專利名稱：納米粉體材料液相分散裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分散和破碎液相載體中的納米粉體材料的裝置。
背景技術(shù)：
納米粉體材料也就是尺寸為納米級(jí)的顆粒材料，其通常是納米級(jí)尺寸的顆粒分散 在液相載體中形成的混合體系，其應(yīng)用是當(dāng)前納米材料發(fā)展應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，但是載體中 的納米級(jí)尺寸的顆粒物的團(tuán)聚問題是困擾納米粉體材料應(yīng)用和技術(shù)升級(jí)的瓶頸，常規(guī)的納 米粉體材料在液相載體中的分散技術(shù)主要有超聲技術(shù)、球磨技術(shù)、砂磨技術(shù)、高剪切技術(shù) 等。以下做簡要介紹1)高剪切分散乳化機(jī)其核心結(jié)構(gòu)是定子和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，由于轉(zhuǎn)子高速 旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的高切線速度和高頻機(jī)械效應(yīng)帶來的強(qiáng)勁動(dòng)能，使物料在定轉(zhuǎn)子狹窄的間隙中 受到強(qiáng)烈的機(jī)械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦等綜合作用，從而將納米材料分散到液相 中。2)超聲粉碎機(jī)；利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生強(qiáng)超聲在液體中產(chǎn)生空化效應(yīng)用來分散、乳化、 勻化固一液相材料。3)砂磨機(jī)；利用不銹鋼轉(zhuǎn)葉攪拌帶動(dòng)里面的大量小球(小球通常用耐 磨材料如氧化鋯制成)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)固一液相材料起到研磨分散作用。以上技術(shù)只能消除分散漿液中納米材料的軟團(tuán)聚，也就是因顆粒間的范德華力和 庫侖力所形成的團(tuán)聚體，通過一些化學(xué)的作用或施加機(jī)械能的方式，就可以使其大部分消 除。而對(duì)于納米材料硬團(tuán)聚無能為力，也就是顆粒之間通過化學(xué)鍵力或氫鍵作用力等強(qiáng)作 用力連接形成的團(tuán)聚體，團(tuán)聚體內(nèi)部作用力大，顆粒間結(jié)合緊密，不易重新分散，粉體的活 性差，燒結(jié)性能差，現(xiàn)有技術(shù)的分散和粉碎設(shè)備是很難起到有效的分散和粉碎效果的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種分散和破碎液相載體中的納米粉體材料的裝置，該 裝置具有更好的分散、破碎效果。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種納米粉體材料液相分散 裝置，包括用于將納米材料進(jìn)行增壓輸送的增壓機(jī)構(gòu)，其特征在于增壓機(jī)構(gòu)的物料輸出壓 力在60MPa以上，增壓機(jī)構(gòu)的物料輸出端與小孔連通，所述的小孔的孔徑在0. 3mm以下，小 孔的前方設(shè)置阻擋物料的擋塊。由上述技術(shù)方案可知本發(fā)明的納米粉體材料液相分散裝置是先將納米粉體物料 加壓到規(guī)定值同時(shí)進(jìn)行輸送，加壓后的物料經(jīng)增壓機(jī)構(gòu)的出料端進(jìn)入小孔噴出繼而撞擊到 小孔腔前方的擋塊上。在此過程中，增壓機(jī)構(gòu)對(duì)物料的增壓并以較高流速輸送，使得物料呈 湍流或稱紊流狀，起到預(yù)混和初步分散的效果，然后物料流經(jīng)小孔時(shí)，根據(jù)流體力學(xué)的伯努 利原理，流體沿著一條粗細(xì)不同的管道向前運(yùn)動(dòng)，較細(xì)管徑部分流速快、壓力小，較粗管徑 部分流速小、但壓力大；因此，物料在進(jìn)入小孔處獲得了更高流速，而在小孔通道出口處獲 得了更高的壓力，而呈噴射狀噴出，也就類似于急速紊流或湍流這就起到了極好的破碎和 分散物料的作用，極大的提高了流體物料分散均質(zhì)效果；物料在小孔出口處被高速射出后 沖射到擋塊上，此時(shí)即使硬團(tuán)聚的物料也因激烈撞擊的作用被分散開來；以上一系列流程中物料急速湍流、高速撞擊霧化以及在上述過程中的摩擦和剪切等作用，更好地實(shí)現(xiàn)了納 米材料的破碎、乳化、均質(zhì)分散的效果。