一种超声波超细粉碎装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种超声波粉碎装置，具体地说，是一种用于岩石、土壤及玻璃等 脆性材料的超声波超细粉碎装置。
【背景技术】
[0002] 在化学计量检测分析领域，检测样品粉碎加工的粒度要求是分析过程的第一步， 其粒度大小及其均匀性对后续分析准确性和精密度具有决定作用，60多年以来，大多数检 测样品的粒度要求为74μπι(200目）。随着科技发展和检测技术的进步，74μπι样品粒度这 一技术要求，正面临着严重挑战。特别是ICP-MS等高灵敏分析技术的出现，本来称样量可 以减少到毫克级（5mg~IOmg)，由于已有的样品加工设备难以将样品加工的更细、少量样 品的均匀性和代表性难以保证，仍然需要称取较大量的样品（0. 5g~Ig)。其结果是酸碱消 耗量大、试剂空白增加，环境污染和浪费加剧。至今还没有一种适合化学分析的超细样品加 工技术。
[0003] 早在20世纪80年代末90年代初，犹他粉碎中心对超声波粉碎技术进行了开发， 组装并研究了 1台超声波粉碎设备。通过采用一种特殊的压电陶瓷并对其预加 KMkPa的 负荷以获得最大强度，使超声波转换器取得了较大改进。这种改进的系统使用稳定而快速 的振动促进矿石疲劳破裂，从而产生更有效的粉碎效果，对不同的物料用超声波啮辊磨机 使矿粒成功地得到了粉碎，石灰石的超声波粗碎和干式球磨结果比较表明，超声波设备的 产品比球磨机的产品粒度分布更窄，特别是在产品的粗粒级范围内很少残存大颗粒，在细 粒级范围内避免了物料过粉碎，但其粉碎出的产品粒径大于100 ym，与现有的化学分析制 样方法（球磨、振动、盘磨）相比没有优势，因而至今没有应用到实际工作之中。
[0004] Isoyama H，Uchida Y，Nagashima T等采用超声冲击研磨。先用金刚石刀片将烧 结过的陶瓷片（3mm厚）切割成两个样品块（35mmX 15mm)和（15mmX 15mm)分别作为件和 研钵。取部分经碰撞研碎后过筛（0.25mm~0.50mm)的样品0.2g于件和研钵之间，并施加 14. 7N压力。样品与杵和研钵相互碰撞，而粉碎成细小的样品。这种方法细碎的样品可以达 到化学分析对样品粒度的要求，但处理后要拆卸装置，样品量偏少，研磨时间长（IOmin)，研 钵材料容易污染样品，还无法应用于实际检测工作过程中的批量样品处理。
[0005] 我国目前很少有人开展这方面的研究。因此，超声波粉碎技术在分析样品制备方 面具有较大的研究空间及应用前景。 【实用新型内容】
[0006] 现有的超细碎样技术主要有搅拌超细球磨技术、高速气流粉碎技术、振动球磨技 术和已公布的超声细磨专利技术。已有技术主要用于大批量样品整体粉碎，无法满足小批 量化学分析样品的超细加工。存在的主要问题是：不适应少量（<20g)样品的超细加工、即 使可以达到超细粉碎，用时较长，耗能较大。当样品个数较多时，更换样品较为麻烦，无法避 免样品之间的交叉污染和设备材料带来的污染。
[0007] 针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供了一种超声波超细粉碎装置，通过超 声波发生器产生超声波，通过超声波换能器和圆弧形连接头将超声波能量传递到硬质研磨 轮，被粉碎材料在磨轮的剪切力和高速振动挤压力作用下疲劳破裂，本实用新型是通过以 下技术方案来实现的：
[0008] 本实用新型公开了一种超声波超细粉碎装置，所述的装置包括超声发生器、换能 器、研磨轮组、交流变频器和电动机；交流变频器通过电动机与研磨轮组相连，超声发生器 与换能器相连接。
[0009] 作为进一步地改进，本实用新型所述的研磨轮组包括套接于轮轴A上的研磨轮A 和套接于轮轴B上的研磨轮B,轮轴A和轮轴B平行设置，轮轴A和轮轴B所在的平面垂直 于地面。
