CN1314502A - 混合设备 - Google Patents

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Abstract

一个混合设备(1),其包括:一个具有至少一个入口(16)和至少一个出口(52)的室12,该入口允许溶质和液体溶剂的进入,该出口允许所述溶质和溶剂的溶液排出;和至少一个分隔器(22),该分隔器具有至少一个基本面向上的表面(40a)和一个基本面向下的表面(38a),其中所述表面限定了一个允许所述溶液的流过并排出所述室(12)的通道(50),和其中未溶解的溶质沿着所述基本面向下的表面(40a)下沉。

Description

混合设备
本发明涉及一个电镀设备，特别是诸如包括有促进溶质在溶剂中的溶解和混合，和减少未溶解溶质被携带离开混合室、进入电镀设备的室的量。
现有的电镀设备是已知的。现有电镀设备的实例包括在其中具有各自的室的两个壳体。第一室是用于在溶剂中溶解溶质以形成电解液。然后电解液被输送到进行电镀的第二室。
这个传统类型的设备存在的一个问题是在第一室中未溶解的溶质与电解液一起被输送到第二室中。这样不仅未溶解的溶质污染了第二室从而影响电镀过程，而且需要附加的溶质以补偿流入第二室没有利用的未溶解溶质从而造成了浪费。
这个传统类型的设备存在的另一个问题是会经常使用布置在第一室下部具有涡轮形状的简单搅拌机构。这个设计的缺点是在溶质溶解过程中会产生不希望的强涌流。于是这个强涌流会将未溶解的溶质带到第一室的上部并离开第一室。
本发明寻求提供一个改进的混合设备以及一个改进的电镀设备以克服现有技术的设备的缺点同时提供附加的工作优点。
根据本发明的一个方面，提供了一个混合设备，其包括：一个具有至少一个入口和至少一个出口的室，该入口允许溶质和液体溶剂的进入，该出口允许所述溶质和溶剂的溶液排出；和至少一个分隔器，该分隔器具有至少一个基本面向上的表面和一个基本面向下的表面，其中所述表面限定了一个允许所述溶液的流过并排出所述室的通道，和其中未溶解的溶质沿着所述基本面向下的表面下沉。
优选的是，所述分隔器包括多个分隔部件。
有利的是，每个分隔部件包括一个板部件。
适合的是，每个板部件具有一个基本面向上的表面和一个基本面向下的表面。
优选的是，板部件被彼此并排设置。
有利的是，面向上的表面和面向下的表面基本上彼此相互平行。
适合的是，面向上的表面和基本面向下的表面从室的水平轴线基本上倾斜55°-65°。
优选的是，面向上的表面和基本面向下的表面从室的水平轴线基本上倾斜60°。
有利的是，混合设备还包括用于在所述室中搅拌带有溶质的溶剂的装置。
适合的是，混合设备还包括用于探测溶液浓度的装置，其中探测装置位于所述分隔器的下面。
优选的是，混合设备还包括在溶质在溶剂中被混合和溶解之前使溶质到达所述室的下部的装置。
根据本发明的第二方面，提供了一个电镀设备，其中该电镀设备包括以上所述的混合设备。
通过参考以下附图，只借助于实例，描述本发明的实施例，其中：
图1是显示了本发明的电镀设备的横截面的示意图；
图2是在图1中显示的电镀设备的混合室的透视图；
图3是去除壳体后在图2中显示的混合设备的透视图；
图4是显示了图2中的混合室的下部的横截面的示意图；
图5是图3中吸收管的底部视图；
图6是图3中的喷洒管的底部视图；
图7a是防涡流器的一部分的透视图；
图7b是在图7a中的防涡流器的一部分的俯视图；
图8是显示在图2中混合室的分隔器的一部分的透视图；
图9a是在在图2中混合室的分隔器的一部分的横截视图；
图9b是与图9a相比具有不同结构的分隔器的一部分的横截视图；
图10a是显示了其中包含有在溶剂中溶解的溶质的试管；
图10b显示了其中包含有在溶剂中溶解的溶质的在倾斜位置的另一个试管；
图1显示了本发明的一个电镀设备1的实施例。电镀设备1一般能够被分成两个区域，即具有混合室12的高浓度区44和具有电镀贮槽26和电镀池的28的低浓度区42。在混合室12的上方设置一个由直流电动机驱动6驱动的送料器2，直流电动机6由电源8供电。送料器2一般具有带有较窄的下部的容器的形状，其中还包括一个过滤器4(未示出)。包容在送料器2的壳体内的溶质(例如固体CuO粉末)通过过滤器被过滤，之后通过一个螺旋送料器10被输送到出口46。
