CN111982648B - 一种室温液态金属高通量样品制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室温液态金属高通量样品制备装置，包括带式输送机和多个置料板，置料板上放置有样品皿，带式输送机上沿输送方向平行架设有两个龙门架，龙门架上设置有样品配制机构及驱动样品配制机构移动的第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，样品配制机构包括顶盘、中间盘和底盘，中间盘和底盘之间沿圆周均布有多根连接杆，底盘的下方设置有多个料筒，料筒内设置有活塞杆和活塞头，料筒的底部设置有出料针管，出料针管上设置有流量调节阀。本发明工作效率高，配制精度能满足要求，有利于加快材料开发进度，具有显著的经济价值和社会价值。

Description

一种室温液态金属高通量样品制备装置

技术领域

本发明涉及室温液态金属技术领域，具体涉及一种室温液态金属高通量样品制备装置。

背景技术

室温液态金属是一种物理化学行为十分独特的新兴材料，常温下呈液态，具有熔点低、热导率和电导率高、无毒无害、性质稳定、粘性可调、流动性可调的特征。液态金属作为主导未来高科技竞争的超级材料之一，在医学、消费电子、航空航天、生物医学、精密机械等领域都有重要的应用前景，不仅能够有效地带动产业升级，还将催生万亿规模的市场空间，同时对社会经济转型及人们的生活产生深远的影响。目前，室温液态金属及其相关材料的研发已成为世界研发热点，相关的研发公司和组织机构越来越多，能否快速开发出满足市场需求的液态金属材料已成为相关企业脱颖而出的关键，其中制作材料样品是研发过程中必不可少的环节，同时也需要大批量的材料样品数据作为材料开发的支撑，由此可见，材料样品的制作效率是材料研发中非常关键的一环，直接影响到材料开发的进度。

传统室温液态金属新材料样品配制的一般方法是：按照配方质量百分比称取各成分纯金属原材料进行熔炼混合从而制作出样品，在实际配制过程中还存在以下问题：一是费时费力，材料样品的配制效率不高，尤其是当需要配制大批量材料样品时，配制进度缓慢，不能满足研发的需求；二是材料样品中各成分称取时，称量精度不高，实际材料样品中各成分的含量与理论值存在偏差，影响材料样品试验数据的准确性，导致材料样品的信息失真。因此，研制开发一种工作效率高，配制精度能满足要求，有利于加快材料开发进度的室温液态金属高通量样品制备装置是客观需要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作效率高，配制精度能满足要求，有利于加快材料开发进度的室温液态金属高通量样品制备装置。

本发明的目的是这样实现的，包括带式输送机和多个置料板，多个置料板等间距布置在带式输送机的输料带上，置料板上放置有样品皿，带式输送机上沿输送方向平行架设有两个龙门架，每个龙门架的横梁上均滑动连接有第一滑块，龙门架上设置有驱动第一滑块在横梁上滑动的第一驱动机构，两个第一滑块之间设置有滑杆，滑杆上滑动连接有第二滑块，龙门架上设置有驱动第二滑块在滑杆上滑动的第二驱动机构，第二滑块的一个侧面上竖直设置有安装板，安装板的侧面上竖直设置有滑轨，滑轨上滑动连接有第三滑块，安装板上设置有驱动第三滑块在滑轨上滑动的第三驱动机构，第三滑块为长条形，第三滑块下表面的两端各设置有一根竖杆，竖杆的下端连接有样品配制机构。

