一种超声波除泡快速制作粉煤光片的方法及装置制造方法
【专利摘要】一种超声波除泡快速制作粉煤光片的方法及装置，属于制作粉煤光片的方法及装置。制片装置包括超声波除泡器和光片成型装置，超声波除泡器的超声波发生器通过导线与换能器连接，换能器通过调高螺旋连接在基座上，基座与底座连接，在底座上端有载物台，光片成型装置位于载物台上；在载物台的上方有工具头，工具头连接在换能器的下端；超声波发生器上有显示屏、调频旋钮和插座；光片成型装置的活塞置于模具内并能自由运动；模具为圆筒形；活塞有二个，推杆位于活塞的一端，在活塞头上有微孔。在制片过程中采用超声波除泡器对混合液消除气泡，最后用超声波对光片进行清洗。使用模具进行粉煤光片的制作，减少煤样的浪费，时间短成本低。
【专利说明】一种超声波除泡快速制作粉煤光片的方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种制作粉煤光片的方法及装置，特别是一种超声波除泡快速制作粉 煤光片的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 目前评价煤质，鉴别混煤，科学配煤是煤质学检测方法的有效手段。可以通过 观察制造粉煤光片进行煤镜质组反射率测定、显微煤岩组分定量测定、焦炭光学组织测 定及焦炭气孔结构测定等实验，从而判别煤的变质程度和混煤的最佳指标，镜质组反射 率指标已被越来越多的焦化企业用来进行煤炭贸易和煤质监控；粉煤光片的制片质量是 获得可靠反射率值的前提之一。1997年中国重新制定了煤岩分析样品的制备方法（GB/ T16773-1997)，2008年再次修订了煤岩分析样品的制备方法（GB/T16773-2008)，但制作 的粉煤光片大多适用于批量生产，个人生产没有做具体介绍。
[0003] 传统的制造粉煤光片大致过程：采用冷胶法（即冷成型法），用不饱和聚酯树脂作 为黏结剂。将煤样与黏结剂以体积比1:1混匀后，在硅橡胶模具中室温下成型。具体过程 如下：
[0004] (1)取煤样5kg，用四分法缩至1kg左右，自然风干后，经破碎、过筛，取0· 1?1mm 的煤样。对于1mm以上的煤样继续粉碎、过筛，直至完全通过1mm方孔筛。制作煤样过程不 能过度粉碎，小于〇.1_的煤样应不超过10%。称取粒度小于1_的空气干燥基煤样（空 气干燥基煤样：煤样经过自然干燥，除去外部分的水。）100?200g，用于制作粉煤光片。
[0005] (2)不饱和聚酯与固化剂[过氧化环已酮和二丁酯（1+1)]和促进剂（钴皂液在苯 乙烯中6%溶液）按100 : 4 : 4混合均勻，取制好的煤样进行筛分，依次通过lmm、0. 1mm 方孔筛，留用0. 1?1mm之间的煤样。用四分法取煤样1?2g，装入橡胶模具中，将配制的 冷胶搅拌均匀倒入盛有煤样的橡胶模具中，与煤样一起搅拌均匀，黏结剂与煤样的比例为 1 : 1，搅拌至可以防止煤粒下沉为止，约lh后可固化成型。在加不饱和聚酯树脂搅拌时， 可调节加入促进剂与固化剂的比例，以控制固化时间。一般不饱和聚酯树脂、促进剂、固化 剂三者的比例可以为100 : 7 : 7,在常温下约3h后即可固化。
[0006] (3)将固化后的煤块切好，并磨出较平整的表面。首先用600号或800号金刚砂在 磨片机研磨，然后用金刚砂M20, M10, M7, M5细磨料在玻璃板上进行精磨。
[0007] (4)抛光。将精磨好的煤片置于聚氨脂抛光模上，用抛光液将光片进行抛光。
[0008] (5)将经研磨后的粉煤光片在显微镜下观察，进行煤质指标检测。
[0009] 传统制作方法在实际应用中遇到的主要问题是：
[0010] (1)传统的制作粉煤光片并没有提出一种较为详细的步骤，只是提供粗略的步骤。 [0011] 磨好的光片上划痕过多，煤组分分界模糊，影响对镜质组的判定。制作粉煤光片 的实验环境：灰尘、噪音、震动，对仪器的稳定性有一定影响。
[0012] (2)传统制作粉煤光片方法耗时长，效率不高，只适用于大规模批量生产。个人无 法生产，即使个人制作，但也耗时耗力，若要进行小规模科学实验，需要较少的粉煤光片时， 则需要花费较高的钱去工厂生产线进行定制购买，据调查，制作一组粉煤光片试样需要几 百块钱，浪费不必要的财力物力。