如图1和图2所示，混合室12一般是矩形的。当所示的混合室12一般为矩形箱的形状时，可以使用不同构造的混合室12。带有扩大开口的入口15的伸长的管16被布置在混合室12的一侧。混合室12还包括一个分隔器22和一个防涡流器48。伸长的管16基本平行于混合室12的垂直轴线，而分隔器22和防涡流器48水平地穿过混合室12。可以看出，混合室12一般包括位于上部的分隔器22和位于中部的防涡流器48以及位于下部的混合机构20。混合室12的混合机构20将被更加详细地描述。
仍然参考图1，电镀贮槽26一般具有在其内限定有一个腔的箱的形状。与混合室12相比，电镀贮槽26具有相对较大的尺寸。尽管也可以使用不同的尺寸，混合室12和电镀贮槽26的实际容积大约各自为200升和1200升。通道部件或管24从连接到混合室12的上部的出口52引出，然后被连接到电镀贮槽26。另外的通道部件或管25从电镀贮槽26的出口53引出，然后被连接到混合室12上。
被管54连接到电镀贮槽26上的电镀池装置28包括进行电镀的阴极30和阳极32。
如上所述，电镀设备1一般被分为两个区域，即高浓度区44和低浓度区42。在使用中，包含在送料器2中溶质通过过滤器4被螺旋送料器10供给到出口46。使用过滤器是为了只允许细小的溶质颗粒离开出口46而进入到延伸到防涡流器46的下面达到混合室12的下部的伸长管16中。具有低浓度的电解液从电镀贮槽26中能够被通过管25被通导进入伸长的管16的入口15，它也起到将从送料器2出来的粘附在入口15的壁上的溶质向下冲刷到管16的作用。一旦溶质进入管16并且达到其下部，溶质就开始与包含在混合室12中的溶剂接触。溶质开始在溶剂中溶解以形成电解液。下面将详细解释溶质在溶剂中的混合和溶解。
参考图1-6，混合机构20被布置在混合室12的下部并被泵18所驱动。通过搅动在混合室12的下部的溶剂，混合机构20促进了溶质的溶解。通过泵18泵出电解液也促进了溶质的溶解。混合机构20包括布置在喷洒管70下面的三个吸收管68a、68b和68c。吸收管68a、68b和68c和喷洒管70被各自固定在固定器76a、76b、76c和78上。喷洒管70在它的下面具有两排小开口74，如图6所示，而每个吸收管68a、68b和68c具有布置在它的下面的一排开口76，如图5所示。在吸收管68a、68b和68c上的开口76大于在喷洒管70上的开口74。混合机构20还包括两个板80，这两个板80具有可枢转地安装在混合室12的相对侧上的一对翼的形状，如在图3和图4中所示。在使用中，当在混合室12中注入溶剂并且在操作时，泵18通过将溶剂从吸收管68a、68b和68c的开口76中抽吸出来以连续抽吸贮存在混合室12的溶剂，并且通过将溶剂从喷洒管70的开口74喷出以重新将溶剂引入混合室12中。这样，正好在固定器84的下面产生向下的流动，如图4中的箭头“C”所示。向下的流动“C”将在混合室12的周边处引起向上的流动，如箭头“F”所示，该向上的流动将推动板80从低位置“L”移动到高位置“U”。一个具有倒“V”形的止动器86正好位于喷洒管70的固定器84的上方。可以调节止动器86使它的腿跨得更开以便阻止板80从高位置“U”进一步向上移动。此外，可以在板80得下边缘加上附加的部件以便当板80位于高位置“U”时这个部件紧靠着止动器86。
一旦混合设备64在操作时，板80将向上移动并且通过从喷洒管68输出的再循环溶剂产生的恒定向上的流动保持在它们的高位置“U”。板80在高位置的保持将在混合室12的下部之内产生一个封闭的区域，其中溶质在溶剂中进行溶解和混合。尽管该封闭区域没有完全的水密性并这样允许溶剂从混合室12的下部流入混合室12的中部和上部，而由喷洒管70和吸收管68的吸收所产生的强涌流基本被限定在混合室12的下部。
将一个传感器14连接到分光光度计(未示出)上，该分光光度计恒定监测包含在混合室12的溶液中溶质的浓度。管13被连接到传感器14上以使少量的溶液从混合室12流到传感器14。当在混合室12的溶质的浓度下降到低于用户所选择的水平时，启动直流电动机6以使更多的溶质通过管16输送到混合室12。一旦传感器14探测到溶质的浓度达到预先选择的水平，直流电动机停止工作并停止从送料器2到管16输送新的溶质。