样品配制机构包括从上到下依次间隔平行布置的顶盘、中间盘和底盘，顶盘与竖杆的下端连接，顶盘上的中部设置有第一电机，第一电机的输出轴穿过顶盘后与中间盘连接，顶盘的周围沿圆周均布有多根连接柱，连接柱的下端加工有燕尾形滑块，中间盘上加工有与燕尾型滑块相配合的环槽，中间盘和底盘之间沿圆周均布有多根连接杆，连接杆上滑动连接有第四滑块，第四滑块上加工有螺纹孔，螺纹孔内拧入有第一螺杆，第一螺杆的下端与底盘转动连接，上端穿过中间盘后与安装在中间盘上的第二电机传动连接，底盘的下方设置有多个料筒，料筒的数量和第四滑块的数量相同，料筒的位置与第四滑块一一对应，第四滑块的一侧竖直设置有活塞杆，活塞杆的下端穿过底盘并伸入到料筒的内部后连接有活塞头，活塞头的边缘与料筒的内壁密封活动连接，料筒的侧壁上设置有加料管，料筒的底部设置有出料针管，出料针管上设置有流量调节阀。

进一步的，第一驱动机构包括第二螺杆和第三电机，第二螺杆平行布置在横梁的下方，第二螺杆穿装在第一滑块内，且第二螺杆与第一滑块之间通过螺纹连接，第二螺杆的一端与龙门架的一根竖梁转动连接，另一端穿过龙门架的另一根竖梁后设置有从动轮，两个龙门架之间的两侧设置有连接梁，第三电机安装在其中一根连接梁上，第三电机的输出轴上设置有两个主动轮，两个主动轮分别通过一根皮带与两个从动轮连接。

进一步的，第二驱动机构包括输送带和固定在输送带下带上的连接块，输送带平行设置在滑杆的上方，输送带的两端分别通过一块连接板与第一滑块连接，输送带一端的连接板上安装有第四电机，第四电机与输送带的转轴传动连接，第二滑块的上端面加工有凹槽，连接块的下端面上加工有凸台，凸台插入凹槽后通过螺栓螺母连接。

进一步的，第三驱动机构包括分别设置在安装板上下两端的上端板和下端板，上端板上安装有第五电机，第五电机的输出轴穿过上端板后连接有第三螺杆，第三螺杆的下端穿过第三滑块后与下端板转动连接，第三螺杆与第三滑块之间通过螺纹连接。

进一步的，带式输送机的一侧设置有控制器，第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、第一电机和第二电机均通过导线与控制器电连接。

进一步的，龙门架的竖梁上安装有摄像头，摄像头的镜头朝向样品皿的方向。

进一步的，料筒的底部设置有光电传感器，底盘下表面的中部设置有距离传感器。

进一步的，料筒的材料为304L不锈钢、316L不锈钢、PVC或PET。

进一步的，置料板上设置有称重传感器。

本发明用于室温液态金属高通量样品的制备，在运行前，在各个料筒内注入不同种类的液态金属原材料，将样品皿依次摆放在置料板上，开启带式输送机，带式输送机带动样品皿移动，当第一个样品皿移动到样品配制机构的下方时，通过第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构分别驱动第一滑块、第二滑块和第三滑块滑动，实现样品配制机构在x轴、y轴和z轴三轴系上的移动，调整好样品配制机构的位置，然后开启第一电机，第一电机带动中间盘及底盘转动，使得指定料筒的出料针管位于第一个样品皿的上方，即完成各部件初始位置的调整，然后对各个出料针管上的流量调节阀进行精细调整，使得液态金属原材料呈滴状从出料针管中滴出，确保每一滴的质量相同，然后开启第一个样品皿上方的第二电机，第二电机运行时通过第一螺杆带动第四滑块下移，同时带动活塞杆和活塞头下移，活塞头下移时挤压液态金属原材料从出料针管滴出，直到该种原材料质量达到要求为止，再开启第一电机，使中间盘及底盘转动，将需要的下一种液态金属原材料出料针管转到第一个样品皿上方，在第一个样品皿内滴入设定质量的第二种液态金属原材料，以此类推，在第一个样品皿内滴入设定的各种液态金属原材料，完成后开启带式输送机，将第一个样品皿移开，使得下一个样品皿位于第一个样品皿的原位置进行液态金属原材料的添加，按照上述过程本装置可连续不断的对室温液态金属样品进行配制，配制效率较高，可适用于大批量材料样品的配制，有利于常温液态金属新材料开发进度的加快；其次，通过流量调节阀的调整，可确保液态金属滴出量的准确性，保证液态金属样品的配制精度。本发明工作效率高，配制精度能满足要求，有利于加快材料开发进度，具有显著的经济价值和社会价值。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明的左视结构示意图；

