一种金属充灌装置及充灌方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种将物质装入容器的装置及方法，特别涉及一种金属充灌装置及充灌方法。
【背景技术】
[0002]在科研生产中，为满足某些特定的要求，有时需要将诸如钠、钾等低熔点金属充入细管中，理论上可以考虑将低熔点金属熔化为液态后进行充灌。然而由于毛细现象的存在，采用直接充灌的方式会导致液态的金属无法顺利的被充入细管中，即使采用如离心、震荡等已知的方法，也极易在细管中产生气柱或气泡，无法获得较好的充灌效果。
[0003]与此同时，由于多数低熔点金属化学性质活泼，易被氧化，因此在充灌过程中容易受到氧化污染；另外，熔化的金属温度高，对操作人员形成较高的烫伤风险。
[0004]为解决向细管中充灌高纯镓的问题，王玉兰等发表的“镓三相点容器的金属充灌方法”(《现代测量与实验室管理》2003年第5期)一文公开了一种高纯镓的充灌装置，该装置通过对细管一端抽真空，另一端以阀门控制熔化的镓进入细管的方式从而实现高纯镓的充灌。
[0005]然而，由于在某些应用场合需要采用单口细管，即需要充灌金属的细管只有一端开口，在这种情况下，上述高纯镓的充灌装置由于充灌原理的原因而无法实现金属的充灌。另外，由于阀门容易沾染熔化的金属，并且与充灌金属的材料不同，因此采用阀门的设计很可能会造成充灌金属的损失和污染，影响充灌的准确性和充灌金属的纯度。
【发明内容】
[0006]为解决单口细管的金属充灌问题并确保良好的充灌效果，本发明提供了一种金属充灌装置及充灌方法。
[0007]所述金属充灌装置包括储罐、充灌管路、抽真空管路和进气管路；
[0008]所述储罐用于容纳待充灌金属，其外部设有加热模块；所述进气管路设于储罐上部，并由进气阀控制；储罐上部还通过设有排气阀的管路与抽真空管路相连通；
[0009]所述充灌管路一端穿过储罐壁伸入其内部，并向储罐底部弯曲；另一端用于连接待充灌单口细管管口；充灌管路中部还通过一条设有抽真空阀的管路与抽真空管路相连通；充灌管路外部设有加热丝。
[0010]所述储罐内部设有热偶阱为优选，用于待充灌金属温度的测量。
[0011]一种采用上述金属充灌装置的充灌方法，包括以下步骤:
[0012](一 )取适量熔化的待充灌金属，先将一部分金属注入储罐内至金属液面略高于充灌管路位于储罐内部的管口 ；待注入的金属冷却凝固后，注入剩余的金属并待其冷却凝固；
[0013]( 二)通过变径接头或快速接头将待充灌单口细管接入充灌管路，令抽真空阀和排气阀处于开启状态，进气阀处于关闭状态，通过抽真空管路抽真空；
[0014](三)关闭抽真空阀和排气阀，通过加热模块和加热丝将储罐和充灌管路的温度加热至待充灌金属熔点以上，使储罐内的待充灌金属熔化；同时将待充灌单口细管的温度加热至待充灌金属熔点以上；
[0015](四)开启进气阀，通过进气管路在储罐内金属液面上方通入惰性气体，此时由于充灌管路和待充灌单口细管内部均为真空状态，因此惰性气体能够将金属压入待充灌单口细管内，实现金属充灌。
[0016]通过调整待充灌金属的取用量，可以实现金属的定量充灌。
[0017]步骤(二)中，可以在抽真空过程中对待充灌单口细管进行加热，以获得更高的真空度。
[0018]本发明的金属充灌装置及充灌方法能够解决单口细管的金属充灌问题，并能获得良好的充灌效果。充灌装置的操作便捷安全；充灌过程中金属不会受到氧化污染，不产生气柱或气泡；无阀门设计确保了金属不会发生沾染损失，易于实现金属的定量充灌，充灌准确性高，可重复性好，避免了采用专用阀门的较高成本。
【附图说明】
[0019]图1本发明的金属充灌装置结构示意图。
