉体的制备装置，包括：

箱体，所述箱体用于提供密闭的容纳腔室；

载台，设置于所述容纳腔室内，所述载台用于放置盛装金属陶瓷复合粉体浆料的容器；

转动机构，设置于所述容纳腔室内并位于所述容器的上方，所述转动机构与所述容器驱动连接，用于驱动所述容器转动；

搅拌机构，设置于所述转动机构上，并伸入所述容器内搅拌所述金属陶瓷复合粉体浆料；

加热机构，所述加热机构包括加热组件，所述加热组件设置于所述容器的外侧，并用于加热所述容器内的所述金属陶瓷复合粉体浆料；

所述箱体上开设进料口和出气口，所述进料口通过连接管连接所述箱体外部的进料机构，所述出气口通过连接管连接所述箱体外部的抽真空机构。

通过采用上述技术方案，利用在密封箱体中实现抽真空，加速干燥以及避免金属陶瓷复合粉体氧化，利用转动机构在加热过程中驱动容器转动，以及搅拌机构对容器内的金属陶瓷复合粉体进行搅拌，使得金属陶瓷复合粉体充分混合，改善了金属陶瓷复合粉体因密度差异在静置干燥过程中造成的粉体沉降及分层等缺陷。

可选的，所述转动机构包括第一转动驱动组件、转动盘和定位组件，所述第一转动驱动组件与所述转动盘驱动连接，所述转动盘通过安装座与所述箱体转动连接，所述第一转动驱动组件驱动所述转动盘转动，所述容器通过所述定位组件与所述转动盘定位连接。

通过采用上述技术方案，利用第一转动驱动组件驱动转动盘转动，进而带动与其定位连接的容器转动，提高了操作的自动化程度以及转动的稳定性，容器与转动盘之间通过定位组件定位连接，提高了转动盘和容器之间结合的自由度，能够便捷地安装以及取出容器，进行金属陶瓷复合粉体浆料的装料，以及制备结束后，进行金属陶瓷复合粉体的卸料。

可选的，所述搅拌机构包括搅拌轴和搅拌组件，所述搅拌轴和所述第一转动驱动组件驱动连接，所述第一转动驱动组件驱动所述搅拌轴转动，所述搅拌组件包括刮板和螺旋叶片，所述刮板固定连接于所述搅拌轴的底端，并且所述刮板远离搅拌轴的一端向上弯折形成导引部，所述螺旋叶片同轴固定连接于所述搅拌轴上。

通过采用上述技术方案，利用搅拌轴底端的刮板转动对容器内的金属陶瓷复合粉体浆料形成扰动，并利用向上弯折的导引部对金属陶瓷复合粉体浆料起到提升的作用，同时，利用螺旋叶片对金属陶瓷复合粉体浆料形成向上提升的作用，促进均匀分散，防止干燥过程中发生沉降分层，同时，在浆料中的溶剂逐渐蒸发的过程中，还能跟随螺旋叶片竖向提升再自由下落，加强了金属复合粉体浆料内部的热对流和热交换，提高了干燥效率。

可选的，所述搅拌轴同轴固定连接于所述第一转动驱动组件的转动轴上，所述转动机构还包括传动组件，所述转动盘通过所述传动组件与所述第一转动驱动组件驱动连接，所述传动组件包括依次啮合的主动齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮同轴固定连接于所述转动轴上，所述从动齿轮与所述转动盘同轴固定连接。

通过采用上述技术方案，实现了跟随转动盘同步转动的容器，与跟随搅拌轴同步转动的搅拌组件之间的反向转动，利用容器周向的剪切力和搅拌组件的搅拌作用，同时对金属复合粉体浆料进行搅拌，更进一步提高混合的均匀性、搅拌效率和传热效率。

可选的，所述转动盘上开设有多个贯穿厚度方向的开口，所述定位组件包括至少一组定位凸起和定位凹槽，所述定位凸起或定位凹槽设置于所述容器的顶端，所述定位凹槽或定位凸起对应设置于所述转动盘的底部。

通过采用上述技术方案，促进金属复合粉体浆料中的溶剂受热蒸发后，从转动盘的开口逸出，进而进入出气口被抽真空机构抽出，提高金属复合粉体的制备效率，利用定位组件能够便捷地实现转动盘和容器之间的定位连接，简化结构，操作简单。

可选的，所述加热机构还包括两块安装板，两组加热组件分别固定连接于所述安装板靠近所述容器的侧壁上，所述容器为圆筒状，两块所述安装板对称设置于所述容器的外侧，且所述安装板朝向所述容器的侧壁形成为弧形面。

