專利名稱：一種小孔噴射制備均一凝固粒子的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于高熔點微粒子制備的技術領域，特別涉及一種小孔噴射制備均一凝固 粒子的方法。
背景技術：
隨著材料向輕小化、集成化方向不斷發展，均一球形微粒材料在電子封裝、能源材 料、生物醫學材料等方面都得到了廣泛關注和應用。銅球粒子具有較好的電學性能、熱學性 能、機械性能和經濟優勢，因此被廣泛重視，有望成為第二代電子封裝技術中的主要材料； 硅球粒子生產的太陽能電池不但能減少傳統硅片制作工序原料的損耗，降低制造成本，同 時也可以提高太陽光的接觸面積，大大提高太陽能電池板的轉換效率；鐵基金屬玻璃微粒 具有良好的機械及軟磁性，并且具有在過冷域內粘性急劇下降而易于加工的特性，因此可 以滿足微小精密復雜器件的要求。生產以上微粒子材料，對制備工藝有較嚴格的要求。如制 備出的粒子要求尺寸均一可控、組織一致、圓球度好等。目前國內外的生產球形粒子的方法 有霧化法、切絲或打孔重熔法、均一液滴成型法等。但霧化法制備的粒子分散度較寬，必須 通過多次篩分及檢測才能得到能夠滿足使用要求的顆粒；切絲或打孔重熔方法對于小粒徑 的粒子或塑性加工不好的材料比較困難，此外還必須將制得的粒子進行脫脂處理；均一液 滴成型法存在精度不穩定的問題，尤其是當粒子粒徑較小時問題更加明顯；而且，以上幾種 方法都局限于制備低熔點微粒子材料，目前對高熔點微粒子的制備研究沒有明顯進展。脈 沖小孔噴射法可以解決以上問題，針對高熔點材料，能制備出大小均一、組織一致、圓球度 好、尺寸可控，滿足需求的各種球狀粒子。
發明內容
本發明要解決的技術難題是利用小孔噴射法制備均一凝固粒子，本技術針對高熔 點材料，能巧妙制備出大小均一、組織一致、圓球度好、尺寸可控，滿足需求的各種微粒子材 料。該方法工藝簡單，能耗低。本發明采用的技術方案是使用加熱器將帶中心孔的坩堝中的原料熔化，然后給壓 電陶瓷輸入一定波型的脈沖信號，壓電陶瓷帶動活本發明采用的技術方案是使用加熱器將帶中心孔的坩堝中的原料熔化，然后給壓 電陶瓷輸入一定波型的脈沖信號，壓電陶瓷帶動活塞桿向下移動擠壓熔體，熔體從帶噴射 小孔的螺栓的小孔中噴射出來形成液滴，液滴在環形降落管中冷凝形成均一凝固粒子，其 步驟如下首先，將原料破碎尺寸為l_2cm大小的顆粒，破碎的顆粒裝入到帶中心孔的坩堝5 中，裝入量達到帶中心孔的坩堝5容量的二分之一，然后將帶噴射小孔的螺栓10通過均布 的四個螺釘27安裝到帶中心孔坩堝5底部，手動調整活塞桿4的位置，直至活塞桿4與帶 噴射小孔的螺栓10的距離為l-2cm，關上爐門7 ；用上機械泵2將坩堝腔a抽到低真空lPa， 再用上擴散泵3將坩堝腔a抽到高真空0. OOlPa ；用側機械泵24將爐體11、倉體14抽到低真空lPa，再用側擴散泵25將爐體11、倉體14抽到高真空0. OOlPa ；然后，根據被加熱原料設定功率，為環形加熱器6通電，溫度達到料熔點后，使帶 中心孔的坩堝5中的原料熔化成熔體8 ；打開上通氣管29和側通氣管23，分別向爐體11和 坩堝腔a通入高純的惰性氣體，要求坩堝腔a與爐體11之間的差壓在25_50kPa之間；其次，給壓電陶瓷1輸入一定波型的脈沖信號，壓電陶瓷1帶動活塞桿4向下移動 