一種超聲波超細(xì)粉碎裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲波超細(xì)粉碎裝置，裝置包括超聲發(fā)生器、換能器、研磨輪組、交流變頻器和電動(dòng)機(jī)；交流變頻器通過(guò)電動(dòng)機(jī)與研磨輪組相連，超能發(fā)生器與換能器相連接。本發(fā)明解決化學(xué)分析樣品超細(xì)粉碎難題，尤其針對(duì)地質(zhì)樣品(礦石、土壤、非金屬材料等)的超細(xì)粉碎問(wèn)題，可以輕易將細(xì)粒固體材料超細(xì)粉碎，節(jié)約能源；達(dá)到減少稱樣量，減少化學(xué)試劑用量，間接減少環(huán)保污染；增加樣品均勻性，提高化學(xué)分析檢測(cè)質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】
一種超聲波超細(xì)粉碎裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波粉碎裝置，具體地說(shuō)，是一種用于巖石、土壤及玻璃等脆性材料的超聲波超細(xì)粉碎裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在化學(xué)計(jì)量檢測(cè)分析領(lǐng)域，檢測(cè)樣品粉碎加工的粒度要求是分析過(guò)程的第一步，其粒度大小及其均勻性對(duì)后續(xù)分析準(zhǔn)確性和精密度具有決定作用，60多年以來(lái)，大多數(shù)檢測(cè)樣品的粒度要求為74μπι(200目)。隨著科技發(fā)展和檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，74 μπι樣品粒度這一技術(shù)要求，正面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)。特別是ICP-MS等高靈敏分析技術(shù)的出現(xiàn)，本來(lái)稱樣量可以減少到毫克級(jí)(5mg?1mg)，由于已有的樣品加工設(shè)備難以將樣品加工的更細(xì)、少量樣品的均勻性和代表性難以保證，仍然需要稱取較大量的樣品(0.5g?Ig)。其結(jié)果是酸堿消耗量大、試劑空白增加，環(huán)境污染和浪費(fèi)加劇。至今還沒(méi)有一種適合化學(xué)分析的超細(xì)樣品加工技術(shù)。
[0003]早在20世紀(jì)80年代末90年代初，猶他粉碎中心對(duì)超聲波粉碎技術(shù)進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，組裝并研究了 I臺(tái)超聲波粉碎設(shè)備。通過(guò)采用一種特殊的壓電陶瓷并對(duì)其預(yù)加104kPa的負(fù)荷以獲得最大強(qiáng)度，使超聲波轉(zhuǎn)換器取得了較大改進(jìn)。這種改進(jìn)的系統(tǒng)使用穩(wěn)定而快速的振動(dòng)促進(jìn)礦石疲勞破裂，從而產(chǎn)生更有效的粉碎效果，對(duì)不同的物料用超聲波嚙輥磨機(jī)使礦粒成功地得到了粉碎，石灰石的超聲波粗碎和干式球磨結(jié)果比較表明，超聲波設(shè)備的產(chǎn)品比球磨機(jī)的產(chǎn)品粒度分布更窄，特別是在產(chǎn)品的粗粒級(jí)范圍內(nèi)很少殘存大顆粒，在細(xì)粒級(jí)范圍內(nèi)避免了物料過(guò)粉碎，但其粉碎出的產(chǎn)品粒徑大于100 μm，與現(xiàn)有的化學(xué)分析制樣方法(球磨、振動(dòng)、盤磨)相比沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，因而至今沒(méi)有應(yīng)用到實(shí)際工作之中。
[0004]Isoyama H，Uchida Y，Nagashima T等采用超聲沖擊研磨。先用金剛石刀片將燒結(jié)過(guò)的陶瓷片(3mm厚)切割成兩個(gè)樣品塊(35mmX15mm)和(15mmX15mm)分別作為彳午和研缽。取部分經(jīng)碰撞研碎后過(guò)篩(0.25mm?0.50mm)的樣品0.2g于件和研缽之間，并施加
14.7N壓力。樣品與杵和研缽相互碰撞，而粉碎成細(xì)小的樣品。這種方法細(xì)碎的樣品可以達(dá)到化學(xué)分析對(duì)樣品粒度的要求，但處理后要拆卸裝置，樣品量偏少，研磨時(shí)間長(zhǎng)(1min)，研缽材料容易污染樣品，還無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)工作過(guò)程中的批量樣品處理。
[0005]我國(guó)目前很少有人開(kāi)展這方面的研究。因此，超聲波粉碎技術(shù)在分析樣品制備方面具有較大的研究空間及應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]現(xiàn)有的超細(xì)碎樣技術(shù)主要有攪拌超細(xì)球磨技術(shù)、高速氣流粉碎技術(shù)、振動(dòng)球磨技術(shù)和已公布的超聲細(xì)磨專利技術(shù)。已有技術(shù)主要用于大批量樣品整體粉碎，無(wú)法滿足小批量化學(xué)分析樣品的超細(xì)加工。存在的主要問(wèn)題是:不適應(yīng)少量(<20g)樣品的超細(xì)加工、SP使可以達(dá)到超細(xì)粉碎，用時(shí)較長(zhǎng)，耗能較大。當(dāng)樣品個(gè)數(shù)較多時(shí)，更換樣品較為麻煩，無(wú)法避免樣品之間的交叉污染和設(shè)備材料帶來(lái)的污染。
