金属胶体制备装置及系统的制作方法

1.本实用新型涉及金属胶体制备技术领域，具体而言，涉及金属胶体制备装置及系统。


背景技术：

2.金属胶体是1
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100纳米的金属粒子在介质中形成的均相分散体系，是原子与块状金属之间的过渡单元，所以金属胶体具有与微观金属原子和块状金属不同的独特的理化特性。特别是金属胶体中的纳米金属粒子，由于具有高的比表面积，在催化过程中，可以与底物有大的接触面积，催化效果好，具有很好的理论研究价值。金属胶体还可以作为微纳尺度3d打印的材料，用于制造复杂的三维微纳结构，具有很好的应用前景。
3.目前，金属胶体的常用制备方法是化学还原法和物理合成法，其中化学还原法制备出来的金属胶体颗粒小且分布窄，是当前金属胶体的研究趋势。常用的物理合成法如激光剥离法，采用激光照射浸没在溶剂中的金属板，使其表面热熔化或气化，冷凝形成的金属颗粒悬浮且分散于溶液中形成金属胶体。
4.在制备金属胶体过程中，可以通过引入超声来增强胶体的分散性，但超声加入位置的不同对金属胶体的质量有很大的影响。如果设置不当，加入的超声波大部分会被箱体吸收，能量分散不集中，使加入超声的效果不明显，制备出来的金属胶体金属颗粒大、分散性差。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种金属胶体制备装置，其制备的金属胶体具有颗粒小和分散性好的特点，并且成本较低。
6.本实用新型提供一种关于金属胶体制备方法的技术方案：一种金属胶体制备装置，所述金属胶体制备装置包括位置检测装置、箱体、工具电极组件、工件电极组件和超声组件。所述箱体具有用于容置工作液的容置空间，所述工具电极组件包括工具电极，所述工件电极组件包括工件电极，所述工具电极和所述工具电极相对地设置于所述容置空间内，且所述工具电极和所述工件电极之间设置有间隙，所述工具电极和所述工件电极用于分别与供电电源的正负极接口电连接。所述超声组件设置于所述箱体并伸入所述容置空间内，所述超声组件用于对所述间隙施加超声波；所述位置检测装置设置于所述箱体并用于检测所述工件电极的表面加工位置信息。
7.进一步地，在一种可能的实施例中，所述工具电极组件还包括进给机构，所述工具电极设置于所述进给机构上，所述进给机构用于带动所述工具电极运动。
8.进一步地，在一种可能的实施例中，所述工件电极组件还包括夹具和驱动设备，所述驱动设备与所述夹具传动连接，所述工件电极设置于夹具上，所述驱动设备用于带动所述夹具和所述工件电极运动。
9.进一步地，在一种可能的实施例中，所述驱动设备包括伺服电机和滚珠丝杠，所述
滚珠丝杠设置于所述箱体并伸入所述容置空间，所述伺服电机与所述滚珠丝杠传动连接，所述工件电极设置于所述滚珠丝杠上并能够相对所述滚珠丝杠移动。所述伺服电机与所述位置检测装置电连接，所述伺服电机用于根据所述位置检测装置获得的位置信息控制所述滚珠丝杠转动，以调整所述工件电极的位置。
10.进一步地，在一种可能的实施例中，所述驱动设备包括伺服电机和滚珠丝杠，所述伺服电机与所述滚珠丝杠传动连接，所述箱体设置于所述滚珠丝杠上并能够相对所述滚珠丝杠移动。所述伺服电机与所述位置检测装置电连接，所述伺服电机用于根据所述位置检测装置获得的位置信息控制所述滚珠丝杠转动，以调整所述工件电极的位置。
11.进一步地，在一种可能的实施例中，所述超声组件包括支架、变幅杆和超声振子，所述变幅杆与所述支架连接，所述超声振子设置于所述变幅杆上，所述超声振子伸入所述容置空间并对所述间隙相对设置，所述超声振子用于对所述间隙施加超声波。
12.进一步地，在一种可能的实施例中，所述箱体上设置有第一连接孔，所述超声振子通过所述第一连接孔伸入所述容置空间，且所述超声振子与所述第一连接孔密封连接。
13.进一步地，在一种可能的实施例中，所述金属胶体制备装置还包括工作台，所述箱体、所述位置检测装置和所述超声组件均安装于所述工作台上。
14.进一步地，在一种可能的实施例中，所述金属胶体制备装置还包括摄像头，所述摄像头靠近所述箱体设置并用于获取所述工具电极和所述工件电极的图像信息。
15.本实用新型的另一目的在于提供一种金属胶体制备系统，其制备的金属胶体具有颗粒小和分散性好的特点，并且成本较低。
16.本实用新型还提供一种包括上述金属胶体制备装置的金属胶体制备系统。
17.本实用新型实施例提供的金属胶体制备装置及系统：位置测量装置采用激光位置测量装置，其中的传感器发射激光脉冲，碰到障碍物后传感器的接收器会接收到反馈的激光脉冲信号。在加工过程中，工作电极的高度会因腐蚀而降低，发射与接受激光脉冲的时间差会发生变化，其变化值经处理后传输到伺服电机中，驱动滚珠丝杠，使工作液箱体向上移动，以保证工件电极高度一直位于初始加工位置，保证放电间隙处于超声能量最强的位置；将超声振子的变幅杆伸入到工作液箱体中，使超声直接作用于工具电极和工件电极之间的放电间隙和工作液，使制备出来的金属胶体金属颗粒粒径为
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纳米，并且在工作液中的分散性好。工作液中加入的分散剂包裹在金属颗粒表面，既增强了金属胶体的分散性和抗氧化能力，又使金属胶体具有一定的粘度。设置的合适的超声功率、脉冲电流、脉冲宽度等实验参数，使制备的金属胶体颗粒小，分散性好。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本实用新型的实施例提供的金属胶体制备装置的结构示意图；
20.图2为本实用新型的实施例提供的金属胶体制备方法的示意框图；
21.图3为图1中步骤s100的子步骤示意框图；
22.图4为图1中步骤s300的子步骤示意框图。
23.图标：10