[0020]附图标记:1.充灌管路，2.加热丝，3.抽真空阀，4.抽真空管路，5.排气阀，6.热偶阱，7.储罐，8.进气阀，9.进气管路，10.加热模块。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
[0022]实施例
[0023]采用本发明的金属充灌装置向单口细管内充灌20克金属钾，主要步骤如下:
[0024](一 )根据计算取28克熔化的钾，先将一部分钾注入储罐内至钾液面略高于充灌管路位于储罐内部的管口 ；待注入的钾冷却凝固后，注入剩余的钾并待其冷却凝固；
[0025]( 二)通过快速接头将待充灌单口细管接入充灌管路，令抽真空阀和排气阀处于开启状态，进气阀处于关闭状态，通过抽真空管路抽真空；
[0026](三)关闭抽真空阀和排气阀，通过加热模块和加热丝将储罐和充灌管路的温度加热至80°C，使储罐内的钾熔化；同时将待充灌单口细管的温度加热至80°C ；
[0027](四)开启进气阀，通过进气管路在储罐内钾液面上方通入惰性气体，钾被逐渐压入待充灌单口细管内，直至完成钾的充灌。
[0028]经称重可知，单口细管内实际充入的钾为20.4克，证明充灌准确性高。通过观察未发现钾的氧化污染，钾柱内无气泡。充灌操作较为便捷，未发现安全隐患。
【主权项】
1.一种金属充灌装置，其特征在于:该金属充灌装置包括储罐、充灌管路、抽真空管路和进气管路； 所述储罐用于容纳待充灌金属，其外部设有加热模块；所述进气管路设于储罐上部，并由进气阀控制；储罐上部还通过设有排气阀的管路与抽真空管路相连通； 所述充灌管路一端穿过储罐壁伸入其内部，并向储罐底部弯曲；另一端用于连接待充灌单口细管管口 ；充灌管路中部还通过一条设有抽真空阀的管路与抽真空管路相连通；充灌管路外部设有加热丝。
2.如权利要求1所述的金属充灌装置，其特征在于:所述储罐内部设有热偶阱。
3.一种采用如权利要求1所述的金属充灌装置的充灌方法，其特征在于该充灌方法包括以下步骤: (一)取适量熔化的待充灌金属，先将一部分金属注入储罐内至金属液面略高于充灌管路位于储罐内部的管口 ；待注入的金属冷却凝固后，注入剩余的金属并待其冷却凝固； (二)通过变径接头或快速接头将待充灌单口细管接入充灌管路，令抽真空阀和排气阀处于开启状态，进气阀处于关闭状态，通过抽真空管路抽真空； (三)关闭抽真空阀和排气阀，通过加热模块和加热丝将储罐和充灌管路的温度加热至待充灌金属熔点以上，使储罐内的待充灌金属熔化；同时将待充灌单口细管的温度加热至待充灌金属熔点以上； (四)开启进气阀，通过进气管路在储罐内金属液面上方通入惰性气体，此时由于充灌管路和待充灌单口细管内部均为真空状态，因此惰性气体能够将金属压入待充灌单口细管内，实现金属充灌。
4.如权利要求3所述的充灌方法，其特征在于:通过调整待充灌金属的取用量以实现金属的定量充灌。
【专利摘要】本发明涉及一种将物质装入容器的装置及方法。为解决单口细管的金属充灌问题并确保良好的充灌效果，本发明提供了一种金属充灌装置及充灌方法。所述金属充灌装置包括储罐、充灌管路、抽真空管路、进气管路、进气阀、排气阀和抽真空阀，储罐外部设有加热模块，充灌管路外部设有加热丝。所述充灌方法包括以下步骤：(一)向储罐内注入金属并凝固；(二)接入待充灌单口细管；(三)加热相应结构至待充灌金属熔点以上；(四)通入惰性气体，充灌金属。本发明能够解决单口细管的金属充灌问题，充灌过程中金属不会受到氧化污染，不产生气柱或气泡，易于实现定量充灌，充灌准确性高，可重复性好，避免了采用专用阀门的较高成本。
【IPC分类】B67C3-00
【公开号】CN104609349
【申请号】CN201410840583
【发明人】徐迟, 俞晓琛, 谢淳, 王树兴, 米争峰, 于团结, 王明政
【申请人】中国原子能科学研究院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月30日