基于脈沖微孔噴射法(POEM)制備微粒子的理論建模與數(shù)值模擬.pdf

1、球形微米級(jí)粒子特指尺寸在納米和毫米之間的球形粉末顆粒，目前在球形硅太陽(yáng)能電池、硅鍺半導(dǎo)體集成電路、電子封裝領(lǐng)域、制備精密儀器乃至快速成型制造領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。脈沖微孔噴射法(POEM)屬于按需噴射，在壓力差和壓電陶瓷的共同作用下使微小液柱從小孔中噴出，在表面張力的作用下頸縮形成液滴。壓電陶瓷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每向下運(yùn)動(dòng)一次產(chǎn)生一個(gè)液滴，每個(gè)液滴形成的條件完全相同，不受實(shí)驗(yàn)環(huán)境的影響，因此粒徑分布窄、圓球度高、熱履歷和微觀結(jié)構(gòu)均趨于一致。

2、
　　本文基于自行研制的微米級(jí)均勻粒子制備設(shè)備—POEM，借助于流體動(dòng)力學(xué)軟件-Fluent，建立液滴形成和振動(dòng)模型，探討液滴頸縮和振動(dòng)機(jī)理，研究液滴物性值和實(shí)驗(yàn)參數(shù)等對(duì)頸縮和振動(dòng)的影響;此外，建立凝固-傳熱模型，分析Fe-Co基金屬玻璃粒子形成的臨界條件。通過研究，得到如下結(jié)論:POEM設(shè)備屬于按需噴射，由向下運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)桿將微小液柱從小孔中噴出，在表面張力的作用下頸縮形成液滴;液體的物性值（例如液體與坩堝的潤(rùn)濕角、表面張力、粘度

3、等）對(duì)液滴的頸縮行為具有重要影響;只有當(dāng)液體與坩堝的潤(rùn)濕角大于等于90°時(shí)才能頸縮得到液滴;當(dāng)表面張力較小時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加的衛(wèi)星滴，當(dāng)表面張力特別大時(shí)由于不能提供表面能導(dǎo)致頸縮失敗;粘度可以衡量流體的內(nèi)摩擦力和機(jī)械能的損耗，隨著粘度的增加頸縮時(shí)間會(huì)延遲，當(dāng)粘度特別高時(shí)，由于能量消耗會(huì)導(dǎo)致頸縮失敗;實(shí)驗(yàn)參數(shù)與液滴的頸縮行為也有密切關(guān)系;用不同孔徑尺寸制備微粒子時(shí)，微孔尺寸越小，表面張力的作用越明顯，因此需要適當(dāng)增大差壓，而隨微孔尺寸增加時(shí)，為

4、了獲得穩(wěn)定液滴需要增大傳動(dòng)桿的速度;頸縮后的液滴在下落過程中做阻尼振動(dòng)，由最初的不規(guī)則橢球形逐漸振動(dòng)為球形;材料本身的物性值（如表面張力、粘度等）對(duì)液滴的振動(dòng)有很大影響:增大表面張力，振動(dòng)頻率加快，振動(dòng)時(shí)間縮短;粘度增加，振動(dòng)頻率幾乎不受影響，而振動(dòng)時(shí)間顯著降低;用POEM設(shè)備在純He氣氛和混合氣氛（50％He+50％Ar）制備粒徑均勻、圓球度高、具有不同粒徑的[(Fe0.5Co0.5)0.75B0.2Si0.05]96Nb4金屬玻璃粒