图4为本发明中样品配制机构45的结构示意图；

图5为本发明中第二滑块7和连接块35的连接结构示意图；

图中：1-带式输送机，2-置料板，3-样品皿，4-龙门架，5-第一滑块，6-滑杆，7-第二滑块，8-安装板，9-滑轨，10-第三滑块，11-竖杆，12-顶盘，13-中间盘，14-底盘，15-第一电机，16-连接柱，17-连接杆，18-第四滑块，19-第一螺杆，20-第二电机，21-料筒，22-活塞杆，23-活塞头，24-加料管，25-出料针管，26-流量调节阀，27-第二螺杆，28-第三电机，29-从动轮，30-连接梁，31-第四电机，32-主动轮，33-皮带，34-输送带，35-连接块，36-连接板，37-上端板，38-下端板，39-第五电机，40-第三螺杆，41-控制器，42-摄像头，43-光电传感器，44-距离传感器，45-样品配制机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

如图1～5所示，本发明包括带式输送机1和多个置料板2，带式输送机1为现有结构，可根据需要在市场上直接采购使用即可，由于在本装置中带式输送机1为间歇式的工作方式，为了便于操作，带式输送机1的驱动电机可选用步进电机， 多个置料板2等间距布置在带式输送机1的输料带上，置料板2上放置有样品皿3，样品皿3用于盛装液态金属的样品，在将其放在置料板2上之前，为了便于各个样品皿3之间的区分，可对各个样品皿3进行编号，并将编号标签贴在样品皿3上，带式输送机1上沿输送方向平行架设有两个龙门架4，每个龙门架4的横梁上均滑动连接有第一滑块5，龙门架4上设置有驱动第一滑块5在横梁上滑动的第一驱动机构，两个第一滑块5之间设置有滑杆6，滑杆6上滑动连接有第二滑块7，龙门架4上设置有驱动第二滑块7在滑杆6上滑动的第二驱动机构，第二滑块7的一个侧面上竖直设置有安装板8，安装板8的侧面上竖直设置有滑轨9，滑轨9上滑动连接有第三滑块10，安装板8上设置有驱动第三滑块10在滑轨9上滑动的第三驱动机构，第三滑块10为长条形，第三滑块10下表面的两端各设置有一根竖杆11，竖杆11的下端连接有样品配制机构45。

样品配制机构45包括从上到下依次间隔平行布置的顶盘12、中间盘13和底盘14，顶盘12与竖杆11的下端连接，顶盘12上的中部设置有第一电机15，第一电机15的输出轴穿过顶盘12后与中间盘13连接，顶盘12的周围沿圆周均布有多根连接柱16，连接柱16的下端加工有燕尾形滑块，中间盘13上加工有与燕尾型滑块相配合的环槽，中间盘13和底盘14之间沿圆周均布有多根连接杆17，连接杆17上滑动连接有第四滑块18，第四滑块18上加工有螺纹孔，螺纹孔内拧入有第一螺杆19，第一螺杆19的下端与底盘14转动连接，上端穿过中间盘13后与安装在中间盘13上的第二电机20传动连接，本发明中各个电机均为现有设备，在使用时根据需求采购安装即可，底盘14的下方设置有多个料筒21，料筒21的数量和第四滑块18的数量相同，料筒21的位置与第四滑块18一一对应，第四滑块18的一侧竖直设置有活塞杆22，活塞杆22的下端穿过底盘14并伸入到料筒21的内部后连接有活塞头23，活塞头23的边缘与料筒21的内壁密封活动连接，料筒21的侧壁上设置有加料管24，料筒21的底部设置有出料针管25，出料针管25上设置有流量调节阀26，流量调节阀26为现有结构，用于调节液态金属原材料的出液量，其控制可采用手动或自动控制的方式，在装置使用前，先对流量调节阀26进行反复校准测试，使得通过出料针管25滴出的每滴液滴的质量相同，且能够保持长时期稳定的工作状态，这样通过滴入样品皿3相应数量的液滴，即可得到相应质量的液态金属原材料，质量精度能够满足要求。