[0013] (3)传统制作的粉煤光片使用极不方便且难以保证光片质量。粉煤光片必须要平 整、光滑并具有一定的反光性和透光性，这样才利于观察，明显存在较多的气泡是在其中 仍然存在一些问题，容易混进一些空气，使煤样的气泡既不能自行逸出，也不会靠本身的 重量将这些气泡排出，制作的粉煤光片内存在气泡，影响实验观察。
[0014] (4)研磨结束后，并没有仔细地清洗样品，使粉煤光片残留有砂子及煤屑，影响实 验的进一步观察。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的是为了解决现有制作粉煤光片技术的不足之处，提供一种简单，易 学，易用，操作时间短，高效率，适用性较强，可操作性强的超声波除泡快速制作粉煤光片的 方法及装置。
[0016] 本发明的目的是这样实现的：该发明包括粉煤光片的制作装置及方法。
[0017] 所述的制作装置包括超声波除泡器和光片成型装置，所述的超声波除泡器包括： 换能器、调高螺旋、工具头、载物台、底座、基座、显示屏、调频旋钮、超声波发生器和插座；超 声波发生器通过导线与换能器连接，换能器通过调高螺旋连接在基座上，基座与底座连接， 在底座上端有载物台，光片成型装置位于载物台上；在载物台的上方有工具头，工具头连接 在换能器的下端；超声波发生器上有显示屏、调频旋钮和插座；所述的光片成型装置包括： 模具和活塞，活塞置于模具内并能自由运动；所述的模具为圆筒形；所述的活塞有二个，包 括活塞头和推杆，推杆位于活塞的一端，在活塞头上有微孔。
[0018] 粉煤光片的制作方法：通过制作专门的模具盛放试液，采用超声波除泡器对混合 液实施消除气泡，最后采用超声波对光片进行清洗。
[0019] 1、模具制作方法：采用透明橡胶制作模具，手工制作一个圆筒型的透明橡胶模具， 透明橡胶模具的两边是通孔，模具壁不应过厚，模具内壁应保持干净、光滑，模具透明；再做 两个活塞其中一个活塞有推杆，一个没有推杆，两个与橡胶模具相吻合，没有推杆的活塞固 定在橡胶模具底部，一个活塞深入橡胶模具内，在橡胶模具内自由运动，在带有连杆的活塞 上保证有细小的微孔，微孔不宜过大防止在挤压煤样时，煤样从微孔内渗出，保持可自由挤 压即可。
[0020] 2、超声波除气泡器使用方法：将要除气泡的液体置于容器内，将容器放到载物台 上，连接好超声波除泡器，调节调高旋钮工具头向下移动，使工具头顶部浸入到液体内，当 工具头距烧杯底部1/3时，停止转动调高旋钮；插上电源，调节调频旋钮，产生合适的超声 波频率，所述的合适的超声波频率是依据不同的液体使用的超声波频率，观察气泡除尽后， 关闭电源；将容器从载物台去下，观察即可得到基本无气泡的煤样混合液；
[0021] 3、超声波清洗方法：
[0022] (1)在使用时先倒入清洗液，且清洗液不得用腐蚀性强或易燃，易爆的液体，然后 开机清洗；
[0023] (2)将清洗物品放到专用清洗支架清洗筐，而不要直接放在清洗槽底部这样有利 于提高清洗效果；
[0024] (3)打开电源并根据清洗工件的要求，设置清洗的时间，按动开关，启动"超声"系 统开始频率扫描，产生超声波进行清洗；尽量避免长时间连续工作，一般不超过30分钟；在 使用时槽内清洗或脱气的溶液不要放入过少，一般在槽内2/3处最佳。溶液过少会易损坏 仪器；
[0025] (4)选择关闭"超声"，并将振动子移动到水平位置一侧，关闭电源，停止全部系统 供电；打开出水阀，放掉清洗液。
[0026] 有益效果，本发明利用超声波的空化作用，所述的空化作用即存在于液体中的微 气核空化泡在超声波的作用下产生振动，当声压达到一定数值时所发生的生长和崩溃的动 力学过程。利用超声波发生器产生的超声波通过煤样混合物中时，混合物中声压会发生周 期性的变化，相应地，液体中的气泡也会随超声频率发生周期性的振荡。使液体中溶解的 气体（空气）不断凝聚成为细小的气泡，最后成为球状气泡脱离液体表面，从而达到液体 脱气、液体除气泡的目的。