通过采用上述技术方案，利用对置的两组加热件提高加热效率以及加热的均匀性，圆筒状的容器能够在转动过程中受热均匀，同时，利用弧形面设计的安装板，能够使得加热组件更为有效地将热量辐射到容器上进行加热。

可选的，所述制备装置还包括调节机构，所述调节机构包括第一直线驱动组件、固定座和两块调节板，所述第一直线驱动组件设置于所述容纳腔室内，所述固定座固定连接于所述第一直线驱动组件的固定端，两块所述调节板的一端铰接于所述第一直线驱动组件的驱动端，所述安装板包括固定连接的转动板和连接板，所述连接板与所述转动板连接的一端铰接于所述固定座上，所述连接板的另一端与所述调节板的另一端铰接，所述加热组件固定连接于所述转动板上。

通过采用上述技术方案，利用第一直线驱动组件驱动调节板的一端直线运动，调节板的另一端带动转动板绕着与固定板铰接的位置转动，使得转动板朝向靠近或远离容器的方向运动，进而调整转动板和容器两者之间的间隙，使得加热组件能够调整到最佳位置对容器进行加热，从而能够适应于不同几何尺寸的容器，提高适应性。

可选的，所述制备装置还包括升降机构和卸料结构，所述升降机构固定连接于所述载台的底部，所述卸料机构包括第二转动驱动组件和出料盒，所述箱体上开设有出料口，所述出料盒插接于所述出料口中，所述出料盒的接料端设置于所述容纳腔室内，并位于所述容器的下方，所述第一直线驱动组件的固定端固定连接于所述第二转动驱动组件的转动轴上。

通过采用上述方案，由金属陶瓷复合粉体浆料制备得到金属陶瓷复合粉体之后，启动升降机构下降，使得容器脱离转动盘，并且搅拌机构从容器中露出，然后，启动第一直线驱动组件驱动转动板转动至抵触于容器外壁，随后，启动第二转动驱动组件转动，带动第一直线驱动组件转动，进而通过转动板带动容器转动，使得容器朝向出料盒倾斜，在重力作用下，金属陶瓷复合粉体向下运动进入到出料盒中，完成卸料后，驱动第二转动驱动组件反向转动，使得容器复位，并驱动第一直线驱动组件驱动转动板释放容器，启动升降机构上升，容器再次与转动盘之间定位连接，再次启动进料装置进料，实现下批次金属陶瓷复合粉体的制备。

可选的，所述制备装置还包括所述箱体外部的回收机构以及冷凝机构，所述回收机构以及冷凝机构连接于所述出气口和所述抽真空机构之间，还包括液位测量机构，所述液位测量机构安装于所述回收机构上，用于测量所述回收机构内的液位。

通过采用上述技术方案，实现逸出溶剂的冷凝回收，并利用液位测量机构测量回收机构内的液位，便于观察回收机构内溶剂的液位，进而判断箱体内溶剂的蒸发情况，当回收机构内一定间隔时间内溶剂不再变化，可以确定溶剂蒸发完毕，制备流程结束，启动卸料流程，完成卸料后，再次进料，进行下一批次的金属陶瓷复合粉体的制备，从而节省了将容器取出箱体进行卸料和上料的过程，避免了加热组件间断工作，以及开启箱体导致的热量流失，提高生产效率，同时有利于减少能源消耗。

可选的，还包括控制机构，所述控制机构电连接各个机构，并输出控制指令；

所述液位测量机构为初始触发后，每间隔S1时间向所述控制机构传输检测信号，当所述控制机构检测到间隔的液位变化小于预设阈值时，所述控制机构输出控制指令，执行卸料以及再次进料进行制备。

通过采用上述技术方案，利用控制机构检测回收机构内的液位变化，并根据液位变化输出控制指令，实现卸料、进料以及制备的自动化过程，进而实现金属陶瓷复合粉体的连续生产制备的自动化过程。

第二方面，本发明提供一种金属陶瓷复合粉体的制备方法，利用前述的金属陶瓷复合粉体的制备装置进行制备，包括以下步骤：

将容器放置于载台上，启动进料机构，向容器中加入金属陶瓷复合粉体浆料；

启动转动机构、搅拌机构、加热机构和抽真空机构，制备金属陶瓷复合粉体。

综上所述，本发明具有以下至少一种有益效果：

1.本发明提供一种金属陶瓷复合粉体的制备装置，利用转动机构在加热过程中驱动容器转动，以及搅拌机构对容器内的金属陶瓷复合粉体浆料进行搅拌，使得金属陶瓷复合粉体充分混合，改善了金属陶瓷复合粉体因密度差异在静置干燥过程中造成的粉体沉降及分层等缺陷。

