Princip a zavedení ultrazvukové atomizace kovů

Technologie ultrazvukové atomizace je účinný a levný způsob výroby jemných kovových prášků. Prášky vyrobené touto metodou mají dobrou kulovitost, regulovatelnou velikost částic a úzkou distribuci velikosti, což z nich činí slibnou technologii v průmyslu kovových práškových materiálů. Ultrazvuková atomizace kovu je jednou z aplikací technologie ultrazvukové atomizace a její principy jsou podobné jako u ultrazvukové atomizace.

Ultrazvuková atomizace kovu zahrnuje proces přeměny roztaveného kovu (kapaliny) na jemné kapičky mlhy v plynné fázi. Vysokofrekvenční ultrazvukové vibrace jsou aplikovány na povrch roztaveného kovu, což způsobuje, že se kapičky oddělují a rozpadají se od povrchu v důsledku špiček ultrazvukových vln. Jak se frekvence ultrazvuku postupně zvyšuje, atomizované kapičky se stávají jemnějšími. Při nepřetržitém působení ultrazvukových vibrací lze získat extrémně jemné kapičky.

Formy ultrazvukové atomizace kovů

Ultrazvuková atomizace kovu je proces využívající vysokofrekvenční ultrazvukové vibrace k vytváření jemných kapiček mlhy z roztaveného kovu v plynné fázi, které pak po ochlazení ztuhnou na kovový prášek.

První forma zahrnuje přímý nebo nepřímý kontakt mezi roztaveným kovem a ultrazvukovou atomizační hlavou. Vysokofrekvenční elektromagnetické vlny generované generátorem jsou převedeny a zesíleny ultrazvukovým převodníkem a amplitudovým modulátorem, čímž se vysokofrekvenční vibrace nakonec přenesou do proudu roztaveného kovu. Roztavený kov je atomizován pod vysokofrekvenčními vibracemi ultrazvuku.

Druhá forma zahrnuje koncentraci energie generované vysokofrekvenčními ultrazvukovými vibracemi v malém prostoru a přímé použití ultrazvuku k atomizaci roztaveného kovu.

Třetí forma kombinuje ultrazvukovou atomizaci s tradičními atomizačními technikami a vytváří novou hybridní atomizační technologii.

Ultrazvukový atomizační mechanismus

Existují dvě vysvětlení mechanismu ultrazvukové atomizace: teorie vln povrchového napětí a teorie mikrorázových vln. Kompromisní hledisko naznačuje, že obě teorie hrají roli v ultrazvukové atomizaci.

Teorie vln povrchového napětí

Působením vln povrchového napětí, když amplituda vibrující kapaliny dosáhne určité hodnoty, vylétají kapičky z vrcholu vlny a tvoří mlhu. Vlny povrchového napětí generují kapičky na vrcholech vln a velikost kapiček je úměrná vlnové délce vln povrchového napětí. Pod vlivem vln povrchového napětí je tekutý kov atomizován z povrchu ultrazvukovou frekvencí a vibrujícím povrchem kapiček. Při ultrazvukové atomizaci plynu je proud roztaveného kovu ovlivněn a fragmentován několika vysokorychlostními pulzy plynu.

Teorie mikrošokových vln

Teorie mikrorázových vln naznačuje, že atomizace ultrazvukem souvisí s kavitací, což se týká generování velkého počtu bublin, když vysokofrekvenční ultrazvukové vibrace působí na roztavený kov. Tyto bubliny neustále rostou a kolabují. Při uzavírání bublin se vibrace působící na kapalinu přeměňují na práci vykonanou na bublinách. Když se bubliny zhroutí, část jejich energie se přemění na tepelné a světelné záření a zbývající energie produkuje záření mikrorázových vln. Tato teorie naznačuje, že kavitace způsobená vysokofrekvenčními ultrazvukovými vibracemi pod hladinou kapaliny nakonec vede k tvorbě kapiček.

Úvod do zařízení

Ultrazvukový generátor

Ultrazvukový generátor převádí 220V AC na vysokofrekvenční elektrické oscilace, aby poskytl dostatek elektrické energie pro celé atomizační zařízení.

Ultrazvukový převodník

Nejběžnějším typem je sendvičový piezoelektrický keramický měnič. Jeho funkcí je převádět vysokofrekvenční signály elektrických oscilací na mechanické vibrace a přeměňovat elektrickou energii na vysokofrekvenční vibrace.

Amplitudový modulátor

Ultrazvukový amplitudový modulátor, také známý jako ultrazvukový koncentrátor, zesiluje posun a rychlost mechanické vibrace a soustřeďuje ultrazvukovou energii do menší oblasti.

Atomizační hlava

Ultrazvuková atomizační hlava je součást, která se přímo dotýká materiálu a je obecně vyrobena ze slitiny. Teplota tání atomizovaného kovu je omezena materiálem atomizační hlavy, proto je tato metoda vhodnější pro přípravu kovů a slitin se střední až nízkou teplotou tání. Převodník a amplitudový modulátor přenášejí vysokofrekvenční vibrace do atomizační hlavy, která působí na roztavený kov a přeměňuje roztavený kov na jemné částice nebo prášek.

Proces atomizace

Ultrazvuková atomizace kovu je proces využívající vysokorychlostní ultrazvukové vibrace k nárazu a atomizaci roztaveného kovu nebo toků slitiny, což nakonec vytváří jemný kovový prášek. Kovová ultrazvuková atomizace spočívá v tom, že generátor převádí střídavý proud na vysokofrekvenční elektromagnetické vlny, které jsou pak ultrazvukovým převodníkem převáděny na vysokofrekvenční vibrace. Zesílené vibrace jsou nakonec přenášeny do nástrojové hlavy (atomizační hlavy) pomocí amplitudového modulátoru. Když ultrazvuková atomizační hlava působí na roztavený kov, roztavený kov se pod vysokofrekvenčními vibracemi šíří do tekutého filmu. Když amplituda ultrazvuku dosáhne určité úrovně, roztavený kov se rozbije a roztříštěné kapičky vyletí z vibrujícího povrchu a vytvoří mlhu.

Proces atomizace kovu ultrazvukem lze zhruba rozdělit do dvou fází: fragmentace a kondenzace. První fáze zahrnuje rozbití zahřátého a roztaveného kovu nebo slitiny, což má za následek tvorbu kovových kapiček a ovlivnění velikosti konečného kovového prášku. Druhý stupeň kondenzace určuje tvorbu konečných kovových částic, přímo ovlivňujících tvar kovového prášku a zahrnuje především vedení tepla.