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中小孔和擋塊部位的放大圖； 圖3是另一種實(shí)施方式的小孔和擋塊的放大圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2、3所示，一種納米粉體材料液相分散裝置，包括用于將納米材料進(jìn)行增 壓輸送的增壓機(jī)構(gòu)20，增壓機(jī)構(gòu)20的物料輸出壓力在60MPa以上，最好在60MPa_250MPa之 間，增壓機(jī)構(gòu)20的物料輸出端21與小孔30連通，所述的小孔30的孔徑在0. 3mm以下，小 孔30的前方設(shè)置阻擋物料的擋塊40。加壓后的納米材料經(jīng)增壓機(jī)構(gòu)20的出料端21進(jìn)入小孔30噴出繼而撞擊到小孔 30腔前方的擋塊40上。在此過程中，增壓機(jī)構(gòu)20對(duì)物料的增壓并以較高流速輸送，使得物 料呈湍流或稱紊流狀，起到預(yù)混和初步分散的效果；然后物料流經(jīng)小孔30時(shí)，根據(jù)流體力 學(xué)的伯努利原理，流體沿著一條粗細(xì)不同的管道向前運(yùn)動(dòng)，較細(xì)管徑部分流速快、壓力小， 較粗管徑部分流速小、但壓力大；因此，物料在進(jìn)入小孔30處獲得了更高流速，而在小孔30 出口處獲得了更高的壓力，而呈噴射狀噴出，也就是急速紊流或湍流，起到了極好的破碎和 分散物料的作用，極大的提高了流體物料分散均質(zhì)效果；然后物料在小孔30出口處被高速 射出后沖射到擋塊40上，此時(shí)即使硬團(tuán)聚的物料也因激烈撞擊的作用被分散開來；以上一 系列流程中物料急速湍流、高速撞擊霧化以及在上述過程中的摩擦和剪切等作用，更好地 實(shí)現(xiàn)了納米材料的破碎、乳化、均質(zhì)分散的效果。至于要如何形成物料經(jīng)過的小孔，可以有多種方式，利于在鋼板上鉆孔形成等，本 發(fā)明優(yōu)選的是小孔30由超硬板體31上由激光鉆孔制成，小孔30的軸芯垂直于板體的板 面，超硬板材可以是特種鋼或者金剛石，最好是人造金剛石，既能保證硬度和耐磨性，能夠 經(jīng)受高壓高流速物料的沖刷，同時(shí)成本也合理，激光鉆孔可以保證孔的精度。所述的小孔30 最好是階梯孔，其入口端尺寸大于出口端尺寸，如圖3中所示，這樣可以減小由增壓機(jī)構(gòu)20 到小孔30的壓力和流速的突變量，減小對(duì)小孔30的孔壁的磨損，進(jìn)一步提高設(shè)備使用壽 命。 增壓機(jī)構(gòu)20可以是螺桿泵，齒輪泵等可以以較高壓力輸送物料的設(shè)備，最好是柱 塞式高壓泵，這樣可以利用柱塞泵本身的結(jié)構(gòu)自然使得物料的流量和壓力長生脈沖和階 躍，利于物料形成湍流和滔動(dòng)，進(jìn)一步增強(qiáng)分散效果。泵的輸出壓力也就是泵所輸出的物料 的壓力大于60MPa是實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的的最低要求壓力，當(dāng)然為了節(jié)能和便于設(shè)備使用安全， 其輸出壓力最好在250MPa以內(nèi)，也就是說輸出物料的壓力在60MPa-250MPa之間，既能保證 后續(xù)的粉碎效果，又節(jié)能環(huán)保，降低成本。 擋塊40也最好是高硬度的耐磨的材料制成，例如特種鋼、金剛石等，本發(fā)明優(yōu)選 由碳化硅摻雜10%-20%的納米碳化硅材料制成，最好是由碳化硅摻雜15%的納米碳化硅材 料制成；實(shí)踐證明其耐撞擊和耐磨的性能優(yōu)良，提高了設(shè)備的整體性能。
