[发明专利]一种基于超磁致伸缩驱动单分散微液滴喷射及凝固的装置和方法

说明书

本发明提供一种基于超磁致伸缩驱动单分散微液滴喷射及凝固的装置和方法，装置包括上壳体、下壳体、置于上壳体外部上方的超磁致伸缩微位移驱动器、置于上壳体内的坩埚和置于下壳体底部的微粒子收集区，坩埚置于微粒子收集区的上部，超磁致伸缩微位移驱动器位于坩埚的上部。本发明方法，基于超磁致伸缩原理，利用超磁致伸缩材料独特的性能，将超磁致伸缩微位移驱动器用于驱动微液滴的喷射，提高从微孔喷射出的单束液滴稳定性、精度及喷射效率，从而产生满足工业需求的高质量微米甚至超微米粒子。

技术领域

本发明涉及一种基于超磁致伸缩驱动单分散微液滴喷射及凝固的装置和方法。

背景技术

随着技术的变革，工业对球形金属粒子的需求与日俱增。传统的粒子制备技术如雾化法、落管法等，喷出的液滴飞行轨迹不一致，热历史不同，所制备的粒子圆球度不高、尺寸不均一，需要经过筛选才能使用，使生产效率大大降低。尤其当尺寸有严格要求时，雾化法易产生卫星滴，使粒子表面粘连卫星滴，降低粒子的流动性及铺展性，无法满足工业对高质量粒子的要求。

在液滴喷射制备单分散粒子系统中，可由驱动器带动传动杆产生一纵向微小位移作用于坩埚底部的熔体，使液滴从坩埚底部微孔射出。所以，提升驱动器作用对改善液滴喷射效果有着非常重要的意义。

目前基于压电陶瓷(PZT)作为驱动器的微液滴喷射系统，能够喷射出单分散的液滴，但是压电陶瓷微位移致动器输出动力小，输出位移范围小，工作电压比较高，而且由于压电陶瓷的叠片结构，在工作负荷下产生不规则应变和蠕变导致漂移现象，同时尺寸也势必加大。此外，压电陶瓷工作温度应该设定在其居里温度的一半以下，瞬间过热将会导致压电陶瓷的极化永久性消失，因而不耐高温，而必须要对PZT做严格的防热设置，因此，势必影响使得压电陶瓷作为驱动单元液滴的喷射效果，而且也使得液滴喷射系统难以小型化。

发明内容

根据上述提出的目前基于压电陶瓷(PZT)作为驱动器的微液滴喷射系统，能够喷射出单分散的液滴，但是压电陶瓷微位移致动器输出动力小，输出位移范围小，工作电压比较高，而且由于压电陶瓷的叠片结构，在工作负荷下产生不规则应变和蠕变导致漂移现象，同时尺寸也势必加大；此外，压电陶瓷工作温度应该设定在其居里温度的一半以下，瞬间过热将会导致压电陶瓷的极化永久性消失，因而不耐高温，而必须要对PZT做严格的防热设置，因此，势必影响使得压电陶瓷作为驱动单元液滴的喷射效果，而且也使得液滴喷射系统难以小型化的技术问题，而提供一种基于超磁致伸缩驱动单分散微液滴喷射及凝固的装置和方法。本发明基于超磁致伸缩原理，利用超磁致伸缩材料独特的性能，将超磁致伸缩微位移驱动器用于驱动微液滴的喷射，可提高从微孔喷射出的单束液滴稳定性、精度及喷射效率，从而产生满足工业需求的高质量微米甚至超微米粒子。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于超磁致伸缩驱动单分散微液滴喷射及凝固的装置，包括：上壳体、下壳体、置于上壳体外部上方的超磁致伸缩微位移驱动器、置于上壳体内的坩埚和置于下壳体底部的微粒子收集区，所述坩埚置于所述微粒子收集区的上部，所述超磁致伸缩微位移驱动器位于所述坩埚的上部；

所述坩埚内设有坩埚腔，用于容纳熔体；所述坩埚内设有与所述超磁致伸缩驱动器相连的传动杆，所述传动杆与所述坩埚顶部连接的位置由动态密封圈密封，所述传动杆的下端正对所述坩埚底部的中心孔，所述中心孔底部通过螺钉固定有带小孔的微孔垫片；所述坩埚外部设有加热器；

所述上壳体顶部设有伸入于所述坩埚内的坩埚进气管和坩埚排气管，侧壁与所述坩埚相连的设有扩散泵和机械泵，所述上壳体上还设有腔体进气阀和腔体排气阀；

所述微粒子收集区包括环形降落管和收集盘，所述环形降落管两侧分别与所述上壳体和所述下壳体相贯通，用于从所述微孔垫片上的小孔喷出的液滴在其内部滴落，所述环形降落管下端正对所述收集盘，所述收集盘可通过旋转更换不同尺寸的盘来收集粒子；