[发明专利]一种锂陶瓷微球的制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种锂陶瓷微球的制备装置及方法，该装置包括料腔，所述料腔用于储存稳定的悬浊液浆料或者熔融物料，料腔上端连接有压力控制系统，料腔下端设有供熔融物料或稳定浆料喷出的喷头，所述喷头连接有振动器，喷头下端放置有收集容器。该方法包括以下步骤：(a)将所需的锂陶瓷微球的固体原料粉末融化，形成熔融物料或者加入高分子溶液配成稳定浆料；(b)控制熔融物料或者浆料在一定压力下从喷孔中喷出；(c)对喷头施加一定频率振动，使射流形成均匀液滴；(d)形成锂陶瓷微球。本发明微球制备方法操作简单，所制备的微球尺寸精确可控，形成的球形颗粒粒度均匀，同时不引入杂质，易于扩大生产。

技术领域

本发明属于材料成型与控制技术领域，尤其属于核聚变增殖包层中锂陶瓷微球的制备技术领域，具体涉及一种锂陶瓷微球的制备装置及方法。

背景技术

D-T聚变是最简单最适合用以聚变放能的聚变反应。氘在地球上的储量十分丰富，而且很容易提取出来，而氚一般是通过中子轰击含锂材料得到，因此，为了实现反应堆中燃料“自持”，都会设计有产氚包层，氚增殖剂就是包层中用以产氚的重要的功能材料。出于安全性考虑，目前产氚包层的设计主要使用热稳定性和化学稳定性优良的固态氚增殖剂，主要包括Li₂O、LiAlO₂、Li₂ZrO₃、Li₂SiO₃、Li₄SiO₄与Li₂TiO₃等。目前世界各国为ITER TBM包层测试所首选得锂陶瓷主要为Li₄SiO₄与Li₂TiO₃。此外，由于球形增殖剂装卸方便，具有较大的比表面积，微球见具有更多的孔道，利于氚的提取，因此，目前各国聚变堆中增殖剂的选择均为直径约0.25mm～2mm的球形增殖剂。

现有锂陶瓷微球制备技术大致分为湿法与熔融法，其中，熔融法往往存在微球粒径范围很宽，难以精确控制具体尺寸；对于湿法制备技术，湿法成球过程中一般为吹散或者在有机溶剂中聚合固化，这个过程中容易引入杂质。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种锂陶瓷微球的制备装置及方法，本发明微球制备方法操作简单，所制备的微球尺寸精确可控，形成的球形颗粒粒度均匀，同时不引入杂质，易于扩大生产。具体采用以下技术方案：

一种锂陶瓷微球的制备装置，所述装置包括料腔，所述料腔用于储存稳定的悬浊液浆料或者熔融物料，料腔上端连接有压力控制系统，料腔下端设有供熔融物料或稳定浆料喷出的喷头，所述喷头连接有振动器，喷头下端放置有收集容器。通过振动器对喷头施加一定频率的振动，使熔融物料或稳定浆料喷出的射流形成均匀液滴；均匀液滴进入收集容器形成锂陶瓷微球。

进一步，所述振动器的振动频率范围为50Hz～500Hz。

进一步，所述压力控制系统的压力范围为120KPa～150KPa。

进一步，所述压力控制系统为气瓶或压缩机。

进一步，所述振动器的振动频率范围为110Hz，压力控制系统的压力范围为125KPa。

本发明还提供一种锂陶瓷微球的制备方法，该方法包括以下步骤：

(a)将所需的锂陶瓷微球的固体原料粉末融化，形成熔融物料或者加入高分子溶液配成稳定浆料；

(b)控制熔融物料或者浆料在一定压力下从喷孔中喷出；

(c)通过对喷头施加一定频率振动，使射流形成均匀液滴；

(d)待液滴在下落过程中在空气中自然冷却固化或者滴入冷介质中固化，形成粒度均匀的球形状锂陶瓷微球前驱体；将所述球形状锂陶瓷微球前驱体加热，形成锂陶瓷微球。