擋塊40必然肯定包括用于阻擋小孔30出口流體的阻擋面41，最好在兩者之間設(shè) 置引流腔41，引流腔42為圓柱形空腔，引流腔42與小孔30同軸地連接在小孔30出口，對(duì) 于小孔30為等徑通孔的結(jié)構(gòu)，所述的引流腔42的徑向尺寸大于小孔30的徑向尺寸1-5倍， 對(duì)于小孔30為階梯孔的結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的就是引流腔42的徑向尺寸大于小孔30出口端的徑向 尺寸1-5倍。這樣可以使物料再經(jīng)歷一次壓力和流速的變化，提供一個(gè)物流紊流、分散、混 合的過程，同時(shí)引流腔42的尺寸限制在一定范圍又便于引導(dǎo)物料完全撞擊到阻擋面41上， 便于撞擊的作用使物料中的團(tuán)聚完全被破壞和分散，起到更好的分散效果。至于擋塊40的具體結(jié)構(gòu)和形狀則可以靈活選擇，例如擋塊40上的阻擋面41由 錐體43的底面構(gòu)成，錐體43與引流腔42同軸布置，錐體43外部設(shè)置形狀與錐體43吻合、 尺寸略大于錐體43的外殼44，外殼44與錐體43圍合構(gòu)成密閉的腔室，該腔室位于錐體43 底面的中間部位與引流腔42相通、位于錐體43頂部的出料管45與外界連通；如圖2所示， 這也可以理解為，擋塊40包括圓管、錐體43和外殼44，圓管與錐體43同軸布置，圓管的內(nèi) 孔就是引流腔42，物料經(jīng)小孔30進(jìn)入引流腔42后撞擊到錐體43的底面也就是阻擋面41 上，并相錐體43的邊緣飛濺分散，然后沿錐體43與外殼44之間的間隙流到外殼44下端的 出料管45，后排出設(shè)備之外；外殼44與錐體43的間隙可以是錐體43由支桿支撐在外殼44 上形成；或者如圖2所示，錐體43底部的徑向尺寸與外殼44的粗細(xì)吻合，錐體43底部邊 緣抵靠外殼44的內(nèi)壁，錐體43底部的邊緣均勻分布缺口 ；或者錐體43側(cè)面抵靠在外殼44 上，錐體43沿側(cè)面開設(shè)有多個(gè)導(dǎo)流槽連通出料管45。這樣物料在外殼44與錐體43之間流 動(dòng)時(shí)，物料必然進(jìn)一步紊流和分散?；蛘邠鯄K40為整體鑄造成型的圓柱狀，引流腔42沿軸芯設(shè)置在擋塊40上端，所 述的阻擋面41由引流腔42的下端面構(gòu)成，沿阻擋面41周邊設(shè)置有四個(gè)排液孔46，四個(gè)排 液孔46沿引流腔42的軸芯對(duì)稱布置，排液孔46斜向引流腔42前方延伸到擋塊40表面。 也就是物料由引流腔42撞擊到正面的阻擋面41上，在阻擋面形成局部的激烈混亂的流場， 但在高壓的作用下，物料仍會(huì)沿引流腔42下端周側(cè)的四個(gè)排液孔46分散流出擋塊40之 外。這樣的結(jié)構(gòu)中排液孔46作為撞擊后進(jìn)一步分散的區(qū)域。本發(fā)明的具體實(shí)施如圖1所示，納米粉體材料，也就是納米顆粒與液相的混合物 盛放在容器10內(nèi)，容器10下部有管道通入增壓機(jī)構(gòu)20，增壓機(jī)構(gòu)20由電機(jī)12及其所驅(qū)動(dòng) 的柱塞式高壓泵和適配管道等部件構(gòu)成，增壓后物料的壓力由壓力表11檢測和現(xiàn)實(shí)，從容 器10而來的物料經(jīng)增壓機(jī)構(gòu)20增壓輸送到輸出端21進(jìn)入小孔21，在小孔內(nèi)高速湍流通過 進(jìn)入引流腔42后撞擊到阻擋面41上，再沿排液孔46或外殼44與錐體43之間的腔室進(jìn)一 步混合后排出設(shè)備之外。所述設(shè)備中部件之間的連接可以是膠接或焊接或螺紋連接等公知 的技術(shù)，這樣的納米粉體材料分散設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠?qū)⒓{米材料顆粒均勻地分 散到液相載體中。利用本發(fā)明的裝置將用超聲設(shè)備初步分散后的納米材料進(jìn)行分散，其分散前后分 別用激光粒度儀檢測材料的粒徑參數(shù)，檢測所得的數(shù)據(jù)如下表所示
權(quán)利要求