擠壓熔體8，熔體8從帶噴射小孔的螺栓10的小孔中噴射出來的液滴21 ；噴射出來的液滴 21在環形降落管19中下落，冷凝形成均一凝固粒子17，最后降落到托盤15中；待收集結束 后，停止給環形加熱器6通電，關掉上通氣管29、側通氣管23，繼續抽真空15-25分鐘；最后，依次關掉上擴散泵3，上機械泵2，側擴散泵25，側機械泵24，打開上放氣閥 30，側放氣閥26，打開收集倉18的倉門13，取出均一凝固粒子17。該裝置特征在于，真空爐28和收集倉18由左支架20和右支架12固定連接在一 起，真空爐28和收集倉18中間由環形降落管19連通；真空爐28由爐體11和爐門7組成； 帶中心孔的坩堝5安裝在爐體11上端，帶中心孔的坩堝5外圍的環形加熱器6通過右支撐 桿9和左支撐桿22固定在爐體11下端，帶中心孔的坩堝5底部通過均布的四個螺釘27安 裝帶噴射小孔的螺栓10 ；坩堝腔a的左上端分別安裝有通氣管29、上放氣閥30，右上端分 別安裝有上機械泵2、上擴散泵3 ；坩堝腔a中的活塞桿4上部分通過動態密封圈31安裝在 爐體11頂端，活塞桿4下部分伸入坩堝腔a中，壓電陶瓷1連接在活塞桿4的頂端；真空爐 28的左側安裝側機械泵24、側擴散泵25以及側放氣閥26 ；收集倉18由倉門13和倉體14 組成，托盤15通過支撐塊16固定在收集倉18內腔底部。該設備中帶噴射小孔的螺栓10的材質與熔體8的潤濕角大于90度。本發明的顯著效果是針對不同的高熔點材料，能巧妙制備出大小均一、組織一致、 圓球度好、尺寸可控，滿足需求的各種微粒子材料。具有效率高、裝置簡單、節約能源的優 點ο
附圖1為一種小孔噴射制備均一凝固粒子的裝置，圖中1.壓電陶瓷，2.上機械泵， 3.上擴散泵，4.活塞桿，5.帶中心孔的坩堝，6.環形加熱器，7.爐門，8.熔體，9.右支撐桿， 10.帶噴射小孔的螺栓，11.爐體，12.右支架，13.倉門，14.倉體，15.托盤，16.支撐塊， 17.均一凝固粒子，18.收集倉，19.環形降落管，20.左支架，21.噴射出來的液滴，22.左 支撐桿，23.側通氣管，24.側機械泵，25.側擴散泵，26.側放氣閥，27.螺釘，28.真空爐， 29.上通氣管，30.上放氣閥，31.動態密封圈，a.坩堝腔。
具體實施例方式下面結合技術方案及附圖詳細說明本方案的具體實施方式
。使用加熱器將帶中心孔的坩堝中的原料熔化，然后給壓電陶瓷輸入一定波型的脈 沖信號，壓電陶瓷帶動活塞桿向下移動擠壓熔體，熔體從帶噴射小孔的螺栓的小孔中噴射 出來形成液滴，液滴在環形降落管中冷凝形成均一凝固粒子。實例1制備銅的均一凝固粒子首先將銅塊破碎尺寸為2cm大小的顆粒，將顆粒裝 入帶中心孔的坩堝5中，裝入量達到帶中心孔的坩堝5容量的二分之一，然后，將材質為石
4墨的帶噴射小孔的螺栓10通過均布的四個螺釘27安裝到帶中心孔的坩堝5底部，手動調 整活塞桿4的位置，直至活塞桿4與帶噴射小孔的螺栓10的距離為2cm，關上爐門7 ；用上 機械泵2將坩堝腔a抽到低真空lPa，再用上擴散泵3將坩堝腔a抽到高真空0. OOlPa ；用 側機械泵24將爐體11、倉體14抽到低真空lPa，再用側擴散泵25將爐體11、倉體14抽到 高真空0. OOlPa ；設定功率為環形加熱器6通電，溫度達到銅的熔點后，使帶中心孔的坩堝 