CN106334795A - 适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，包括：电磁感应头11、距离探测装置12、距离微调装置13、磁感应伺服电源14、 X-Y-Z三维运动伺服装置15和控制系统16。另外，图中17是承载金属纳米颗粒的基底，18是金属纳米颗粒区域。该装置，以电磁感应的方式让垂直于电磁感应头小区域的金属纳米粒子加热融化、局部加热、区域可控、固化迅速、仅对金属纳米粒子加热、选择性强、能量利用率高、方便在印刷电子和3D打印技术中应用。

Description

适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置

技术领域

本发明涉及仪器设备领域，具体的说是一种适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置。

背景技术

近几年来，纳米技术、印刷电子技术、3D打印技术等新兴技术不断发展和完善，让人类的加工工艺水平不断提升，产生的许多新产品，已经或者即将改善人们的生活品质。

印刷电子印刷电子技术，是将具有特殊电学性能的粉末或墨水材料，印刷在基底材料上，已形成特定的器件的技术。3D打印是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。纳米粉体或墨水材料是纳米技术的成果之一，为印刷电子技术和3D打印技术提供墨水或粉体。

由于纳米颗粒的粒子性，在印刷或者3D打印后，均需要烧结固化，以便让堆积的粒子相互融合成一个整体。现有的固化手段中以光固化，热固化居多。光固化即以激光，红外，或者紫外，让纳米粒子吸收光能量来固化；热固化就是利用热力烧结的办法。这两种固化方式均有弊端，光固化需要一套复杂的光路调节装置，能量利用率低，成本高；热固化很难做到局部固化，会连带其它材料一同加热，选择性不强，能量利用率也低。

本发明提供一种新的固化方法和装置, 适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置。

发明内容

本发明提供一种适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，以电磁感应的方式，让局部的金属纳米颗粒区域产生涡流，最终融化烧结。可以让金属纳米颗粒区域固化，能量利用率高，选择性强，固化迅速。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例公开一种适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，包括：

电磁感应头，作为工作部件，对相邻的金属纳米颗粒区域发送交变磁场，促使其内部产生涡流，涡流强度足够时，金属纳米颗粒就熔化烧结在一起；

距离探测装置，用于探测电磁感应头与基底之间的垂直距离，以便实时反馈电磁感应头与基底之间的垂直距离；

距离微调装置，通过接受距离探测装置反馈回的距离信号，微调电磁感应头与基底之间的垂直距离；

磁感应伺服电源，用于实时控制磁感应头工作时的电压，电流，频率，脉冲波形；

X-Y-Z三维运动伺服装置， 用以调节磁感应头和基底二维平面的相对位置，以便电磁感应头烧结到基底二维平面的每个区域。

控制系统，用于对整个设备的控制，包括软件算法和硬件接口。

作为本发明进一步的改进，所述电磁感应头，可以是：线圈或者线圈里面加软磁磁芯，形状可以是：条形、蹄型、圆环形、圆柱形。

作为本发明进一步的改进，所述软磁磁芯可以是：硅钢片、铁氧体、坡莫合金。

作为本发明进一步的改进，所述距离探测装置可以是：激光测距，红外测距，可见光测距，超声波测距。

作为本发明进一步的改进，所述距离微调装置可以是：电动丝杠导轨，直线电机，气缸，液杠，压电陶瓷。

作为本发明进一步的改进，所述金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置的磁感应伺服电源部分可以增加一个输出反射功率测量装置，将反射功率信息传输给控制系统以便让控制系统评估烧结情况，自动调节烧结电流，频率，运动速度。

作为本发明进一步的改进，所述控制系统可以是：计算机，PLC，可编程逻辑器件，DSP芯片，单片机，智能手机，掌上电脑。

作为本发明进一步的改进，所述适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，可以工作在真空或者有惰性气体的氛围中。

与现有技术相比，本发明的优点在于：所述适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，以电磁感应的方式让小区域的金属纳米粒子产生涡流加热融化；金属纳米粒子二维区域位于磁感应头的轴向方向上，垂直于磁感线，可以与电磁感应头相对运动，以便二维平面内均匀烧结；磁感应头可以做的很小，局部加热，区域可控，固化迅速；所述适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置、仅对金属纳米粒子加热，不会附带加热不导电的物质，选择性强，能量利用率高；所述适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，可以三维移动，以便对整个金属纳米粒子区域平面加热，很方便在印刷电子和3D打印技术中应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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的附图。

图1是适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置结构示意图；

图2是适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置烧结原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置结构示意图。参图1所示，其中：电磁感应头11，可以是缠在圆柱形铁氧体的铜线圈；距离探测装置12，可以是激光测距仪；距离微调装置13，可以是伺服电机与丝杠和导轨组成的移动平台；磁感应伺服电源14，可以是可调交流电源；X-Y-Z三维运动伺服装置15；控制系统16，可以是工业控制计算机；塑料透明薄膜基底17，材质可以是PET；银纳米颗粒区域18可以是以丝网印刷工艺印刷在基底上面的银纳米粒子导线图案。