[0027] 引入超声波清洗器对研磨之后的煤块进行精密清洗。超声波清洗机是由超声波发 生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到清洗溶剂中，超声波 在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的直径为50?500 μ m的微 小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负 压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时，气泡迅速增大，然后突然闭合。在气泡 闭合时产生冲击波，在其周围产生超压，破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中，当团体 粒子被油污裹着而黏附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子及脱离，从而达到清洗件净化 的目的。具有如下优点：
[0028] (1)根据所要制作的粉煤光片选择合适数量的煤样进行制作，减少煤样的浪费，时 间短成本低。模具及实验仪器可以重复使用，适用于个人小规模科学研究。可以推广，同时 利用多个模具，并进行小型批量生产；
[0029] (2)通过超声波除泡器处理煤样混合物，使制作的粉煤光片基本上无气泡，可以最 大限度的排除气泡；
[0030] (3)引进超声波清洗器清洗粉煤光片残留有的砂子及煤屑，光片基本无划痕，煤 组分界面清楚，在总放大倍数200倍的条件下检查煤的各种组分清晰可见。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1是本发明的结构图。
[0032] 图2是本发明的模具结构图。
[0033] 图3是本发明的模具内的试液已压缩状态结构图。
[0034] 图中：1、换能器；2、调高螺旋；3、工具头、4、载物台；5、底座；6、基座；7、显示屏； 8、调频旋钮；9、超声波发生器；10、插座；11-1、上活塞；11-2、模具；11-3、下活塞。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
[0036] 本发明的粉煤光片快速制作装置主要包括超声波除泡器和光片成型装置，所述的 超声波除泡器包括：换能器1、调高螺旋2、工具头3、载物台4、底座5、基座6、显示屏7、调 频旋钮8、超声波发生器9和插座10 ;超声波发生器9通过导线与换能器1连接，换能器1 通过调高螺旋2连接在基座6上，基座6与底座5连接，在底座5上端有载物台4,光片成型 装置位于载物台4上；在载物台4的上方有工具头3,工具头3连接在换能器1的下端；超 声波发生器9上有显示屏7、调频旋钮8和插座10 ;所述的光片成型装置包括：所述的光片 成型装置包括：模具11-2、上活塞11-1 (有推杆）和下活塞11-3 (无推杆），其中上活塞头 11-1处有微孔，将无推杆的下活塞11-3置于模具的下部，上活塞11-1置于模具内并能自由 运动；所述的模具11-2为圆筒形。
[0037] 本发明的粉煤光片快速制作方法：在制片过程中采用超声波除泡器对混合液实施 消除气泡，最后采用超声波对光片进行清洗；
[0038] (1)光片成型装置的制作；首先制作一个圆筒型的橡胶模具（要求两边是通孔 的），模板应保持光洁，准备两个活塞（其中一个活塞可固定在橡胶模具底部），与橡胶模具 相吻合，该活塞可深入橡胶模具内，该活塞上还要保证有细小的微孔，可以在橡胶模具内自 由运动，微孔不宜过大防止在挤压煤样时，煤样从微孔内渗出，保持可自由挤压即可。
[0039] (2)依据国标制作煤样，若是个人制作，应带防毒口罩。自行配置混合液（不饱和 聚酯与固化剂[过氧化环已酮和二丁酯（1+1)]和促进剂（钴皂液在苯乙烯中6%溶液）按 100 : 4 : 4的混合液，注意，该混合液必须即制即用，否则容易在3分钟常温下凝结成固 体），将原有存放时间较长的不饱和聚酯树脂、将原先配置好的不饱和聚酯促进剂和固化剂 弃去不用，重新购买，并根据温度适当调整3者比例，使其固化时间大大缩短，固化效果 加强。
[0040] (3)将煤样与混合液按比例（混合液与煤样的比例需要严格把握）倒在烧杯里，用 搅拌丝将烧杯内煤样搅拌30s，烧杯置于水平，手持搅拌丝垂直于烧杯匀速螺旋形搅拌，防 止煤样外贱。搅拌时间不宜过长。取钥匙将煤样混合物置于橡胶模具内，一端封有活塞，倒 入混合物并用橡胶棒敲打模具使其部分气泡溢出，使其落入底部。
[0041] (4)现提供两种方法有助于减少气泡，可同是采用：
[0042] ①振捣+普通搅拌
