Способ получения аэрозоля Советский патент 1984 года по МПК B05B17/04 

Изобретение относится к аэрозольной технике, преимущественно к способам получения аэрозолей и может быть использовано для получения аэрозолей с узким, стабильным во времени и регулируемым спектром размеров твердых частиц.

Известен способ получения аэрозолей, состоящий из твердых частиц размером несколько микрон и менее за счет конденсации продуктов испарения аэрозолеобразователя 1.

Однако этим способом можно получить частицы из веществ, которые заметно испаряются при температуре около 1500°С и при давлении менее 10 атм. Кроме-того, полученный аэрозоль загрязнен продуктами термического разложения элементов системы разогрева аэрозолеобразователя. Традиционные системы аэрозолеобразования, состоящие из печи и ванны для аэрозолеобразователя, характеризуеются значительной инерционностью (время выхода на стабильный режим генерации аэрозоля) составляет несколько десятков минут и более.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения аэрозоля путем облучения поверхности аэрозолеобразователя фокусированным лазерным излучением. Для облучения можно использовать непрерывное или импульсно-периодическое лазерное излучение. Способ позволяет получать аэрозоли практически из любых веществ, при этом обеспечивается высокая чистота аэрозоля, так как он не загрязняется продуктами термического разрушения из-за нагрева аэрозолеобразователя 2.

Недостатки известного способа заключаются в том, что не удается получать аэрозоли со стабильными спектрами размеров и концентрации частиц. Эти спектры сильно зависят от времени из-за изменения скорости роста частиц при углублении кратера в аэрозолеобразователе. Способ не позволяет производить регулирование концентрации и размеров аэрозоля.

Целью изобретения является повыщение стабильности и регулирование концентрации и размеров аэрозоля.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения аэрозоля путем облучения поверхности аэрозолеобразователя непрерывным или импульсно-периодическим лазерным излучением, аэрозолеобразователь, помещенный в замкнутый объем непрерывно перемещают в плоскости, перпендикулярной оси лазерного излучения, направляют поток газа на поверхность аэрозолеобразователя в области воздействия лазерного излучения и полученный аэрозоль выводят из замкнутого объема.

На фиг. 1 и 2 приведены примеры реализации способа.

Устройства для реализации способа имеют оптический канал 1, фокусирующую оптическую систему 2, расположенную в стенке замкнутого объема 3. Аэрозолеобразователь 4 с системой его перемещения помещают в замкнутый объем 3. Аэрозсшеобразователем 4 может быть твердая дисперсная фаза. Замкнутый объем 3 снабжен штуце0 рами 5 и 6 для подачи потока газа.

Получение аэрозоля производят следующим образом.

Через оптический канал 1 создают поток лазерного излучения, фокусируют его с

помощью фокусирующей оптической системы 2 на поверхности аэрозолеобразователя 4, помещенного в замкнутый объем 3. Аэрозолеобразователь 4 непрерывно перемещают в плоскости, перпендикулярной оси лазерного излучения. Область воздей0 ствия лазерного излучения на аэрюзолеобразователь обдувают потоком газа 5. Полученный аэрозоль выводят из замкнутого объема в направлении стрелки.

При обдувании области воздействия ла2 зерного излучения на аэрозолеобразователь увеличиваются температурные градиенты в области аэрозолеобразования, что определяет сужение спектра. размеров частиц. При пропускании смеси газ-пар через замкнутый объем концентрация крупных частиц

0 в аэрозоле резко падает в результате седиментации. Регулирование спектра размеров частиц осуществляют изменением линейной скорости в центре газовой струи 5 в плоскости аэрозолеобразователя.

Для снижения доли агрегатированных

частиц в аэрозоле скорость потока газа устанавливают в диапазоне

И /Уг 0,1-1,

а массовые расходы газа и потока продукQ тов испарения аэрозолеобразователя устанавливают в соответствии с неравенствами

Mi/Ma l; ,

где Vi -линейная скорость в центре газо5вой струи в плоскости аэрозолеобразователя;

Vj -линейная скорость движения продуктов испарения аэрозолеобразователя вблизи его поверхности в центре области воздействия лазерного излучения на аэрозолеобразователь (без обдува потоком газа); MU I-Расходы массы потока газа и дополнительного потока, соответственно;5 М - поток массы продуктов испарения