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金属胶体制备装置；11
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位置检测装置；12
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箱体；13
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工具电极组件；131
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工具电极；132
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进给机构；14
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工件电极组件；141
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工件电极；142
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夹具；143
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驱动设备；144
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伺服电机；145
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滚珠丝杠；15
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超声组件；151
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支架；152
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变幅杆；153
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超声振子；16
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工作台；17
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脉冲电源。
具体实施方式
24.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。
31.请参阅图1，本实施例提供了一种金属胶体制备装置10。其可以用于实施金属胶体制备方法，在实施时，该金属胶体制备方法是一种聚焦超声辅助电火花放电合成金属胶体的制备方法。在本实用新型实施例中，金属胶体制备装置10制备的金属胶体具有颗粒小和分散性好的特点。
32.本实施例提供的金属胶体制备装置10包括位置检测装置11、箱体12、工具电极组件13、工件电极组件14和超声组件15；箱体12具有用于容置工作液的容置空间，工具电极组件13包括工具电极131，工件电极组件14包括工件电极141，工具电极131和工具电极131相对地设置于容置空间内，且工具电极131和工件电极141之间设置有间隙，工具电极131和工件电极141用于分别与供电电源的正负极接口电连接；超声组件15设置于箱体12并伸入容
置腔室内，超声组件15用于对间隙施加超声波；位置检测装置11设置于箱体12并用于检测工件电极141的表面加工位置信息。
33.需要说明的是，在工具电极131和工件电极141上还设置有能够带动其进给运动的进给驱动装置，以使工具电极131和工件电极141相对运动。
34.可选地，工具电极组件13还包括进给机构132，工具电极131设置于进给机构132上并能够相对进给机构132滑动。进给机构132能够带动工具电极131朝向或者背向工件电极141滑动，以调整工具电极131和工件电极141之间的间隙。
35.可以理解的是，进给机构132可以为输出运动为直线运动的机构，比如丝杠螺母副机构、齿轮齿条机构等。
36.可选地，工件电极组件14还包括夹具142和驱动设备143，驱动设备143与夹具142传动连接，工件电极141设置于夹具142上，驱动设备143用于带动夹具142和工件电极141运动。
37.进一步地，驱动设备143包括伺服电机144和滚珠丝杠145，滚珠丝杠145设置于箱体12并伸入容置空间，伺服电机144与滚珠丝杠145传动连接，工件电极141设置于滚珠丝杠145上并能够相对滚珠丝杠145移动。伺服电机144与位置检测装置11电连接，伺服电机144用于根据位置检测装置11获得的位置信息控制滚珠丝杠145转动，以调整工件电极141的位置。
38.可选地，超声组件15包括支架151、变幅杆152和超声振子153，变幅杆152与支架151连接，超声振子153设置于变幅杆152上，超声振子153的变幅杆152伸入容置空间并对间隙相对设置，超声振子153用于对间隙施加超声波。
39.需要说明的是，上述各部件可以均与控制器电连接，以便于对上述部件进行同步控制。
40.可选地，箱体12上设置有第一连接孔，超声振子153通过第一连接孔伸入容置空间，且超声振子153与第一连接孔密封连接。
41.可选地，金属胶体制备装置10还包括工作台16，箱体12、位置检测装置11和超声组件15均安装于工作台16上。
42.需要说明的是，位置检测装置11用于检测工件电极141的表面加工位置信息，具体可以采用激光位置检测器。
43.此外，还可以设置滑槽结构，以使超声振子153和位置检测装置11在箱体12上升过程中位置不发生变化。