[0043] 振捣时间与气泡的排除有直接的关系。一般来讲，振捣时间越长，力量越大，煤 样越密实。对混合煤样采用椭圆形搅拌。搅拌时钢针沿着模具内壁模具底相连的部分及模 具底直径的中间部分运行轨迹呈椭圆形。搅拌时间一般为两分钟，保证煤样达到搅拌匀度
[0044] ②采用精密仪器--超声波除泡器：将模具放到载物台上，连接好超声波除泡器， 调节调高旋钮工具头向下移动，使工具头顶部浸入到液体内，当工具头距烧杯底部1/3时， 停止转动调高旋钮。插上电源，调节调频旋钮，产生合适的超声波频率观察气泡除尽后，关 闭电源，拔下插座。将模具从载物台取下，观察即可得到基本无气泡的混合液。
[0045] (5)待1-2分钟后，将另一个干净的活塞深入模具内，挤压，直至到不能再挤压即 可。将模具置于常温的地方，加快其凝固，大约1-2小时，即可凝固，将顶部活塞抽出，将底 部活塞向上推，即可取出圆柱型煤粉固体。
[0046] (6)研磨（将煤块切好，磨出较平整的表面，并在煤块侧面或背面标好样品的编号 及煤层上、下方向）。具体步骤：首将煤光片置磨片机上，依次用350#，1000#，2000#，2500# 水砂纸各磨2min左右，每次磨之前先将磨片机用水冲洗干净至完全没有煤粒，磨完用超 声波清洗器（使用超声波清洗器按照上述其步骤）。清洗光片lmin，磨样用力均匀。研磨 中每一步骤结束后将样品放到超声波清洗仪中，进行样品清洗以免残留的砂子或煤屑影响 下一步骤的进行。
[0047] (7)抛光。将精磨好的煤片置于聚氨脂抛光模上，用抛光液将光片进行抛光。
[0048] (8)在显微镜下观察，进行煤质指标检测。
【权利要求】
1. 一种超声波除泡快速制作粉煤光片的装置，其特征是：制作装置包括超声波除泡器 和光片成型装置，所述的超声波除泡器包括：换能器、调高螺旋、工具头、载物台、底座、基 座、显示屏、调频旋钮、超声波发生器和插座；超声波发生器通过导线与换能器连接，换能器 通过调高螺旋连接在基座上，基座与底座连接，在底座上端有载物台，光片成型装置位于载 物台上；在载物台的上方有工具头，工具头连接在换能器的下端；超声波发生器上有显示 屏、调频旋钮和插座；所述的光片成型装置包括：模具和活塞，活塞置于模具内并能自由运 动；所述的模具为圆筒形；所述的活塞有二个，包括活塞头和推杆，推杆位于活塞的一端， 在活塞头上有微孔。
2. 根据权利要求1所述的一种超声波除泡快速制作粉煤光片的方法，其特征是：粉煤 光片的制作方法：在制片过程中采用超声波除泡器对混合液实施气泡快速消除，最后采用 超声波对成片后的光片进行清洗； 首先制作模具：采用透明橡胶制作模具，手工制作一个圆筒型的透明橡胶模具，透明橡 胶模具的两边是通孔，模具壁不应过厚，模具内壁应保持干净、光滑，模具透明；再做两个活 塞，与橡胶模具相吻合，其中一个活塞固定在橡胶模具底部，另一个活塞深入橡胶模具内， 在橡胶模具内自由运动，在活塞上保证有细小的微孔，微孔不宜过大防止在挤压煤样时，煤 样从微孔内渗出，保持可自由挤压即可； 将要除气泡的液体置于容器内，将容器放到载物台上，连接好超声波除泡器，调节调高 旋钮工具头向下移动，使工具头顶部浸入到液体内，当工具头距烧杯底部1/3时，停止转动 调高旋钮；插上电源，调节调频旋钮，产生合适的超声波频率，所述的合适的超声波频率是 依据不同的液体使用的超声波频率，观察气泡除尽后，关闭电源；将容器从载物台取下，观 察即可得到基本无气泡的煤样混合液； 超声波清洗方法： (1) 在使用时先倒入清洗液，且清洗液不得用腐蚀性强或易燃，易爆的液体，然后开机 清洗； (2) 将清洗物品放到专用清洗支架清洗筐，而不要直接放在清洗槽底部这样有利于提 高清洗效果； (3) 打开电源并根据清洗工件的要求，设置清洗的时间，按动开关，启动"超声"系统开 始频率扫描，产生超声波进行清洗。尽量避免长时间连续工作，一般不超过30分钟；在使用 时槽内清洗或脱气的溶液不要放入过少，一般在槽内2/3处最佳；溶液过少会易损坏仪器； (4) 选择关闭"超声"，并将振动子移动到水平位置一侧，关闭电源，停止全部系统供电； 打开出水阀，放掉清洗液。
【文档编号】G01N1/34GK104142261SQ201410335078
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】王凯, 蒋曙光, 吴征艳, 邵昊, 孙协鹏, 祁钰 申请人:中国矿业大学