[發明專利]一種鋰陶瓷微球的制備裝置及方法

在審

• 申請號: 202111438337.7
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN113927702A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 趙林杰;彭述明;楊茂;陳曉軍;肖成建;龔宇;李佳懋;陳超;侯京偉;岳磊;龍興貴;王和義
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院核物理與化學研究所
• 主分類號: B28B1/24
• 分類號: B28B1/24;C04B35/16;C04B35/462;C04B35/622
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明

本發明公開了一種鋰陶瓷微球的制備裝置及方法，該裝置包括料腔，所述料腔用于儲存穩定的懸濁液漿料或者熔融物料，料腔上端連接有壓力控制系統，料腔下端設有供熔融物料或穩定漿料噴出的噴頭，所述噴頭連接有振動器，噴頭下端放置有收集容器。該方法包括以下步驟：(a)將所需的鋰陶瓷微球的固體原料粉末融化，形成熔融物料或者加入高分子溶液配成穩定漿料；(b)控制熔融物料或者漿料在一定壓力下從噴孔中噴出；(c)對噴頭施加一定頻率振動，使射流形成均勻液滴；(d)形成鋰陶瓷微球。本發明微球制備方法操作簡單，所制備的微球尺寸精確可控，形成的球形顆粒粒度均勻，同時不引入雜質，易于擴大生產。

技術領域

本發明屬于材料成型與控制技術領域，尤其屬于核聚變增殖包層中鋰陶瓷微球的制備技術領域，具體涉及一種鋰陶瓷微球的制備裝置及方法。

背景技術

D-T聚變是最簡單最適合用以聚變放能的聚變反應。氘在地球上的儲量十分豐富，而且很容易提取出來，而氚一般是通過中子轟擊含鋰材料得到，因此，為了實現反應堆中燃料“自持”，都會設計有產氚包層，氚增殖劑就是包層中用以產氚的重要的功能材料。出于安全性考慮，目前產氚包層的設計主要使用熱穩定性和化學穩定性優良的固態氚增殖劑，主要包括Li₂O、LiAlO₂、Li₂ZrO₃、Li₂SiO₃、Li₄SiO₄與Li₂TiO₃等。目前世界各國為ITER TBM包層測試所首選得鋰陶瓷主要為Li₄SiO₄與Li₂TiO₃。此外，由于球形增殖劑裝卸方便，具有較大的比表面積，微球見具有更多的孔道，利于氚的提取，因此，目前各國聚變堆中增殖劑的選擇均為直徑約0.25mm～2mm的球形增殖劑。

現有鋰陶瓷微球制備技術大致分為濕法與熔融法，其中，熔融法往往存在微球粒徑范圍很寬，難以精確控制具體尺寸；對于濕法制備技術，濕法成球過程中一般為吹散或者在有機溶劑中聚合固化，這個過程中容易引入雜質。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提供一種鋰陶瓷微球的制備裝置及方法，本發明微球制備方法操作簡單，所制備的微球尺寸精確可控，形成的球形顆粒粒度均勻，同時不引入雜質，易于擴大生產。具體采用以下技術方案：

一種鋰陶瓷微球的制備裝置，所述裝置包括料腔，所述料腔用于儲存穩定的懸濁液漿料或者熔融物料，料腔上端連接有壓力控制系統，料腔下端設有供熔融物料或穩定漿料噴出的噴頭，所述噴頭連接有振動器，噴頭下端放置有收集容器。通過振動器對噴頭施加一定頻率的振動，使熔融物料或穩定漿料噴出的射流形成均勻液滴；均勻液滴進入收集容器形成鋰陶瓷微球。

進一步，所述振動器的振動頻率范圍為50Hz～500Hz。

進一步，所述壓力控制系統的壓力范圍為120KPa～150KPa。

進一步，所述壓力控制系統為氣瓶或壓縮機。

進一步，所述振動器的振動頻率范圍為110Hz，壓力控制系統的壓力范圍為125KPa。

本發明還提供一種鋰陶瓷微球的制備方法，該方法包括以下步驟：

(a)將所需的鋰陶瓷微球的固體原料粉末融化，形成熔融物料或者加入高分子溶液配成穩定漿料；

(b)控制熔融物料或者漿料在一定壓力下從噴孔中噴出；

(c)通過對噴頭施加一定頻率振動，使射流形成均勻液滴；

(d)待液滴在下落過程中在空氣中自然冷卻固化或者滴入冷介質中固化，形成粒度均勻的球形狀鋰陶瓷微球前驅體；將所述球形狀鋰陶瓷微球前驅體加熱，形成鋰陶瓷微球。