下面结合附图1，阐述其工作原理：电磁感应头11，作为工作部件，对其相邻基底材料17上的银纳米颗粒区域18发送交变电磁场，使其产生涡流，涡流强度足够时产生的焦耳热，促使银纳米颗粒熔化烧结在一起。由于电磁感应与距离密切相关，所以需要一个很精确的距离传感器。距离探测装置12，用于探测电磁感应头11与基底17之间的垂直距离，以便实时反馈给距离微调装置13。距离微调装置13，通过接受距离探测装置12反馈回的距离信号，微调电磁感应头11与基底17之间的垂直距离。磁感应伺服电源14，用于提供控制磁感应头11工作时的电压，电流，频率，脉冲波形，并且探测反射功率的大小，将信号及时传输给控制系统16；X-Y-Z三维运动伺服装置15，接收控制系统16的控制信号，用以调节磁感应头11和基底17二维平面的相对位置，以便电磁感应烧结到基底二维平面的每个区域；控制系统16，通过软件算法和硬件接口，用于对整个设备的控制。

为了说明适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置的工作原理，下面结合图2进行详细说明。

图2是适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置烧结原理图。参图2所示，其中21是铜线圈、22是可调的交流电源、23是铁氧体软磁性材料、24是交变磁感线、25是PET材质的透明塑料基底、26是银纳米颗粒印刷的导线区域、27是涡流熔化的银纳米颗粒区域、28是另一个涡流熔化的银纳米颗粒区域、29是多个涡流熔化的银纳米颗粒区域密排组成的连续烧结区域。

由于趋肤效应，在交变磁场24的作用下，产生的涡流，并不是均匀分布在银纳米颗粒区域26内部，而是更加集中在区域的边缘部分部分。也就是说电流集中在跟铜线圈21差不多大小的圆的边缘上，当然由电流产生焦耳热在这个圆圈上会更多。导体最先熔化的区域27的大小跟铜线圈21的圆圈差不多同样大。

为了让整个银纳米颗粒印刷的导线区域26都得到熔化烧结，必须相对移动基底材料，如图2中的箭头方向就是移动方向。我们可以使用脉冲的办法得到一个一个的圆圈熔化区域，如图2右侧部分的27,28,29，合理调节脉冲频率和相对移动速度，我们可以得到均匀密排的熔化烧结区域，见图2中28和29中的重叠区域。更换不同线圈孔径21的电磁感应头，我们就可以得到不同大小的烧结圈27，以满足不同的烧结截面面积和烧结速率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：所述适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，以电磁感应的方式让小区域的金属纳米粒子产生涡流加热融化，磁感应头可以做的很小，局部加热，区域可控，固化迅速；所述适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置、仅对金属纳米粒子加热，不会附带加热不导电的物质，选择性强，能量利用率高；所述适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，可以三维移动，方便对整个金属纳米粒子区域平面加热，很方便在印刷电子和3D打印技术中应用。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.本发明公开一种适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，其特征在于包括：电磁感应头，作为工作部件，对相邻的金属纳米颗粒区域发送交变磁场，促使其内部产生涡流；距离探测装置，用于探测电磁感应头与基底之间的垂直距离，以便实时反馈电磁感应头与基底之间的垂直距离；距离微调装置，通过接受距离探测装置反馈回的距离信号，微调电磁感应头与基底之间的垂直距离；磁感应伺服电源，用于提供磁感应头工作时的电压，电流，频率，脉冲波形；X-Y-Z三维运动伺服装置， 用以调节磁感应头和基底二维平面的相对位置，以便电磁感应头烧结到基底二维平面的每个区域；控制系统，用于对整个设备的控制，包括软件算法和硬件接口。

2.根据权利要求1所述的适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，所述电磁感应头，可以是：线圈或者线圈里面加软磁磁芯，形状可以是：条形、蹄型、圆环形、圆柱形。

3.根据权利要求1所述的适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，所述软磁磁芯可以是：硅钢片、铁氧体、坡莫合金。

4.根据权利要求1所述的适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，所述距离探测装置可以是：激光测距，红外测距，可见光测距，超声波测距。

5.根据权利要求1所述的适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，所述距离微调装置可以是：电动丝杠导轨，直线电机，气缸，液杠，压电陶瓷。

6.根据权利要求1所述的适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，所述金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置的磁感应伺服电源部分可以增加一个反射功率测量装置，将反射功率信息传输给控制系统以便让控制系统评估烧结情况，自动调节烧结电流，频率，运动速度。

7.根据权利要求1所述的适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置，所述控制系统可以是：计算机，PLC，可编程逻辑器件，DSP芯片，单片机，智能手机，掌上电脑。

8.根据权利要求1所述的适用于金属纳米颗粒烧结的磁感应烧结装置可以工作在真空或者有惰性气体的氛围中。