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種超聲波超細(xì)粉碎裝置，通過(guò)超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波，通過(guò)超聲波換能器和圓弧形連接頭將超聲波能量傳遞到硬質(zhì)研磨輪，被粉碎材料在磨輪的剪切力和高速振動(dòng)擠壓力作用下疲勞破裂，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲波超細(xì)粉碎裝置，所述的裝置包括超聲發(fā)生器、換能器、研磨輪組、交流變頻器和電動(dòng)機(jī)；交流變頻器通過(guò)電動(dòng)機(jī)與研磨輪組相連，超能發(fā)生器與換能器相連接。
[0009]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的研磨輪組包括套接于輪軸A上的研磨輪A和套接于輪軸B上的研磨輪B,輪軸A和輪軸B平行設(shè)置，輪軸A和輪軸B所在的平面垂直于地面。
[0010]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的裝置還包括與換能器連接的圓弧形連接頭，圓弧形連接頭與輪軸A滑面接觸連接。
[0011]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)與輪軸B固定連接。
[0012]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的研磨輪A的輪邊與研磨輪B的輪邊近乎相切，研磨輪A的輪邊與研磨輪B的輪邊之間的距離在ΙΟμπι?500 μπι范圍內(nèi)可調(diào)。
[0013]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的裝置還包括與輪軸A和輪軸B固定連接的間距調(diào)節(jié)裝置，所述的間距調(diào)節(jié)裝置用以控制調(diào)節(jié)研磨輪A與研磨輪B之間的距離。
[0014]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的研磨輪A和研磨輪B是高硬度材料制成。
[0015]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的高硬度材料是氧化鋯或氮化硼。
[0016]本發(fā)明的有益效果如下:
[0017]本發(fā)明解決化學(xué)分析樣品超細(xì)粉碎難題，尤其針對(duì)地質(zhì)樣品(礦石、土壤、非金屬材料等)的超細(xì)粉碎問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案可以輕易將細(xì)粒固體材料超細(xì)粉碎，節(jié)約能源；達(dá)到減少稱樣量，減少化學(xué)試劑用量，間接減少環(huán)保污染；增加樣品均勻性，提高化學(xué)分析檢測(cè)質(zhì)量；經(jīng)過(guò)5分鐘即可使碎出的細(xì)粒固體材料粒度達(dá)到超細(xì)化學(xué)分析對(duì)樣品粒度的要求(dM〈5ym)。達(dá)到此粒度的樣品可以采用酸溶解，減少酸用量和加熱溶解時(shí)間；也可以直接以懸浮液的形式直接引入儀器檢測(cè)。應(yīng)用本發(fā)明的設(shè)備對(duì)150目剛玉樣品(約100 μm粒徑三氧化二鋁粉末)進(jìn)行粉碎，得到粉末的平均粒徑為1.49 μ??,90%的粉末粒徑小于2.84 μ m，99.9 %的粉末粒徑小于10 μ m。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明裝置用于150目(約100 μπι粒徑)三氧化二鋁(俗稱剛玉)細(xì)碎后粒度分布曲線示意圖。
[0020]圖中，I是超聲發(fā)生器，2是換能器，3是研磨輪Α，4是研磨輪B，5是圓弧形連接頭，6是電動(dòng)機(jī)，7是交流變頻器，8是輪軸Α，9是輪軸B。
具體實(shí)施方案
[0021]本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲波超細(xì)粉碎裝置，包括超聲發(fā)生器1、換能器2、研磨輪組、交流變頻器7和電動(dòng)機(jī)6 ;交流變頻器7通過(guò)電動(dòng)機(jī)6與研磨輪組相連，超能發(fā)生器與換能器2相連接，超聲避免細(xì)粒物之間的團(tuán)聚，達(dá)到細(xì)粒物質(zhì)超細(xì)粉碎的作用。研磨輪組包括套接于輪軸A8上的研磨輪A3和套接于輪軸B9上的研磨輪B4，輪軸A8和輪軸B9平行設(shè)置，輪軸AS和輪軸B9所在的平面垂直于地面。裝置還包括與換能器2連接的圓弧形連接頭5，圓弧形連接頭5與輪軸AS滑面接觸連接，換能器2通過(guò)輪軸AS將超聲能量傳到研磨輪A3，電動(dòng)機(jī)6與輪軸B9固定連接，電動(dòng)機(jī)6帶動(dòng)輪軸B9而聯(lián)動(dòng)研磨輪B4，對(duì)細(xì)小物料產(chǎn)生剪切和振動(dòng)擠壓的綜合作用力使細(xì)粒物質(zhì)破碎。研磨輪A3的輪邊與研磨輪B4的輪邊近乎相切，研磨輪A3與研磨輪B4之間的距離在10 μ m?500 μ m可調(diào)，是研磨輪A3與研磨輪B4之間的距離通過(guò)間距調(diào)節(jié)裝置來(lái)控制。研磨輪A3和研磨輪B4是高硬度材料制成，可以根據(jù)不污染所粉碎的物料原則選擇，高硬度材料是氧化鋯或氮化硼。