44.可选地，金属胶体制备装置10还可以包括摄像头，摄像头靠近箱体12设置并用于获取工具电极131和工件电极141的图像信息。
45.以下结合上述金属胶体制备装置10对本实施例提供的金属胶体制备方法进行详细说明，并请结合参阅图1至图4。当然可以理解的是，本实施例提供的金属胶体制备装置10只是实现金属胶体制备方法的一种装置，在本实用新型的其他实施例中，也可以采用其他的装置来实施本实施例提供的金属胶体制备方法。
46.请参阅图2，本实施例提供的金属胶体制备方法包括步骤s100、步骤s200和步骤s300：
47.其中步骤s100：对工具电极131和工件电极141通电，以产生熔融金属和气化金属。
48.需要说明的是，可以采用供电电源对工具电极131和工件电机通电，该供电电源可以为脉冲电源17，以对工具电极131和工件电极141输送脉冲电信号。
49.同时，也需要说明的是，在工具电极131和工件电极141之间需要设置足够的间隙，以保证在通电后工具电极131和工件电极141能够产生并保持火花。
50.此外，还需要说明的是，在开始实施前，可以对工具电极131和工件电极141的表面进行去氧化层处理，以使工具电极131和工件电极141更容易熔化并产生电火花。
51.可选地，工具电极131和工件电极141可以采用直径约为8
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15毫米的高纯度金属棒，比如采用12毫米的纯银金属棒作为工具电极131等。当然，在本实用新型的其他实施例中，也可以采用其他尺寸的其他金属，其他金属可以为铜、镍等。
52.请参阅图3，进一步地，在本实施例中，对工具电极131和工件电极141通电的步骤s100包括子步骤s101和子步骤s102。
53.子步骤s101：将脉冲电源17的正负极接口分别与工具电极131和工件电极141电连接。
54.在设置时，可以将脉冲电源17的正电极与工具电极131连接，其负电极与工件电极141连接；并将作为正电极的工具电极131悬置在盛放有工作液的箱体12中，作为负电极的工件电极141放置在箱体12的夹具142上，向上基本正对着工具电极131。
55.子步骤s102：通过脉冲电源17对工具电极131和工件电极141通入高压脉冲电信号。
56.可选地，在本实施例中，脉冲电源17的输出的高压脉冲电信号的脉冲电流的范围约在10
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16安培之间，脉冲宽度不小于200微秒。
57.步骤s200：将熔融金属和气化金属导入工作液中，以形成金属颗粒，其中工作液为加有分散剂的超纯水。
58.需要说明的是，熔融金属和气化金属能够在电火花的冲击力的作用下进入工作液中并形成金属颗粒。之后，可以将带有变幅杆152的超声振子153与位置检测装置11分别伸入到容置有工作液的箱体12中，以待进行步骤s300。
59.进一步地，在本实施例中，分散剂可以为聚乙烯吡咯烷酮或者十六烷基三甲基溴化铵等高分子聚合物。
60.可选地，超纯水体积为3.5升左右，分散剂的质量为15克左右。
61.步骤s300：使金属颗粒细化并悬浮于工作液中，以形成金属胶体。
62.请参阅图4，需要说明的是，金属颗粒细化可以利用超声波的空化作用实现。进一步地，在本实施例中，使金属颗粒细化并悬浮于工作液中的步骤s300包括子步骤s301和子步骤s302。
63.子步骤s301：将超声振子153和激光位置检测装置11伸入容置工作液的箱体12中；
64.子步骤s302：使超声振子153朝向工具电极131和工件电极141之间的间隙并对金属颗粒施加超声波，以通过超声波的空化作用细化金属颗粒。
65.进一步地，在本实施例中，超声振子153的超声功率的范围在1000
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1500瓦特之间。
66.请结合参阅图1至图4，综上所述，本实施例采用加有分散剂(如聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵等高分子聚合物)的超纯水为工作液，没有过多的化学试剂，不需要使用昂贵的设备，使制备金属胶体的成本低，装置简单，无污染，实现了绿色制造。位置测量
装置采用激光位置测量装置，其中的传感器发射激光脉冲，碰到障碍物后传感器的接收器会接收到反馈的激光脉冲信号。在加工过程中，工作电极的高度会因腐蚀而降低，发射与接受激光脉冲的时间差会发生变化，其变化值经处理后传输到伺服电机144中，驱动滚珠丝杠145，使工作液箱体12向上移动，以保证工件电极141高度一直位于初始加工位置，保证放电间隙处于超声能量最强的位置；将超声振子153的变幅杆152伸入到工作液箱体12中，使超声直接作用于工具电极131和工件电极141之间的放电间隙和工作液，使制备出来的金属胶体金属颗粒粒径为10
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100纳米，并且在工作液中的分散性好。工作液中加入的分散剂包裹在金属颗粒表面，既增强了金属胶体的分散性和抗氧化能力，又使金属胶体具有一定的粘度。设置的合适的超声功率、脉冲电流、脉冲宽度等实验参数，使制备的金属胶体颗粒小，分散性好。
67.此外，本实施例提供的金属胶体也可以利用现有的电火花成型机床并结合位置检测装置11、伺服电机144、滚珠丝杠145和超声设备实现金属胶体的制备。
68.本实施例还提供一种包括金属胶体制备装置10的金属胶体制备系统，由于其具有上述金属胶体制备装置10，因此至少应具有与上述金属胶体制备装置10类似的有益效果。
69.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。