将另一个传感器36连接到电镀贮槽26以探测在其中所包含的溶液中的溶质浓度。当浓度下降低于用户所选择的一定的水平时，阀37将被开启并且使贮存在电镀贮槽26的溶液通过通道25流入混合室12中。当混合室12中恒定保持满溶液时，流入混合室12的附加溶液将导致混合室12溢流。溢流的溶液通过管25被疏导从出口52流入电镀贮槽26中。因为电镀贮槽26中具有较低浓度的溶液，用新的具有高的溶质浓度的溶液代替其中的一些溶液，从而增加在电镀贮槽26中贮存的溶液中的溶质的总体浓度。一旦传感器36探测到在电镀贮槽26中的溶质浓度高于预先选择的水平，阀37将关闭并停止从电镀贮槽26到混合室12的溶液浓度。
混合设备还包括一个冷却机构，其具有一个携带有穿过那里的冷却剂的管90。如图2和3所示，冷却剂管90被布置靠近混合室表面并从混合室12的上部延伸到下部。在溶质在溶剂中溶解期间，会产生很多热量。相对冷的水(大约9℃)被引入到管中并且这些水以大约13℃的温度从混合室12排出。冷却机构调节混合室12中贮存的溶液的温度。
电镀贮槽26要求有一个溶解有预期的溶质水平的可被调节的溶液量以适合于供给到用于电镀的电镀池28。当电镀贮槽26中的浓度下降低于预期的水平时，具有较高的溶解溶质浓度的新的溶液通过出口52和通道部件24被供给到电镀贮槽26中以随后补充在电镀池28中的溶液。电镀贮槽26相对于混合室12所具有实质上较大的容量将使在电镀池28中的恒定溶质浓度的管理更加有效。
在容纳在混合室12中的溶液被传输到电镀贮槽26中之前，它还经过了防涡流器48和分隔器22。下面将更加详细解释溶液经过防涡流器48和分隔器22的通道。
为了调节溶液流过分隔器22的通道以便减少从混合室12中带出的未溶解的溶质的量，将防涡流器48引入到分隔器22的下面，如图1所示。参考图7a和7b，防涡流器48具有多层网状(“#”)的结构56。在本实施例中具有三层网状的结构56，然而可以根据包括混合室的尺寸和所预期的防涡流的效果等一些因素使用不同的层数。每层网状的结构56具有多个彼此相互基本平行布置的竖壁部件58。每个壁58的厚度为2mm，相邻壁58之间的距离为13mm，每个壁58的高度为10mm，然而也可以使用不同尺寸的壁58。网状的层结构56被布置相互堆叠在一起，从而每层相对于上和下层中心略微偏移。这样的布置增强了对于由混合机构20在混合室12的下部所产生的流动的防涡流效果。
参考图8，分隔器22一般包括多个分隔板或片34，其具有限定出多个通道50的壁的形状。特别是，每个通道50由周围的分隔板34所限定。分隔板优选这样的结构，以使由相邻的板34所限定的相对的表面38a、40a基本和优选地相互平行并从混合室12的水平轴线倾斜大约55-56°(φ)。优选表面38a、40a是光滑的，然而也可以是平面的或弯曲的。下面将更加详细地解释分隔板34的结构和由此所限定的表面38a、40a的功能。
可以发现，当溶质(例如氧化铜CuO(s))在溶剂中溶解和混合时，在溶解和混合期间会形成氧气泡。由于氧气泡的密度相对较低，氧气泡就会自然地升起到容器即混合室12中的溶液的上表面。另一方面，由于溶解的溶质的密度相对较高，溶质颗粒趋向于下沉到混合室12的下部。可是，在这个过程中，一些未溶解的溶质颗粒会由于上升的氧气泡而被带向混合室12的上部，如图9b所示。这不但会阻止优选发生在具有混合机构20的混合室12的下部的溶质颗粒的有效的完全的溶解，而且未溶解的溶质颗粒被不预期地通过出口52和通道部件24传输到电镀贮槽26中，并最终通过通道部件54到达电镀池28。
为了克服上述问题，设计了如上所述的分隔器22以减少排出到电镀贮槽中的未溶解的溶质颗粒。完成下面的实验并说明其结果。
实验1、2和3(如存图10和图10b中各自所示的)
目的：评价倾斜角度对溶质在溶剂中溶解的时间的影响。
实验条件：