2.本发明提供的一种金属陶瓷复合粉体的制备装置，能够实现金属陶瓷复合粉体浆料中溶剂的回收，节约成本。

3.本发明提供的一种金属陶瓷复合粉体的制备装置，能够实现金属陶瓷复合粉体的连续批量生产，提高生产效率，减少能源损耗。

4.本发明提供的一种金属陶瓷复合粉体的制备方法，操作简单便捷，适宜于工业化推广。

附图说明

图1是本发明金属陶瓷复合粉体的制备装置的整体结构示意图；

图2是本发明的箱体省略箱门后的局部结构示意图；

图3是本发明的转动机构、搅拌机构和调节机构的局部结构示意图；

图4是本发明的转动机构在另一个视角的结构示意图；

图5是本发明金属陶瓷复合粉体的制备装置进行卸料时的局部结构示意图。

附图标记说明：

1、箱体，11、箱体主体，12、箱门，13、容纳腔室，14、观察窗，2、载台，3、转动机构，31、第一转动驱动组件，32、转动盘，321、内环，322、加强筋，323、外环，324、法兰边，33、传动组件，331、主动齿轮，332、第一传动齿轮，333、第二传动齿轮，334、从动齿轮，4、搅拌机构，41、搅拌轴，42、搅拌组件，421、刮板，422、螺旋叶片，5、加热机构，51、加热组件，52、安装板，521、转动板，522、连接板，6、抽真空机构，7、回收机构，8、冷凝机构，9、调节机构，91、第一直线驱动组件，92、固定座，93、调节板，10、升降机构，100、卸料结构，101、第二转动驱动组件，102、出料盒，C、容器，M、安装座。

具体实施方式

本发明提供一种金属陶瓷复合粉体的制备装置及制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

本发明提供的金属陶瓷复合粉体的制备装置，参照图1、图2，包括箱体1，箱体1包括箱体主体11以及箱门12，箱体主体11采用内部具有容纳腔室13的封闭结构，并在箱体主体11的前侧开设连通内部容纳腔室13的操作口，操作口由箱门12封闭，箱门12的侧壁通过铰接轴与箱体主体11铰接，以实现箱门12的可开合设置。为了便于观察，箱门12上设置由透明板体封闭的观察窗14。箱门12与箱体主体11之间的结合处，以及箱体主体11与外部结构之间的结合处，均通过密封组件密封，以实现容纳腔室13的气密性，密封组件采用本领域常规的密封圈、密封条、密封胶等。箱体主体11的顶部开设进料口，进料口通过连接管连接箱体1外部的进料机构，进料机构采用本领域常规的上料机、泵料机、输料机等，进料机构的输料管连接金属陶瓷复合粉体来源，出料口通过连接管连接箱体主体11的进料口。箱体主体11的顶部还开设出气口，出气口通过连接管连接箱体1外部的抽真空机构6，抽真空机构6采用本领域常规的真空泵。为了实现受热后逸出的溶剂的冷凝回收，箱体1的出气口和抽真空机构6之间连接回收机构7以及冷凝机构8，回收机构7采用本领域常规的回收罐，冷凝机构8采用本领域常规的冷凝器，例如盘管式冷凝器，盘管式冷凝器的内部盘管由进料口螺旋至出料口，冷凝器内由底部通入冷却介质，冷却介质由上部流出，冷凝器还可以采用列管式冷凝器、板式冷凝器等。箱体主体11顶部的出气口通过连接管连接冷凝机构8的进料口，冷凝机构8的出料口连接回收机构7的进液口，回收机构7的顶部开设抽气口，通过连接管与抽真空机构6的进气口连接。

参照图2、图3，箱体1的容纳腔室13内设置载台2、转动机构3、搅拌机构4和加热机构5。其中，载台2设置于容纳腔室13的下方位置，用于放置盛装金属陶瓷复合粉体浆料的容器C，转动机构3设置于容器C的上方，并与容器C驱动连接，用于驱动容器C转动，通过容器C转动对容器C内的金属陶瓷复合粉体浆料形成剪切力，促进浆料转动。容器C的下端面与载台2的上端面之间通过安装的轴承实现转动连接。搅拌机构4设置于转动机构3上，并伸入容器C内搅拌金属陶瓷复合粉体浆料。