[0010] 作为进一步地改进，本实用新型所述的装置还包括与换能器连接的圆弧形连接 头，圆弧形连接头与轮轴A滑面接触连接。
[0011] 作为进一步地改进，本实用新型所述的电动机与轮轴B固定连接。
[0012] 作为进一步地改进，本实用新型所述的研磨轮A的轮边与研磨轮B的轮边近乎相 切，研磨轮A的轮边与研磨轮B的轮边之间的距离在10 μπι~500 μπι范围内可调。
[0013] 作为进一步地改进，本实用新型所述的装置还包括与轮轴A和轮轴B固定连接的 间距调节装置，所述的间距调节装置用以控制调节研磨轮A与研磨轮B之间的距离。
[0014] 作为进一步地改进，本实用新型所述的研磨轮A和研磨轮B是高硬度材料制成。
[0015] 作为进一步地改进，本实用新型所述的高硬度材料是氧化锆或氮化硼。
[0016] 本实用新型的有益效果如下：
[0017] 本实用新型解决化学分析样品超细粉碎难题，尤其针对地质样品（矿石、土壤、 非金属材料等）的超细粉碎问题，本实用新型的技术方案可以轻易将细粒固体材料超细 粉碎，节约能源；达到减少称样量，减少化学试剂用量，间接减少环保污染；增加样品均匀 性，提高化学分析检测质量；经过5分钟即可使碎出的细粒固体材料粒度达到超细化学分 析对样品粒度的要求（'〈5μπι)。达到此粒度的样品可以采用酸溶解，减少酸用量和加热 溶解时间；也可以直接以悬浮液的形式直接引入仪器检测。应用本实用新型的设备对150 目刚玉样品（约100 μ m粒径三氧化二铝粉末）进行粉碎，得到粉末的平均粒径为1. 49 μ m， 90 %的粉末粒径小于2. 84 μ m，99. 9 %的粉末粒径小于10 μ m。
【附图说明】
[0018] 图1是本实用新型装置的结构示意图；
[0019] 图2是本实用新型装置用于150目（约100 μ m粒径）三氧化二铝（俗称刚玉） 细碎后粒度分布曲线示意图。
[0020] 图中，1是超声发生器，2是换能器，3是研磨轮A，4是研磨轮B，5是圆弧形连接头， 6是电动机，7是交流变频器，8是轮轴A，9是轮轴B。 具体实施方案
[0021] 本实用新型公开了一种超声波超细粉碎装置，包括超声发生器1、换能器2、研磨 轮组、交流变频器7和电动机6 ;交流变频器7通过电动机6与研磨轮组相连，超能发生器 与换能器2相连接，超声避免细粒物之间的团聚，达到细粒物质超细粉碎的作用。研磨轮组 包括套接于轮轴A8上的研磨轮A3和套接于轮轴B9上的研磨轮M，轮轴A8和轮轴B9平 行设置，轮轴A8和轮轴B9所在的平面垂直于地面。装置还包括与换能器2连接的圆弧形 连接头5,圆弧形连接头5与轮轴A8滑面接触连接，换能器2通过轮轴A8将超声能量传到 研磨轮A3,电动机6与轮轴B9固定连接，电动机6带动轮轴B9而联动研磨轮M，对细小物 料产生剪切和振动挤压的综合作用力使细粒物质破碎。研磨轮A3的轮边与研磨轮M的轮 边近乎相切，研磨轮A3与研磨轮M之间的距离在10 μ m~500 μ m可调，是研磨轮A3与研 磨轮M之间的距离通过间距调节装置来控制。研磨轮A3和研磨轮M是高硬度材料制成， 可以根据不污染所粉碎的物料原则选择，高硬度材料是氧化锆或氮化硼。
[0022] 下面通过具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步地说明：
[0023] 以研磨150目刚玉样品（约100 μπι粒径三氧化二铝粉末）为例，图1是本实用新 型装置的结构示意图，超声波发生器产生的超声波经超声波换能器2,通过圆弧形连接头5 传递到高硬度研磨轮组中的研磨轮A3,另一研磨轮M在电动机6的驱动下旋转。约100 μπι 的细粒样品从研磨轮A3和研磨轮M近接触面的上部投入后，在研磨轮A3与B之间的剪 切力和超声波振动挤压力协同作用下使样品颗粒结构疲劳，达到破碎的目的。超声波换能 器2通过圆弧形连接头5,紧贴研磨轮轴Α8实现超声波传递功能，研磨轮采用高硬度材料， 本例选用氧化锆陶瓷。
