[发明专利]一种采用谐波法制备微均匀颗粒的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及微颗粒制备技术领域，具体涉及利用谐波振荡控制射流断裂获得微小球形液滴或颗粒的一种采用谐波法制备微均匀颗粒的方法及装置。

背景技术

美国麻省理工学院(MIT)的Chun和Passow等人在Rayleigh毛细液流不稳定性理论的基础上提出了一种新型的均匀液滴生产方法—均匀液滴喷射技术。该技术通过控制连续熔融金属射流的断裂行为，可以获得尺寸均匀的球形金属液滴或颗粒，与传统颗粒制备方法相比具有工艺流程短，可控性好，设备投资少，生产效率高，产品质量好等特点。在此技术基础上，吴萍、张少明等人分别申请了中国专利(CN2649227、CN1899732)。但是由于Rayleigh射流稳定性条件的限制，匀液滴喷射技术产生的颗粒直径约为喷嘴直径的1.5到2.5倍，当喷嘴孔径减小到50微米以下时，由于工艺条件的限制，制备颗粒时容易导致喷嘴的堵塞和射流失稳。因此，目前匀液滴喷射技术生产颗粒直径主要在50微米到1000微米的范围内。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种工艺可控性强、可直接获得具有尺寸更加微小的均匀颗粒，工艺流程短，产品质量好，大大降低了设备投资的一种采用谐波法制备微均匀颗粒的方法及装置。

本发明的一种采用谐波法制备微均匀颗粒的方法，它包括以下步骤：

(1)打开坩锅上盖，在坩锅中加入需熔炼的金属材料，并密封；

(2)将冷却液加入收集装置中，将挡板移至收集装置的上方，并密封真空腔室；

(3)对坩锅和真空腔室抽真空，并充入惰性保护气体；

(4)加热坩锅，熔化坩锅内的金属材料，并在金属材料熔化后保温20-30分钟；

(5)打开压电振荡器使其频率为6-15KH_Z、频率比为2-4，给加电极板加上电压200-300V，利用压力控制系统使坩锅与真空腔室之间达到稳定压差0.5-1.5P₀，从而使熔融金属从坩锅底部的喷嘴以层流射流的形式射出，在压电振荡器振动头的作用下，流出的金属射流断裂为较大的主液滴和较小的微液滴，在通过加电极板中间空隙时两种尺寸的液滴分别带上等量电荷；

(6)利用图像监视系统所拍摄的液滴图像结合计算机图象分析系统准确的计算出液滴的直径，从而反馈控制调整压电振荡器产生的频率，从而获得设定尺寸的均匀液滴，同时计算机分析系统计算出液滴的电量，从而控制加电极板的加载参数；

(7)带电的主液滴和微液滴在经过偏转电场时分离；

(8)当液滴达到设定的尺寸时，移开挡板，主液滴和微液滴经偏转极板分离落入其各自的收集装置，通过冷却液最后凝固成型。

一种实现权利要求1所述的方法的装置，它包括：

(a)一个真空腔室，该真空腔室通过其上设置有真空阀的第一输气管与真空泵相连；

(b)一个微机控制系统，该微机控制系统包括主板，分别通过控制线连接在所述的主板上的信号发生器和图像采集卡；

(c)一个闪频器，该闪频器安装在所述的真空腔室的侧壁上并通过连线与分频器连接，所述的分频器与微机控制系统中的信号发生器相连；

(d)一个摄像装置，该摄像装置安装在与所述的闪频器相对处的真空腔室的侧壁上并通过连线与微机控制系统中的图像采集卡相连。

(e)一个坩锅，该坩锅设置在所述的真空腔室的上部，该坩锅的底部镶嵌有微型喷嘴，其外侧壁装有加热器，所述的坩锅内置有测温元件，该测温元件和加热器分别通过控制线与控温装置相连；

(f)一个压电振荡器，该压电振荡器的振动头设置在坩锅内并且位于所述的喷嘴的上部，在所述的压电振荡器和坩锅盖之间装有压电振荡器上下调节装置；

(g)一个加电极板，该加电极板设置在所述的真空腔室内并且位于所述的微型喷嘴的外部下方，在该加电极板中间相对于所述的喷嘴处有一个开口；

(h)两个平行设置的偏转极板，该偏转极板设置在所述的真空腔室内并且位于所述的加电极板下方，所述的加电极板和偏转极板分别通过导线与电源相连，所述的电源通过导线与微机控制系统中的主板相连；

(i)两个收集装置，该收集装置设置在所述的真空腔室内并且位于所述的偏转极板的下方；

(j)一个挡板，该挡板可绕挡板支架转动并且位于所述的偏转极板和收集装置之间；

(k)一个惰性气体储藏装置，该气体储藏装置分别通过其上装有第一、第二阀门的第二、第三输气管与所述的坩锅、真空腔室相连；