[0022]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步地說(shuō)明:
[0023]以研磨150目剛玉樣品(約100 μπι粒徑三氧化二鋁粉末)為例，圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波經(jīng)超聲波換能器2，通過(guò)圓弧形連接頭5傳遞到高硬度研磨輪組中的研磨輪A3，另一研磨輪Β4在電動(dòng)機(jī)6的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。約100 μπι的細(xì)粒樣品從研磨輪A3和研磨輪Β4近接觸面的上部投入后，在研磨輪A3與B之間的剪切力和超聲波振動(dòng)擠壓力協(xié)同作用下使樣品顆粒結(jié)構(gòu)疲勞，達(dá)到破碎的目的。超聲波換能器2通過(guò)圓弧形連接頭5，緊貼研磨輪軸AS實(shí)現(xiàn)超聲波傳遞功能，研磨輪采用高硬度材料，本例選用氧化鋯陶瓷。
[0024]圖2是本發(fā)明裝置用于約150目(100 μm)粒徑三氧化二鋁(剛玉)粉末細(xì)碎后粒度分布曲線示意圖。由圖可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)本發(fā)明裝置粉碎得到的粉末平均粒粒徑為1.49μπι，90 %的粉末粒徑小于2.84 μ m，99.9 %的粉末粒徑小于10 μ m。
[0025]本發(fā)明裝置粉碎樣品過(guò)程中，樣品與研磨輪接觸時(shí)間短(小于0.2秒)，樣品被磨輪材料污染的程度小。同一個(gè)樣品可以通過(guò)調(diào)節(jié)磨輪A3和磨輪B4之間的間距，循環(huán)多次粉碎，從而達(dá)到所需要的粉末細(xì)度。較大的顆粒采用較大的磨輪間距粉碎，然后逐漸縮小磨輪之間的距離；較細(xì)的顆粒直接將磨輪之間的距離調(diào)節(jié)到較小的距離I次得到較細(xì)的粉末。
[0026]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明并不限于以上實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲波超細(xì)粉碎裝置，其特征在于，所述的裝置包括超聲發(fā)生器(I)、換能器(2)、研磨輪組、交流變頻器(7)和電動(dòng)機(jī)￠);所述的交流變頻器(7)通過(guò)電動(dòng)機(jī)(6)與研磨輪組相連，所述的超能發(fā)生器與換能器⑵相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波超細(xì)粉碎裝置，其特征在于，所述的研磨輪組包括套接于輪軸A (8)上的研磨輪A (3)和套接于輪軸B (9)上的研磨輪B (4)，所述的輪軸A (8)和輪軸B(9)平行設(shè)置，輪軸A(8)和輪軸B(9)所在的平面垂直于地面。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波超細(xì)粉碎裝置，其特征在于，所述的裝置還包括與換能器(2)連接的圓弧形連接頭(5)，所述的圓弧形連接頭(5)與輪軸A(S)滑面接觸連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波超細(xì)粉碎裝置，其特征在于，所述的電動(dòng)機(jī)(6)與輪軸B (9)固定連接。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波超細(xì)粉碎裝置，其特征在于，所述的研磨輪A(3)的輪邊與研磨輪B(4)的輪邊近乎相切，所述的研磨輪A(3)的輪邊與研磨輪B(4)的輪邊之間的距離在10 μπι?500 μπι之間可調(diào)。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5所述的超聲波超細(xì)粉碎裝置，其特征在于，所述的裝置還包括與輪軸A(S)和輪軸Β(9)固定連接的間距調(diào)節(jié)裝置，所述的間距調(diào)節(jié)裝置用以控制調(diào)節(jié)研磨輪Α(3)與研磨輪Β(4)之間的距離。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5或6所述的超聲波超細(xì)粉碎裝置，其特征在于，所述的研磨輪A (3)和研磨輪B (4)是高硬度材料制成。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波超細(xì)粉碎裝置，其特征在于，所述的高硬度材料是氧化鋯或氮化硼。
【文檔編號(hào)】B02C4/02GK105879960SQ201510463977
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年7月31日
【發(fā)明人】鄭存江
【申請(qǐng)人】浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)研究所