                                   实验3条件           实验1       实验2      (重复3次)溶剂(溶液)量   100 ml      100 ml      100 ml使用容器       100ml试管   100ml试管   100ml试管温度           室内温度    室内温度    室内温度使用溶质       氧化铜(Ⅱ)  氧化铜(Ⅱ)  氧化铜(Ⅱ)使用溶剂         硫酸         硫酸         硫酸
步骤：将氧化铜(Ⅱ)(粉末)加入到容纳有硫酸的试管中(搅拌)。结果：
                                      实验3条件             实验1        实验2       (重复3次)加入的氧化铜     1.6克        7克           7克试管位置         垂直         垂直          从水平轴倾斜
                                        60°从溶液的表面到   90mm         90mm          50mm变清处的高度氧化铜颗粒消失   10分钟       10分钟        5分钟(溶解)的时间
观察报告：如图10a所示，在氧化铜颗粒60靠重力下沉的同时会发现有气泡升起。升起的气泡减慢了氧化铜颗粒下沉的速度。还从实验3中发现，气泡62沿试管的上表面38b升起，而同时氧化铜(Ⅱ)颗粒60沿试管的下表面40b下沉，如图10b所示。
结论：通过观察以上三个实验的结果，可以得出结论：如果试管基本竖直放置(如实验1和实验2)，则氧化铜60的下沉和溶解被升起的气泡所减慢。还发现，当两个相对的表面(即38a和40a、38b和40b)相对于垂直方向倾斜一个角度，则会促进溶质60的下沉和溶解以及气泡62的升起。还特别发现，试管相对于水平轴线(如图10b所示)的大约60°的倾斜角对于溶质在溶剂中的溶解提供了最佳的结果，然而相对于水平轴线的从55°到65°的倾斜角也可以提供满意的结果。
基于以上结论，分隔器22被设计有多个通道50以便于气泡的升起以及溶质颗粒的下沉和溶解。特别是，面向上的下表面40a提供了溶质颗粒在溶解期间的下降平台，而同时面向下的上表面38a允许气泡沿着它升起。这样就减少了可能被传输到电镀贮槽中的溶质颗粒的向上运动。

Claims (12)

1．一个混合设备，其包括：一个具有至少一个入口和至少一个出口的室，该入口允许溶质和液体溶剂的进入，该出口允许所述溶质和溶剂的溶液排出；和至少一个分隔器，该分隔器具有至少一个基本面向上的表面和一个基本面向下的表面，其中所述表面限定了一个允许所述溶液的流过并排出所述室的通道，和其中未溶解的溶质沿着所述基本面向下的表面下沉。
2．如权利要求1所述的混合设备，其特征在于：所述分隔器包括多个分隔部件。
3．如权利要求2所述的混合设备，其特征在于：每个所述分隔部件包括一个板部件。
4．如权利要求3所述的混合设备，其特征在于：每个板部件具有一个基本面向上的表面和一个基本面向下的表面。
5．如权利要求3或4所述的混合设备，其特征在于：所述板部件被彼此并排设置。
6．如前面的权利要求中任一项所述的混合设备，其特征在于：所述基本面向上的表面和基本面向下的表面基本上彼此相互平行。
7．如前面的权利要求中任一项所述的混合设备，其特征在于：所述基本面向上的表面和基本面向下的表面从所述室的水平轴线基本上倾斜55°-65°。
8．如前面的权利要求中任一项所述的混合设备，其特征在于：所述基本面向上的表面和基本面向下的表面从所述室的水平轴线基本上倾斜60°。
9．如前面的权利要求中任一项所述的混合设备，其特征在于：还包括用于在所述室中搅拌带有所述溶质的所述溶剂的装置。
10．如前面的权利要求中任一项所述的混合设备，其特征在于：还包括用于探测所述溶液浓度的装置，其中所述探测装置位于所述分隔器的下面。
11．如前面的权利要求中任一项所述的混合设备，其特征在于：还包括在所述溶质在所述溶剂中被混合和溶解之前使所述溶质到达所述室的下部的装置。
12．包括有根据任一前述权利要求所述的混合设备的电镀设备。
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