参照图3、图4，转动机构3包括第一转动驱动组件31、转动盘32和定位组件。第一转动驱动组件31采用本领域常规的驱动电机，例如伺服电机，驱动电机的机体通过安装座固定连接于箱体主体11上，本发明的固定连接采用本领域常规的螺接、铆接、焊接、粘接等。转动盘32通过安装座M转动连接于箱体主体11上，安装座M上开设贯通的安装孔，转动盘32为圆盘状，间隔开设有多个贯穿厚度方向的开口，在转动盘32的中间位置形成内环321，内环321通过加强筋322与外环323固定连接，外环323的上边沿向外翻折形成法兰边324，法兰边324安装于安装座M的上端面，外环323向下延伸形成穿出安装座M的下端面，并通过定位组件与容器C定位连接，容器C为圆筒状，且几何尺寸与转动盘32的外环323对应。为了更好地实现转动，转动盘32的法兰边324与安装座M的上端面之间安装轴承。容器C和转动盘32的外环323下端面之间的定位连接采用至少一组定位凸起和定位凹槽，定位凸起或定位凹槽固定连接于容器C的顶端，对应的，定位凹槽或定位凸起则开设于转动盘的底部，外环323的下端面安装压力传感器，检测容器C与外环323之间的定位连接。第一转动驱动组件31与转动盘32驱动连接，驱动转动盘32转动，进而带动与转动盘32定位连接的容器C转动。

搅拌机构4设置于转动机构3上，并位于转动机构3的正下方，搅拌机构4包括搅拌轴41和搅拌组件42，搅拌轴41一端向上穿过转动盘32的内环321，与第一转动驱动组件31的转动轴固定连接，第一转动驱动组件31驱动搅拌轴41转动，搅拌轴41另一端固定搅拌组件42，并伸入容器C内搅拌金属陶瓷复合粉体浆料。搅拌组件42包括刮板421和螺旋叶片422，刮板421固定连接于搅拌轴41的底端，刮板421的数量为两个以上，并围绕搅拌轴41均匀间隔设置，刮板421为柔性平面刮板，并且刮板421远离搅拌轴41的一端向上弯折形成导引部，当底部的金属陶瓷复合粉体浆料在离心作用和刮板作用下向外运动至导引部，受到导引部的作用向上运动，此外，螺旋叶片422同轴固定连接于搅拌轴41上，且螺旋叶片422螺旋向上，使得螺旋叶片422在跟随搅拌轴41旋转搅拌过程中，金属陶瓷复合粉体浆料同样受到向上的导引作用，两者共同作用，防止浆料中金属陶瓷复合粉体发生沉降导致分层。

参照图3、图4，转动机构3还包括传动组件33，转动盘32通过传动组件与第一转动驱动组件31驱动连接，传动组件33包括依次啮合的主动齿轮331、第一传动齿轮332、第二传动齿轮333和从动齿轮334，主动齿轮331同轴固定连接于第一转动驱动组件31的转动轴上，第一传动齿轮332、第二传动齿轮333通过心部的转动轴转动连接于第一转动驱动组件31的安装座上，从动齿轮334与转动盘32的内环321同轴固定连接。主动齿轮331和从动齿轮334竖向间隔设置，第一转动驱动组件31的转动带动主动齿轮331转动，进而带动第一传动齿轮332转动，与第一传动齿轮332啮合的第二传动齿轮333跟随转动，进而带动从动齿轮334转动，从而驱动转动盘32转动，利用第一传动齿轮332和第二传动齿轮333的传动作用，实现了主动齿轮331和从动齿轮334的反向转动，进而实现了搅拌轴41和转动盘32的反向转动，使得与搅拌轴41同步转动的搅拌组件42与容器C之间形成反向转动，加强了对于金属陶瓷复合粉体浆料的双向剪切作用，进一步防止浆料中的金属陶瓷复合粉体发生沉降分层。

参照图2、图3，加热机构5加热机构包括两组加热组件51和两块安装板52，加热组件51分别固定连接于安装板52上，两块安装板52对称设置于容器C的外侧，加热组件51位于安装板5靠近容器C的侧壁上，用于加热容器C内的金属陶瓷复合粉体浆料。加热组件51采用本领域常规的加热丝或加热棒，并与温度控制机构电连接，安装板52朝向容器C的侧壁形成为弧形面，以缩短加热组件51的辐射距离。