5中的銅料熔化成熔體8 ；打開上通氣管29和側通氣管23，分別向爐體11和坩堝腔a通入 高純的惰性氣體，使得坩堝腔a與爐體11之間的差壓達到50kPa ；其次給壓電陶瓷1輸入 方形波的脈沖信號，壓電陶瓷1帶動活塞桿4向下移動擠壓熔體8，熔體8從材質為石墨的 帶噴射小孔的螺栓10的小孔中噴射出來形成液滴21 ；噴射出來的液滴21在環形降落管19 中下落，冷凝形成銅的均一凝固粒子17，最后降落到托盤15中；待收集結束后，停止給環形 加熱器6通電，關掉上通氣管29、側通氣管23，繼續抽真空25分鐘；最后，依次關掉上擴散 泵3，上機械泵2，側擴散泵25，側機械泵24，打開上放氣閥30，側放氣閥26，打開收集倉18 的倉門13，取出銅的均一凝固粒子17。 實例2制備硅的均一凝固粒子首先將硅塊破碎尺寸為Icm大小的顆粒，將顆粒裝 入到帶中心孔的坩堝5中，裝入量達到帶中心孔的坩堝5容量的二分之一，然后將材質為石 英的帶噴射小孔的螺栓9通過均布的四個螺釘27安裝到帶中心孔的坩堝5底部，手動降低 活塞桿4的位置，直至活塞桿4與帶噴射小孔的螺栓10距離為1cm，關上爐門7 ；用上機械 泵2將坩堝腔a抽到低真空lPa，再用上擴散泵3將坩堝腔a抽到高真空0. OOlPa ；用側機 械泵24將爐體11、倉體14抽到低真空lPa，再用側擴散泵25將爐體11、倉體14抽到高真 空0. OOlPa ；設定功率為環形加熱器6通電，溫度達到硅的熔點后，使帶中心孔的坩堝5中 的硅料熔化成熔體8 ；打開上通氣管29和側通氣管23，分別向爐體11和坩堝腔a通入高純 的惰性氣體，使得坩堝腔a與爐體11之間的差壓達到25kPa ；其次給壓電陶瓷1輸入方形波 的脈沖信號，壓電陶瓷1帶動活塞桿4向下移動擠壓熔體8，熔體8從材質為石英的帶噴射 小孔的螺栓10噴射出來形成液滴21 ；噴射出來的液滴21在環形降落管19中下落，冷凝形 成硅的均一凝固硅粒子17，最后降落到托盤15中；待收集結束后，停止給環形加熱器6通 電，關掉上通氣管29、側通氣管23，繼續抽真空15分鐘；最后，依次關掉上擴散泵3，上機械 泵2，側擴散泵25，側機械泵24，打開上放氣閥30，側放氣閥26，打開收集倉18的倉門13， 取出硅的均一凝固粒子17。
權利要求
一種小孔噴射制備均一凝固粒子的方法，其特征在于，使用加熱器將帶中心孔的坩堝中的原料熔化，然后給壓電陶瓷輸入一定波型的脈沖信號，壓電陶瓷帶動活塞桿向下移動擠壓熔體，熔體從帶噴射小孔的螺栓的小孔中噴射出來形成液滴，液滴在環形降落管中冷凝形成均一凝固粒子，其步驟如下首先，將原料破碎尺寸為1 2cm大小的顆粒，破碎的顆粒裝入到帶中心孔的坩堝(5)中，裝入量達到帶中心孔的坩堝(5)容量的二分之一，然后將帶噴射小孔的螺栓(10)通過均布的四個螺釘(27)安裝到帶中心孔坩堝(5)底部，手動調整活塞桿(4)的位置，直至活塞桿(4)與帶噴射小孔的螺栓(10)的距離為1 2cm，關上爐門(7)；用上機械泵(2)將坩堝腔(a)抽到低真空1Pa，再用上擴散泵(3)將坩堝腔(a)抽到高真空0.001Pa；用側機械泵(24)將爐體(11)、倉體(14)抽到低真空1Pa，再用側擴散泵(25)將爐體(11)、倉體(14)抽到高真空0.001Pa；然后，根據被加熱原料設定功率，為環形加熱器(6)通電，溫度達到原料熔點后，使帶中心孔的坩堝(5)中的原料熔化成熔體(8)；打開上通氣管(29)和側通氣管(23)，分別向爐體(11)和坩堝腔(a)通入高純的惰性氣體，要求坩堝腔(a)與爐體(11)之間的差壓在25 