[發明專利]球形微粒的制備裝置及其制備方法

無效

• 申請號: 201010210205.4
• 申請日: 2010-06-26
• 公開（公告）號: CN101879601A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 張曙光;李毅斌;李建國;胡慶周
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;深圳市英唐智能控制股份有限公司
• 主分類號: B22F9/10
• 分類號: B22F9/10
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種金屬微粒制備技術領域的裝置及方法，具體是一種窄粒度分布球形微粒的制備裝置及其制備方法。

背景技術

隨著材料制備技術和材料應用領域日新月異的發展，人們對制備出來的材料的粒度、球形度和均勻度提出了更高的要求，并且要求其制備過程高效、智能和自動化。球形微粒被廣泛應用于粉末冶金、生物醫藥和建筑用材等行業，國內外紛紛對其制備技術給予極大的重視。傳統的顆粒和粉末制備技術可分以下幾種：切絲重熔法、霧化法、噴射法和乳化法。切絲重熔法主要特征在于先將原料拉絲，再裁切成小段，然后重熔成形。該法缺點在于要求材料具有良好的拉絲形變能力，且工序繁多；霧化法是指將往熔融物料通入壓力氣體，使之打散成微小微滴，最終凝固成形。該法缺點在于設備能耗大，產品粒度分布寬泛，且球形度差，合格率低；噴射法是利用壓電激振元件對液束施加擾動，使之分裂成微滴并最終成形。該法缺點在于整個生產過程不易保持穩定；乳化法是指兩不相溶的介質在攪拌作用下，一相均勻分散于另一相中。該法分散性差，液滴易發生融合，產生的微粒尺寸不均勻。

經過對現有技術的檢索發現，盡管切絲重熔法能夠能提供比較均勻的液滴，但該方法繁瑣的工藝流程在實際生產上形成瓶頸，制約了它的應用；M.Orme在“On?the?genesis?of?dropletstream?microspeed?dispersions”(液滴微速波動起源)《Physics?of?Fluids?A：Fluid?Dynamics》(vol3(1991)2936-2947)上記載了一種噴射方法，同時該文獻表明對液束施加一定的擾動有利于其離散成均勻液滴，相對于本發明采用的旋轉闌孔定量分割液束，傳統的壓電元件擾動源不僅操作成本高，且需長時間將液束維持在層流狀態，穩定性較差。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種球形微粒的制備裝置及其制備方法，以期達到粒度分布窄、球形度高、工藝流程短、可控性好、設備簡單、成本低和生產效率高等要求。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種球形微粒的制備裝置，包括：電動機、旋轉闌孔、密封噴射腔、端蓋、壓力傳感器、保溫護套、加熱線圈和加熱配套設備，其中：旋轉闌孔固定設置于電動機的輸出軸上，密封噴射腔與旋轉闌孔相連接，保溫護套和加熱線圈依次由外而內設置于密封噴射腔的外部，端蓋設置于密封噴射腔的頂部并分別設有輸液管和輸氣管，加熱配套設備與加熱線圈和密封噴射腔相連接，超微噴嘴位于密封噴射腔的側壁，旋轉闌孔位于密封噴射腔的外部，熔體經熔化后過熱20～100℃并通過壓力差作用從密封噴射腔經由噴嘴噴射成束，液束在旋轉闌孔定量分割作用下形成均勻液段，為后續的形成均勻顆粒提供前提準備。

所述的加熱線圈的加熱溫度為60～400℃間，表面承受功率為3.5～5.0瓦/平方厘米。

所述的加熱線圈外部設有加熱配套設備加以控制，該加熱配套設備包括：熱電偶和溫度控制器，其中：熱電偶固定于密封噴射腔的熔體內以監測其實時溫度并輸出感應信號至溫度控制器，溫度控制器輸出控制指令至加熱線圈實現實時溫度控制。

所述的超微噴嘴為單孔或多孔，直徑范圍在100～1000μm之間，深徑比為0.5～10。

所述的旋轉闌孔與密封噴射腔的配合縫隙為5～30μm；轉速應在100～1500rpm之間；基于密封材料物性和制粒物料的熱力學性能(如熱膨脹系數等)，物料的熔點應在室溫至250℃之間。

所述的密封噴射腔設有惰性氣體保護裝置，該惰性氣體保護裝置包括：氣瓶、輸氣管、氣閥、壓力表和差壓變換器，其中：氣瓶依次與氣閥、壓力表、輸氣管和密封噴射腔相連接，差壓變換器固定設置于密封噴射腔的外部并通過密封噴射腔和氣瓶之間的壓力差實現閥門氣體的通斷控制以維持腔內恒定壓力。

本發明涉及一種球形微粒的制備方法，包括以下步驟：

(1)加熱熔煉坩堝至80～260℃，使物料熔化并過熱20～100℃后保溫5～20分鐘；

所述的物料為：石蠟、低熔點金屬、及其他有機物料。

(2)對熔煉坩堝通入壓力氣體，使坩堝內熔料在壓力作用下以均勻速度充入密封噴射腔，并使密封噴射腔內的熔料在0.01～2.0MPa壓力作用下通過超微噴嘴形成射流；

所述的壓力氣體為：氬氣或氮氣，通入的壓力在0.01～2.0MPa。

(3)啟動電動機并驅動旋轉闌孔以轉速100～1500rpm旋轉，將射流定量裁切為均勻尺寸的微滴并置于保護性介質中經冷卻凝固為球形微粒實現制備過程。

所述的均勻尺寸為：0.01～0.8mm。