一種納米粉體材料液相分散裝置，包括用于將納米材料進(jìn)行增壓輸送的增壓機(jī)構(gòu)(20)，其特征在于增壓機(jī)構(gòu)(20)的物料輸出壓力在60MPa以上，增壓機(jī)構(gòu)(20)的物料輸出端(21)與小孔(30)連通，所述的小孔(30)的孔徑在0.3mm以下，小孔(30)的前方設(shè)置阻擋物料的擋塊(40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米粉體材料液相分散裝置，其特征在于所述的小孔 (30)由超硬板體(31)上由激光鉆孔制成，小孔(30)的軸芯垂直于板體的板面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米粉體材料液相分散裝置，其特征在于所述的擋塊 (40)包括阻擋面(41)和位于阻擋面(41)與小孔(30)之間的引流腔(42)，引流腔(42)為 圓柱形空腔，引流腔(42)與小孔(30)同軸地連接在小孔(30)出口，所述的引流腔(42)的 徑向尺寸大于小孔(30)的徑向尺寸1-5倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米粉體材料液相分散裝置，其特征在于所述的增壓 機(jī)構(gòu)(20)為柱塞式高壓泵；其所輸出物料的壓力在60MPa-250MPa之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米粉體材料液相分散裝置，其特征在于所述的超硬 板體(31)由人造金剛石材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米粉體材料液相分散裝置，其特征在于所述的擋塊 (40 )上的阻擋面(41)由錐體(43 )的底面構(gòu)成，錐體(43 )與引流腔(42 )同軸布置，錐體(43 ) 外部設(shè)置形狀與錐體(43)吻合、尺寸略大于錐體(43)的外殼(44)，外殼(44)與錐體(43) 圍合構(gòu)成密閉的腔室，該腔室位于錐體(43)底面的中間部位與引流腔(42)相通、位于錐體 (43)頂部的出料管(45)與外界連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米粉體材料液相分散裝置，其特征在于所述的擋塊(40)為整體鑄造成型的圓柱狀，引流腔(42)沿軸芯設(shè)置在擋塊(40)上端，所述的阻擋面(41)由引流腔(42)的下端面構(gòu)成，沿阻擋面(41)周邊設(shè)置有四個(gè)排液孔(46)，四個(gè)排液孔 (46)沿引流腔(42)的軸芯對(duì)稱布置，排液孔(46)斜向引流腔(42)前方延伸到擋塊(40)表
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種納米粉體材料液相分散裝置，其特征在于所述的 擋塊(40)由碳化硅摻雜10%-20%的納米碳化硅材料制成；所述的小孔(30)為階梯孔，其入 口端尺寸大于出口端尺寸，所述的引流腔(42)的徑向尺寸大于小孔(30)出口端的徑向尺 寸1-5倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種納米粉體材料液相分散裝置，其特征在于所述的 擋塊(40)由碳化硅摻雜15%的納米碳化硅材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于分散和破碎液相載體中的納米粉體材料的裝置，包括用于將納米材料進(jìn)行增壓輸送的增壓機(jī)構(gòu)，其特征在于增壓機(jī)構(gòu)的物料輸出壓力在60MPa以上，增壓機(jī)構(gòu)的物料輸出端與小孔連通，所述的小孔的孔徑在0.3mm以下，小孔的前方設(shè)置阻擋物料的擋塊；物料在經(jīng)過小孔、擋塊的過程中，因所流經(jīng)的孔腔的尺寸不同，物料會(huì)發(fā)生壓力和流速的突變，導(dǎo)致物料劇烈的湍動(dòng)呈紊流狀，然后呈噴射狀沖射到擋塊上，此時(shí)即使硬團(tuán)聚的物料也因激烈撞擊的作用被分散開來；以上一系列流程中物料急速湍流、高速撞擊霧化以及在上述過程中的摩擦和剪切等作用，更好地實(shí)現(xiàn)了納米材料的破碎、乳化、均質(zhì)分散的效果。
文檔編號(hào)B01F5/06GK101961616SQ201010511928
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者張芬紅 申請(qǐng)人:合肥開爾納米能源科技股份有限公司