参照图3、图5，制备装置还包括设置于容纳腔室13内的调节机构9，调节机构9包括第一直线驱动组件91、固定座92和两块调节板93，第一直线驱动组件9采用本领域常规的液压缸，并利用伺服阀实现对液压缸行程的精确控制。固定座92固定连接于第一直线驱动组件的缸体上，两块调节板93的一端铰接于第一直线驱动组件91的活塞杆的运动端，安装板52包括固定连接的转动板521和连接板522，固定连接采用一体成型，且转动板521靠近容器C的一侧形成为弧形面，弧形面上开设安装槽安装加热组件51。连接板522与转动板521连接的一端通过铰接轴铰接于固定座92上，连接板522的另一端与调节板93的另一端铰接。第一直线驱动组件91驱动调节板93的一端朝向容器C直线运动，调节板93的另一端带动连接板522绕着与固定座92铰接的铰接轴转动，使得转动板521朝向靠近容器C的方向运动，进而减少转动板521和容器C两者之间的间距，使得加热组件51能够处于最佳的位置对容器C进行加热，当需要适应于更大尺寸的容器C时，第一直线驱动组件91驱动调节板93的一端背离容器C直线运动，调节板93的另一端带动连接板522绕着与固定座92铰接的铰接轴反向转动，使得转动板521朝向远离容器C的方向运动，进而增大两者之间的间距，从而实现能够根据容器C的尺寸灵活地调整转动板521以及加热组件51的位置，提高加热效率和适应性。

为了实现连续生产，参照图2、图5，制备装置还包括升降机构10和卸料结构100，升降机构10固定连接于载台2的底部，升降机构10采用本领域常规的液压缸，缸体安装于容纳腔室13内，活塞杆的运动端固定连接于载台2的底部。卸料机构100包括第二转动驱动组件101和出料盒102，箱体主体11上开设有出料口，出料盒插接于出料口中，出料盒的接料端设置于容纳腔室13内，并位于容器C的下方，第一直线驱动组件91的缸体通过安装座固定连接于第二转动驱动组件101的转动轴上，第二转动驱动组件101驱动第一直线驱动组件91转动。第二转动驱动组件101采用本领域常规的驱动电机，例如伺服电机。

浆料制备得到金属陶瓷复合粉体之后，启动升降机构10下降，使得容器C脱离转动机构3，并且搅拌机构4从容器中C露出，然后，启动第一直线驱动组件91驱动转动板521转动至内壁抵触于容器C的外壁，随后，启动第二转动驱动组件101转动，带动第一直线驱动组件91转动，进而带动转动板522转动，使得转动板522抵紧的容器C转动，容器C转动至朝向出料盒102倾斜，在重力作用下，金属陶瓷复合粉体向下运动进入到出料盒102中，完成卸料后，驱动第二转动驱动组件102反向转动，使得容器C复位，并驱动第一直线驱动组件91驱动转动板522释放容器C，启动升降机构10上升，容器C再次与转动盘32之间定位连接，重新启动进料装置进料，实现下批次金属陶瓷复合粉体的制备。

为了便于检测金属陶瓷复合粉体是否制备完成，制备装置还包括液位测量机构，液位测量机构安装于回收机构7上，用于测量回收机构7内的液位，液位测量机构采用本领域常规的液位计。当单位间隔时间S1内，液位测量机构检测到回收机构7内液位不再发生变化，可以确定浆料中的溶剂蒸发完毕，金属陶瓷复合粉体制备流程结束，启动卸料流程，完成卸料后，再次进料，进行下一批次的金属陶瓷复合粉体的制备。由此，实现了金属陶瓷复合粉体的连续制备，节省了将容器C取出箱体1进行卸料和上料的过程，避免了加热组件51间断工作，以及开启箱体1的箱门12导致的热量流失，提高生产效率，同时有利于减少能源消耗。

本发明的制备装置还包括控制机构，控制机构包括控制柜以及电连接的计算机操作终端，控制柜电连接各个机构，并输出控制指令，控制柜采用本领域常规的PLC控制柜，实现制备装置的自动化和过程自动化控制。液位测量机构为初始触发后，每间隔S1时间向控制柜传输检测信号，当控制柜检测到间隔的液位变化小于预设阈值时，控制机构输出控制指令，执行卸料以及再次进料进行制备，进而实现了金属陶瓷复合粉体的连续生产制备的自动化过程。

本发明还提供一种金属陶瓷复合粉体的制备方法，利用前述的金属陶瓷复合粉体的制备装置进行制备，包括以下步骤：

将容器放置于载台上，启动进料机构，向容器中加入金属陶瓷复合粉体浆料；

启动转动机构、搅拌机构、加热机构和抽真空机构，制备金属陶瓷复合粉体。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。