悬浮液直接雾化进样电感耦合等离子体中颗粒行为研究

论文摘要

新型无机材料,尤其是先进陶瓷材料,凭借其优异的性能在国防军工,民用生产中的应用日趋广泛。但是,材料中含有的微、痕量杂质会严重影响其性质,制约材料的发展。悬浮液直接雾化进样电感耦合等离子体原子发射光谱法是分析上述材料的理想方法。这种分析方法制样简单,仪器改进较少,不易污染,检出限低,且可以采用标准水溶液进行校准。但是,由于难熔材料的悬浮液颗粒在等离子内发生输运损失和不完全蒸发,会影响到分析结果的准确度和精密度,使得这种分析方法应用受到限制。本文研究了悬浮液在等离子体内的输运过程,实验获得悬浮液雾化进样颗粒能够到达等离子体的最大颗粒粒径为10μm。限制悬浮液输运的主要因素是粒径,且与材料本身的性质无关。建立了悬浮液颗粒等离子体内蒸发行为的数学模型,并使用Fortran90语言编制程序,通过运行程序获得颗粒在等离子体内的蒸发信息,获取了不同种类的颗粒能够在等离子体内完全蒸发的粒径极限,如氧化铝为6.8μm,碳化硼为2.0μm,碳化硅为5.4μm等。在理论研究的基础上,研究了悬浮液进样分析氧化铝粉体极其烧结物的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 固体进样
• 1.3 悬浮液雾化进样
• 1.3.1 悬浮液进样装置
• 1.3.2 悬浮液制样
• 1.3.3 悬浮液浓度
• 1.3.4 校准方法
• 1.4 基础研究
• 1.4.1 等离子体基本参数测量
• 1.4.2 输运行为研究
• 1.5 悬浮液颗粒的蒸发行为研究
• 1.6 研究内容和意义
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究意义
• 第2章 改进Merten模型在悬浮液雾化进样端视等离子体中的应用
• 2.1 前言
• 2.2 仪器和材料
• 2.2.1 主要仪器与操作条件
• 2.2.2 实验试剂
• 2.3 实验方案
• 2.3.1 悬浮液制备
• 2.3.2 碱熔样品制备
• 2.3.3 进样颗粒收集
• 2.3.4 分析物粉末颗粒粒径分布测定
• 2.3.5 蒸发情况计算
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 颗粒大小与蒸发效率
• 2.4.2 雾化过程中颗粒的输运限制
• 2.4.3 颗粒在等离子体内的蒸发计算
• 2.4.4 质量传输效率
• 2.5 本章小结
• 第3章 悬浮液颗粒在电感耦合等离子体内蒸发模拟
• 3.1 引言
• 3.1.1 计算机模拟在电感耦合等离子体中的应用
• 3.1.2 悬浮液进入等离子体后的物理过程
• 3.1.3 蒸发模型的构成
• 3.2 等离子基本参数模型
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 模型假设
• 3.2.3 SIMPLER程序
• 3.3 颗粒在等离子体内的行为
• 3.3.1 传热模型
• 0-T_m或者T₀-T_D）'>3.3.2 颗粒的升温过程Ⅰ（T₀-T_m或者T₀-T_D）
• 3.3.3 颗粒熔化过程
• m-T_b）'>3.3.4 颗粒的升温过程Ⅱ（T_m-T_b）
• 3.3.5 热量传递控制的颗粒蒸发过程
• 3.3.6 类碳化硅颗粒的分解过程
• 3.3.7 质量传递控制的颗粒蒸发过程
• 3.3.8 蒸发速率选择
• 3.4 计算机程序编制
• 3.5 计算结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 悬浮液雾化直接进样分析高纯氧化铝
• 4.1 引言
• 4.2 仪器和试剂
• 4.2.1 仪器和条件
• 4.2.2 实验试剂
• 4.3 悬浮液颗粒行为
• 4.3.1 输运行为研究
• 4.3.2 蒸发行为研究
• 4.4 研磨方法和颗粒分离
• 4.4.1 研磨方法
• 4.4.2 颗粒分离
• 4.5 悬浮液和酸解制样
• 4.5.1 悬浮液配制
• 4.5.2 高压酸解制样
• 4.6 悬浮液表征
• 4.6.1 ζ电位测试
• 4.6.2 粒径分布测定
• 4.7 结果与讨论
• 4.7.1 输运损失
• 4.7.2 蒸发效率计算
• 4.7.3 分散剂及其用量对悬浮液稳定性的影响
• 4.7.4 校准方法和分析结果
• 4.8 本章结论
• 第5章 全文结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