本发明用于室温液态金属高通量样品的制备，在运行前，在各个料筒21内注入不同种类的液态金属原材料，将样品皿3依次摆放在置料板2上，开启带式输送机1，带式输送机1带动置料板2和样品皿3移动，当第一个样品皿3移动到样品配制机构45的下方时，关停带式输送机1，通过第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构分别驱动第一滑块5、第二滑块7和第三滑块10滑动，实现样品配制机构45在x轴、y轴和z轴三轴系上的移动，调整好样品配制机构45的位置，然后开启第一电机15，第一电机15带动中间盘13及底盘14转动，使得指定料筒21的出料针管25位于第一个样品皿3的上方，即完成各部件初始位置的调整，然后对各个出料针管25上的流量调节阀26进行精细调整，使得液态金属原材料呈滴状从出料针管25中滴出，确保每一滴的质量相同，然后开启第一个样品皿3上方的第二电机20，第二电机20运行时通过第一螺杆19带动第四滑块18下移，同时带动活塞杆22和活塞头23下移，活塞头23下移时挤压液态金属原材料从出料针管25滴出，直到该种原材料质量达到要求为止，再开启第一电机15，使中间盘13及底盘14转动，将需要的下一种液态金属原材料出料针管25转到第一个样品皿3上方，在第一个样品皿3内滴入设定质量的第二种液态金属原材料，以此类推，在第一个样品皿3内滴入设定的各种液态金属原材料，并精确控制各种原材料的质量，完成后开启带式输送机1，将第一个样品皿3移开，使得下一个样品皿3位于第一个样品皿3的原位置进行液态金属原材料的添加，按照上述过程本装置可连续不断的对室温液态金属样品进行配制，配制效率较高，可适用于大批量材料样品的配制，有利于常温液态金属新材料开发进度的加快；其次，通过流量调节阀26的调整，可确保液态金属滴出量的准确性，保证液态金属样品的配制精度。

第一驱动机构包括第二螺杆27和第三电机28，第二螺杆27平行布置在横梁的下方，第二螺杆27穿装在第一滑块5内，且第二螺杆27与第一滑块5之间通过螺纹连接，第二螺杆27的一端与龙门架4的一根竖梁转动连接，另一端穿过龙门架4的另一根竖梁后设置有从动轮29，两个龙门架4之间的两侧设置有连接梁30，第三电机28安装在其中一根连接梁30上，第三电机28的输出轴上设置有两个主动轮32，两个主动轮32分别通过一根皮带33与两个从动轮29连接。第一驱动机构的工作过程是：启动第三电机28，第三电机28带动两个主动轮32同步转动，两个主动轮32分别通过一根皮带33带动两个从动轮29转动，从动轮29转动时带动第二螺杆27转动，使得第一滑块5在横梁上滑动，从而带动样品配制结构移动。

第二驱动机构包括输送带34和固定在输送带34下带上的连接块35，输送带34平行设置在滑杆6的上方，输送带34的两端分别通过一块连接板36与第一滑块5连接，输送带34一端的连接板36上安装有第四电机31，第四电机31与输送带34的转轴传动连接，第二滑块7的上端面加工有凹槽，连接块35的下端面上加工有凸台，凸台插入凹槽后通过螺栓螺母连接。第二驱动机构的工作过程是：启动第四电机31，第四电机31带动输送带24运行，输送带24运行时带动连接块35移动，由于连接块35与第二滑块7是通过螺栓螺母连为一体的，这样连接块35在移动时就可以带动第二滑块7移动，从而带动样品配制机构45移动。