[0024] 图2是本实用新型装置用于约150目（100 μπι)粒径三氧化二铝（刚玉）粉末细 碎后粒度分布曲线示意图。由图和下表可见，经过本实用新型装置粉碎得到的粉末平均粒 粒径为L 49 μ m，90%的粉末粒径小于2. 84 μ m，99. 9%的粉末粒径小于10 μ m。
[0025]
[0026] 本实用新型装置粉碎样品过程中，样品与研磨轮接触时间短（小于0. 2秒），样品 被磨轮材料污染的程度小。同一个样品可以通过调节磨轮A3和磨轮M之间的间距，循环 多次粉碎，从而达到所需要的粉末细度。较大的颗粒采用较大的磨轮间距粉碎，然后逐渐缩 小磨轮之间的距离；较细的颗粒直接将磨轮之间的距离调节到较小的距离1次得到较细的 粉末。
[0027] 以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型并不限于以上实施例， 本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改 进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1. 一种超声波超细粉碎装置，其特征在于，所述的装置包括超声发生器（I)、换能器 (2)、研磨轮组、交流变频器（7)和电动机（6);所述的交流变频器（7)通过电动机（6)与研 磨轮组相连，所述的超声发生器（1)与换能器（2)相连接。2. 根据权利要求1所述的超声波超细粉碎装置，其特征在于，所述的研磨轮组包括套 接于轮轴A(8)上的研磨轮A(3)和套接于轮轴B(9)上的研磨轮B(4)，所述的轮轴A(8)和 轮轴B(9)平行设置，轮轴A(S)和轮轴B(9)所在的平面垂直于地面。3. 根据权利要求1或2所述的超声波超细粉碎装置，其特征在于，所述的装置还包括 与换能器（2)连接的圆弧形连接头（5)，所述的圆弧形连接头（5)与轮轴A(S)滑面接触连 接。4. 根据权利要求3所述的超声波超细粉碎装置，其特征在于，所述的电动机（6)与轮轴 B(9)固定连接。5. 根据权利要求3所述的超声波超细粉碎装置，其特征在于，所述的研磨轮A(3)的轮 边与研磨轮B(4)的轮边近乎相切，所述的研磨轮A(3)的轮边与研磨轮B(4)的轮边之间的 距离在10Um~500ym之间可调。6. 根据权利要求1或2或4或5所述的超声波超细粉碎装置，其特征在于，所述的装置 还包括与轮轴A(S)和轮轴B(9)固定连接的间距调节装置，所述的间距调节装置用以控制 调节研磨轮A(3)与研磨轮B(4)之间的距离。7. 根据权利要求1或2或4或5所述的超声波超细粉碎装置，其特征在于，所述的研磨 轮A(3)和研磨轮B(4)是高硬度材料制成。8. 根据权利要求7所述的超声波超细粉碎装置，其特征在于，所述的高硬度材料是氧 化锆或氮化硼。
【专利摘要】本实用新型公开了一种超声波超细粉碎装置，装置包括超声发生器、换能器、研磨轮组、交流变频器和电动机；交流变频器通过电动机与研磨轮组相连，超能发生器与换能器相连接。本实用新型解决化学分析样品超细粉碎难题，尤其针对地质样品(矿石、土壤、非金属材料等)的超细粉碎问题，可以轻易将细粒固体材料超细粉碎，节约能源；达到减少称样量，减少化学试剂用量，间接减少环保污染；增加样品均匀性，提高化学分析检测质量。
【IPC分类】B02C19/18, B02C4/02
【公开号】CN204933545
【申请号】CN201520572429
【发明人】郑存江, 陶晓明
【申请人】浙江省地质矿产研究所
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年7月31日