Способ получения аэрозоля

2. Рахм пасность п новок, М., 80 (протот Безо уста истов Е. Дии лазернние, 1981 ов Б. И., эксплуатаМашиностр 3 ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ( СВИДЕТЕЛЬСТ(54) (57) 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.11Изобретение 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 0 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 повышение 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 перемешают. в плоскости, перпендикулярной оси лазерного излучения, направляют поток газа на поверхность аэрозолеобразователя в области воздействия лазерного излучения и полученный аэрозоль выводят из замкнутого объема. 21051На фиг. 1 и 2 приведены примеры реализации способа.Устройства для реализации способа имеют оптический канал 1, фокусирующую оп 5тическую систему 2, расположенную в стенке замкнутого объема 3. Аэрозолеобразователь 4 с системой его перемещения помещают в замкнутый объем 3. Аэрозолеобразователем 4 может быть твердая дисперснаяфаза. Замкнутый объем 3 снабжен штуцеО рами 5 и 6 для подачи потока газа.Получение аэрозоля производят следующим образом.Через оптический канал 1 создают потоклазерного излучения, фокусируют его спомощью фокусирующей оптической системы 2 на поверхности аэрозолеобразователя 4, помещенного в замкнутый объем 3.Аэрозолеобразователь 4 непрерывноперемещают в плоскости, перпендикулярнойоси лазерного излучения. Область воздей 20 ствия лазерного излучения на аэрозолеобразователь обдувают потоком газа 5,Полученный аэрозоль выводят из замкнутого объема в направлении стрелки.При обдувании области воздействия лазерного излучения на аэрозолеобразовательувеличиваются температурные градиентыв области аэрозолеобразования, что определяет сужение спектра. размеров частиц.При пропускании смеси газ в п через замкнутый объем концентрация крупных частицЗО в аэрозоле резко падает в результате седиментации. Регулирование спектра размеровчастиц осуществляют изменением линейнойскорости в центре газовой струи 5 в плоскости аэрозолеобразователя,Для снижения доли агрегатированныхЗ 5 частиц в аэрозоле скорость потока газаустанавливают в диапазонеК / = 0,1-1,а массовые расходы газа и потока продук тов испарения аэрозолеобразователя устанавливают в соответствии с неравенствамиМ/М э 1; М/Мэ 100,где У - линейная скорость в центре газо вой струи в плоскости аэрозолеобразователя;в линейн скорость движения продуктов испарения аэрозолеобразователя вблизи его поверхности в центре области воздействия лазерного излучения на аэрозолеобразователь (без обдува потоком газа);М,М - расходы массы потока газа и дополнительного потока, соответственно;Б 5 Я - поток массы продуктов испарениязаэрозолеобразователя.Газовый поток 6 используют для регулирования концентрации аэрозольных час5 10 тиц и защиты оптики от запыления. Температуру газа этого потока увеличивают на 10 - 20/ по сравнению с окружающей температурой. Это обеспечивает дополнитель ную 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 олодного азота. Полученную смесь газа с парами выдерживают в замкнутом объеме (00 см), в который подают газовый поток. При У/7 = 10 частицы имеют форму хлопьев размером около 1 мкм. При увеличении К/ до 1 размер частиц уменьшается до 150 - 300 А. При уменьшении 1 Д,/ /О, 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 смф). 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 М 10- 10 г/ч. Мас 15 го 25 30 35 40 45 4совый расход струи М, и потока М 0,в 1 О 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 в 5 А. С уменьшением концентрации лазерного излучения на аэрозолеобразователе размер частиц падает. Например, в случае фокусировки излучения СО - лазера мощностью 25 Вт на поверхность диска из стекла Кразмер 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 0 в 10/ 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 отношение 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 арифметического размера частиц более, чем в 100раз.едактор М. Товтаказ 7605/7 Составитель Г. ин Техред И. Верес Тираж 671 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж - 35, Раушс филиал ППП Патент, г. Ужгородогади митета открыт кая набул. П Корректор Г. РешетникПодписноеСССР д. 4/5оектная, 4