第三驱动机构包括分别设置在安装板8上下两端的上端板37和下端板38，上端板37上安装有第五电机39，第五电机39的输出轴穿过上端板37后连接有第三螺杆40，第三螺杆40的下端穿过第三滑块10后与下端板38转动连接，第三螺杆40与第三滑块10之间通过螺纹连接。第三驱动机构的工作过程是：先启动第五电机39，第五电机39带动第三螺杆40转动，第三螺杆40在转动时即可带动第三滑块10进行上下移动，从而带动样品配制机构45上升或下降。

为了便于整个装置的控制和操控，带式输送机1的一侧设置有控制器41，第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、第一电机15和第二电机20均通过导线与控制器41电连接，在实际使用时，可在控制器41中输入各种原液参数和质量配比，控制本装置中各部件的运行，按设定的要求自动配制样品，并生成终样品的数据报告，可大幅提高本装置的工作效率。

为了对液态金属样品的配制过程进行全程的监控和记录，龙门架4的竖梁上安装有摄像头42，摄像头42的镜头朝向样品皿3的方向。

料筒21的底部设置有光电传感器43，底盘14下表面的中部设置有距离传感器44，光电传感器43和距离传感器44均为现有结构，其中光电传感器43用于检测置料板2上是否放置有样品皿3，防止出现漏放样品皿3而导致液态金属原材料滴落在置料板2上的情况，而距离传感器44用于检测底盘14与带式输送机1之间的距离，从而得到出料针管25与样品皿3之间的距离，再通过对样品配制机构45高度的调整得到合适的距离，便于样品配制工作的顺利进行。

料筒21的材料为304L不锈钢、316L不锈钢、PVC或PET，液态金属具有一定的腐蚀性，为了提高料筒21的使用寿命，其材料应选用抗腐蚀性好的304L不锈钢、316L不锈钢、PVC或PET等材料，在实际使用时，也可选用其它满足需求的材料。

置料板2上设置有称重传感器，称重传感器为现有结构，用于检测各种液态金属原材料混合后的质量是否符合要求。

Claims (9)

1.一种室温液态金属高通量样品制备装置，其特征在于：包括带式输送机（1）和多个置料板（2），多个置料板（2）等间距布置在带式输送机（1）的输料带上，所述置料板（2）上放置有样品皿（3），所述带式输送机（1）上沿输送方向平行架设有两个龙门架（4），每个龙门架（4）的横梁上均滑动连接有第一滑块（5），所述龙门架（4）上设置有驱动第一滑块（5）在横梁上滑动的第一驱动机构，两个第一滑块（5）之间设置有滑杆（6），滑杆（6）上滑动连接有第二滑块（7），所述龙门架（4）上设置有驱动第二滑块（7）在滑杆（6）上滑动的第二驱动机构，所述第二滑块（7）的一个侧面上竖直设置有安装板（8），安装板（8）的侧面上竖直设置有滑轨（9），滑轨（9）上滑动连接有第三滑块（10），所述安装板（8）上设置有驱动第三滑块（10）在滑轨（9）上滑动的第三驱动机构，所述第三滑块（10）为长条形，第三滑块（10）下表面的两端各设置有一根竖杆（11），竖杆（11）的下端连接有样品配制机构（45）；