50kPa之間；其次，給壓電陶瓷(1)輸入一定波型的脈沖信號，壓電陶瓷(1)帶動活塞桿(4)向下移動擠壓熔體(8)，熔體(8)從帶噴射小孔的螺栓(10)的小孔中噴射出來的液滴(21)；噴射出來的液滴(21)在環形降落管(19)中下落，冷凝形成均一凝固粒子(17)，最后降落到托盤(15)中；待收集結束后，停止給環形加熱器(6)通電，關掉上通氣管(29)、側通氣管(23)，繼續抽真空15 25分鐘；最后，依次關掉上擴散泵(3)，上機械泵(2)，側擴散泵(25)，側機械泵(24)，打開上放氣閥(30)，側放氣閥(26)，打開收集倉(18)的倉門(13)，取出均一凝固粒子(17)。
2.如權利要求1所述的一種小孔噴射制備均一凝固粒子的方法，采用的裝置其特征在 于，真空爐(28)和收集倉(18)由左支架(20)和右支架(12)固定連接在一起，真空爐(28) 和收集倉(18)中間由環形降落管(19)連通；真空爐(28)由爐體(11)和爐門(7)組成； 帶中心孔的坩堝(5)安裝在爐體(11)上端，帶中心孔的坩堝(5)外圍的環形加熱器(6)通 過右支撐桿(9)和左支撐桿(22)固定在爐體(11)下端，帶中心孔的坩堝(5)底部通過均 布的四個螺釘(27)安裝帶噴射小孔的螺栓(10)；坩堝腔(a)的左上端分別安裝有通氣管 (29)、上放氣閥(30)，右上端分別安裝有上機械泵(2)、上擴散泵(3)；坩堝腔(a)中的活塞 桿(4)上部分通過動態密封圈(31)安裝在爐體(11)頂端，活塞桿(4)下部分伸入坩堝腔 (a)中，壓電陶瓷⑴連接在活塞桿⑷的頂端；真空爐(28)的左側安裝側機械泵(24)、側 擴散泵(25)以及側放氣閥(26)；收集倉(18)由倉門(13)和倉體(14)組成，托盤(15)通 過支撐塊(16)固定在收集倉(18)內腔底部。
3.如權利要求1或2所述的一種小孔噴射制備均一凝固粒子方法，采用的裝置其特征 在于，帶噴射小孔的螺栓(10)的材質與熔體(8)的潤濕角大于90度。
全文摘要
本發明一種小孔噴射制備均一凝固粒子的方法及裝置屬于高熔點微粒子制備的技術領域，特別涉及一種小孔噴射制備均一凝固粒子的方法。使用加熱器將帶中心孔的坩堝中的原料熔化，然后給壓電陶瓷輸入一定波型的脈沖信號，壓電陶瓷帶動活塞桿向下移動擠壓熔體，熔體從帶噴射小孔的螺栓的小孔中噴射出來形成液滴，液滴在環形降落管中冷凝形成均一凝固粒子。該裝置中真空爐和收集倉由左支架和右支架固定連接在一起，真空爐和收集倉中間由環形降落管連通，真空爐由爐體和爐門組成。本發明針對不同的高熔點材料，能巧妙制備出大小均一、組織一致、圓球度好、尺寸可控，滿足需求的各種微粒子材料。具有效率高、裝置簡單、節約能源。
文檔編號B22F9/08GK101912973SQ201010242118
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者彭旭, 董偉, 譚毅 申請人:大連理工大學