аэрозолеобразователя. Газовый поток 6 используют для регулирования концентрации аэрозольных частиц и защиты оптики от запыления. Температуру газа этого потока увеличивают на 10-20% по сравнению с окружающей температурой. Это обеспечивает дополнитель кую термофоретическую защиту оптики от частиц пыли. Пример 1. Для получения аэрозоля из частиц кварца используют непрерывный СО -лазер с мощностью 25 Вт. Для фокусировки излучения лазера используют линзу из хлористого натрия. Лазерное излучение фокусируют на поверхность кварцевого диска диаметром 50 мм на расстоянии 15-20 мм от его центра. Кварцевый диск вращают с частотой 2 об/мин в плоскости, перпендикулярной оси лазерного луча. Область взаимодействия обдувают струей а олодного азота. Полученную смесь газа с парами выдерживают в замкнутом объеме (100 см), в который подают газовый л), в к VWK 10 частицы имеют форпоток. При му хлопьев размером около 1 мкм. При увеличении У«/)ДО 1 размер частиц уменьщается до 150-300 А. При уменьщении У,,1 увеличивается размер агрегатированных частиц. Пример 2. Для получения аэрозоля из частиц стекла используют непрерывный СО -лазер с мощностью 30 Вт. Для фокусировки излучения на поверхности стеклянной пластины (аэрозолеобразователь) используют линзу с фокусным расстоянием 40 мм. Стеклянную пластину вращают с частотой 1 об/мин в плоскости, перпендикулярной оси лазерного луча. Область взаимодействия лазерного излучения с аэрозолеобразователем обдувают струей воздуха. Полученную смесь пропускают через замкнутый объем (50 см). Пример 3. Для генерации аэрозоля из частиц кремния и индия используют операции и приспособления, приведенные в примере 2. Вместо воздуха для создания газовых потоков используют инертный газ аргон. Поток массы продуктов испарения аэрозолеобразователя определен по изменению массы аэрозолеобразователя при фиксированных длительностях облучения. Диапазон измеренных значений Mj . Маесовый расход струи М и потока М 0,1 - 10 г/мин. Линейная скорость газа определена по данным измерения объемных расходов газа. Диапазон изменения 50-250 м/с. Линейная скорость истечения продуктов испарения принята равной скорости звука в парах. Оценки показали, что диапазон изменений (3-30) 10 м/с. Дисперсный состав аэрозоля исследован под электронным микроскопом. Во всех случаях размер частиц лежит в субмикронной области. Данные электронной микроскопии показывают, что частицы имеют сферическую форму. Стабильность концентрации размеров частиц в значительной степени зависит от стабильности интенсивности лазерного излучения, размер частиц лежит в диапазоне 50-500 А. С уменьшением концентрации лазерного излучения на аэрозолеобразователе размер частиц падает. Например, в случае фокусировки излучения СОг - лазера мощностью 25 Вт на поверхность диска из стекл§ К-8 размер частиц составляет около 600 А. При расфокусировке излучения (что соответствует уменьшению интенсивности лазерного излучения в пять раз) размер частиц уменьшается втрое. Измерения показали, что размер частиц увеличивается с увеличением потока газа. Предлагаемый способ в отличие от известных обеспечивает высокую стабильность концентрации и спектра размеров частиц. позволяет регулировать концентрацию и спектр размеров частиц. Стабильная генерация аэрозолей предлагаемым способом возможна в течение нескольких десятков часов непрерывно. Концентрация частиц в прототипе О-100% за время около 1 с и далее падает от 100 до 15-20% за несколько десятков минут. Спектр размеров частиц в известном способе от десятков ангстрем до десятков микрон. В предлагаемом способе отнощение полуширины спектра размеров к среднему арифметическому размеру частиц не превышает 40%. Способ-прототип не дает возможности регулирования концентрации частиц в 10 и более раз. При использовании данного способа становится возможным изменение среднего арнфметического размера частиц более, чем в 100 раз.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЭРОЗОЛЯ путем облучения поверхности аэрозолеобразователя непрерывным, или импульсно-периодическим лазерным излучением, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и регулирования концентрации и размеров аэрозоля, аэрозолеобразователь, помещенный в замкнутый объем,непрерывно перемещают в плоскости, перпендикулярной оси лазерного излучения, направляют поток газа на поверхность аэрозолеобразователя в области воздействия лазерного излучения и полученный аэрозоль выводят из замкнутого объема. N3 О сл