所述样品配制机构（45）包括从上到下依次间隔平行布置的顶盘（12）、中间盘（13）和底盘（14），所述顶盘（12）与竖杆（11）的下端连接，顶盘（12）上的中部设置有第一电机（15），第一电机（15）的输出轴穿过顶盘（12）后与中间盘（13）连接，所述顶盘（12）的周围沿圆周均布有多根连接柱（16），连接柱（16）的下端加工有燕尾形滑块，所述中间盘（13）上加工有与燕尾型滑块相配合的环槽，所述中间盘（13）和底盘（14）之间沿圆周均布有多根连接杆（17），连接杆（17）上滑动连接有第四滑块（18），第四滑块（18）上加工有螺纹孔，螺纹孔内拧入有第一螺杆（19），第一螺杆（19）的下端与底盘（14）转动连接，上端穿过中间盘（13）后与安装在中间盘（13）上的第二电机（20）传动连接，所述底盘（14）的下方设置有多个料筒（21），料筒（21）的数量和第四滑块（18）的数量相同，料筒（21）的位置与第四滑块（18）一一对应，所述第四滑块（18）的一侧竖直设置有活塞杆（22），活塞杆（22）的下端穿过底盘（14）并伸入到料筒（21）的内部后连接有活塞头（23），所述活塞头（23）的边缘与料筒（21）的内壁密封活动连接，所述料筒（21）的侧壁上设置有加料管（24），料筒（21）的底部设置有出料针管（25），出料针管（25）上设置有流量调节阀（26）。

2.根据权利要求1所述的一种室温液态金属高通量样品制备装置，其特征在于: 所述第一驱动机构包括第二螺杆（27）和第三电机（28），所述第二螺杆（27）平行布置在横梁的下方，第二螺杆（27）穿装在第一滑块（5）内，且第二螺杆（27）与第一滑块（5）之间通过螺纹连接，第二螺杆（27）的一端与龙门架（4）的一根竖梁转动连接，另一端穿过龙门架（4）的另一根竖梁后设置有从动轮（29），两个龙门架（4）之间的两侧设置有连接梁（30），所述第三电机（28）安装在其中一根连接梁（30）上，第三电机（28）的输出轴上设置有两个主动轮（32），两个主动轮（32）分别通过一根皮带（33）与两个从动轮（29）连接。

3.根据权利要求1所述的一种室温液态金属高通量样品制备装置，其特征在于: 所述第二驱动机构包括输送带（34）和固定在输送带（34）下带上的连接块（35），所述输送带（34）平行设置在滑杆（6）的上方，输送带（34）的两端分别通过一块连接板（36）与第一滑块（5）连接，所述输送带（34）一端的连接板（36）上安装有第四电机（31），第四电机（31）与输送带（34）的转轴传动连接，所述第二滑块（7）的上端面加工有凹槽，连接块（35）的下端面上加工有凸台，所述凸台插入凹槽后通过螺栓螺母连接。

4.根据权利要求1所述的一种室温液态金属高通量样品制备装置，其特征在于:所述第三驱动机构包括分别设置在安装板（8）上下两端的上端板（37）和下端板（38），上端板（37）上安装有第五电机（39），第五电机（39）的输出轴穿过上端板（37）后连接有第三螺杆（40），第三螺杆（40）的下端穿过第三滑块（10）后与下端板（38）转动连接，所述第三螺杆（40）与第三滑块（10）之间通过螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的一种室温液态金属高通量样品制备装置，其特征在于: 所述带式输送机（1）的一侧设置有控制器（41），所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、第一电机（15）和第二电机（20）均通过导线与控制器（41）电连接。

6.根据权利要求1所述的一种室温液态金属高通量样品制备装置，其特征在于: 所述龙门架（4）的竖梁上安装有摄像头（42），摄像头（42）的镜头朝向样品皿（3）的方向。

7.根据权利要求1所述的一种室温液态金属高通量样品制备装置，其特征在于: 所述料筒（21）的底部设置有光电传感器（43），所述底盘（14）下表面的中部设置有距离传感器（44）。

8.根据权利要求1所述的一种室温液态金属高通量样品制备装置，其特征在于: 所述料筒（21）的材料为304L不锈钢、316L不锈钢、PVC或PET。

9.根据权利要求1所述的一种室温液态金属高通量样品制备装置，其特征在于: 所述置料板（2）上设置有称重传感器。