CN104014284A - Iib-via族化合物粉末的自由降落高温合成方法及合成装置 - Google Patents

Abstract

本发明所述粉体材料合成装置，包括炉体、装料室、第一阀门、第二阀门、冷凝室和收集室，炉体立式安装，其隔热段在上、加热段在下，用支架支撑；装料室通过第一阀门与炉体的隔热段顶部连接，第一阀门用于控制装料室与炉体内腔的相通或隔离；冷凝室与炉体的加热段底部连接，冷凝室内腔与炉体的内腔相通；收集室通过第二阀门与冷凝室连接，第二阀门用于控制冷凝室与收集室的相通或隔离。采用上述粉体材料合成装置，装料室内的VIA族非金属粉末与IIB族金属粉末相混合形成原料粉料以自由降落的方式陆续进入炉体内腔，在经过炉体的加热段后完成合成反应，并直接落入冷凝室内腔冷凝成IIB-VIA族化合物粉末。

Description

IIB-VIA族化合物粉末的自由降落高温合成方法及合成装置

技术领域

本发明属于IIB-VIA族化合物粉末合成技术领域，涉及IIB-VIA族化合物粉末的合成方法及合成装置。

背景技术

多晶IIB-VIA化合物合金粉是制备太阳能薄膜电池的关键核心材料。随着光伏产业的迅速发展，国内外对IIB-VIA族化合物粉体原料的需求量迅速增加。通过控制合理的制备工艺获得高纯度、小粒径的半导体高纯IIB-VIA族化合物粉体原料，并可连续化批量生产是如今半导体材料工业化生产的重点追求目标。

申请号为CN201210401061.X的专利公开了一种碲化镉粉末的高温液相合成方法，该方法将镉块和碲块，按摩尔比1:1分别装入到“Y”形石英管的A、B两端，并将“Y”形石英管水平放入三段加热的开合式“Y”形炉膛中；然后对石英管抽真空至1×10^-3Pa～1×10^-4Pa，并对“Y”形石英管的A、B、C三段分别加热到350～400℃、480～600℃和600～1100℃，保温至试验完成。当碲和镉熔化成液体后，通过碲和镉的雾化液滴接触合成碲化镉粉末，并散落于“Y”形石英管的C端底部后进行收集。此种方法的不足之处是合成过程中反应热很大且难以迅速释放掉，因而反应过程不安全，易发生爆炸事故。

申请号为CN02114571.7的专利公开了一种碲化镉粉末的制备方法，该方法将镉粉和碲粉按重量比1:(1.14～1.18)混合均匀，置于真空条件下的坩埚内，加热至125～160℃进行合成反应形成碲化镉材料，然后将碲化镉材料再次研磨、混合，并置于加热炉中在温度450～500℃之间退火1～1.5小时。此种方法虽然安全，但制备周期较长，且在将生成的碲化镉材料进行再次研磨、混合及退火的过程中易引入杂质。

发明内容

本发明的目的是提供一种IIB-VIA族化合物粉末的自由降落高温合成方法及合成装置，以便能安全、高效地合成IIB-VIA族化合物粉末，并避免杂质的引入。

本发明所述粉体材料合成装置，包括炉体、装料室、第一阀门、第二阀门、冷凝室和收集室，所述炉体由隔热段和加热段组成，隔热段设置有用于与保护气体气源连接的进气口和用于与真空泵连接的第一出气口，加热段安装有加热器件和控温热电偶，所述装料室设置有用于与真空泵连接的第二出气口，所述收集室设置有用于与真空泵连接的第三出气口；各构件(或器件)的安装与组合方式：炉体立式安装，其隔热段在上、加热段在下，用支架支撑；装料室通过第一阀门与炉体的隔热段顶部连接，第一阀门用于控制装料室与炉体内腔的相通或隔离；冷凝室与炉体的加热段底部连接，冷凝室内腔与炉体的内腔相通；收集室通过第二阀门与冷凝室连接，第二阀门用于控制冷凝室与收集室的相通或隔离。

本发明所述粉体材料合成装置，其炉体加热段的长度L为40cm～200cm。

本发明所述粉体材料合成装置，其冷凝室的室体壁为夹层结构，室体外壁设置有与夹层相通的冷却介质入口和冷却介质出口，通过冷却介质的循环流动实现合成产物的冷却。所述冷却介质优选水。

本发明所述粉体材料合成装置，其加热器件为电阻式加热器件或感应式加热器件体或微波发生器。

本发明所述粉体材料合成装置，炉体隔热段和炉体加热段的外层用陶瓷纤维毯制作，内层用不低于3N的石英制作，冷凝室用不低于3N的石英制作。

本发明所述粉体材料合成装置，其第一阀门、第二阀门为手动阀门或电动阀门。

本发明所述IIB-VIA族化合物粉末的自由降落高温合成方法，使用上述粉体材料合成装置，工艺步骤依次如下：

①将VIA族非金属粉末与IIB族金属粉末按照摩尔比1:(1～1.2)进行配料并混合均匀，在所述第一阀门关闭的状态下将混合均匀的粉料装入所述装料室内；

②在所述第二阀门处于关闭的状态下采用向炉体内腔和冷凝室内腔交替抽真空、充入保护气体的方式清洗炉体内腔和冷凝室内腔，以去除炉体内腔和冷凝室内腔的杂质气体，清洗炉体内腔和冷凝室内腔完成后，采用向炉体内腔和冷凝室内腔充入保护气体、或同时抽真空和充入保护气体的方式将炉体内腔和冷凝室内腔的压强调节至1×10^-2Pa～1×10⁴Pa；在调节炉体内腔和冷凝室内腔压强的同时，通过抽真空将装料室、收集室内的压强调节至1×10^-3Pa～1×10^-2Pa，并使冷凝室处于冷却工作状态；

③打开加热电源，将炉体加热段内腔的温度升至500～1000℃，然后开启第一阀门，装料室内的原料粉料即以自由降落的方式陆续进入炉体内腔，在经过炉体的加热段后完成合成反应，并直接落入冷凝室内腔冷凝成IIB-VIA族化合物粉末；

④在装料室内的原料粉料完全进入炉体内腔后关闭第一阀门并停止对装料室抽真空，在进入炉体内腔的原料粉料的合成反应全部完成后关闭加热电源并开启第二阀门，位于冷凝室内腔的IIB-VIA化合物粉末即落入收集室内，当冷凝室内腔的IIB-VIA族化合物粉末全部落入收集室后，关闭第二阀门，并停止对炉体内腔和冷凝室内腔的调压操作、停止对收集室抽真空，使冷凝室处于非冷却工作状态，然后再开启收集室的出料口收集IIB-VIA族化合物粉末。

上述合成方法中，VIA族非金属粉末为S粉、Se粉、Te粉中的至少一种，IIB族金属粉末为Zn粉、Cd粉中的至少一种。VIA族非金属粉末和IIB族金属粉末的粒径可在200nm～600μm选择。

上述合成方法中，保护气体为不与VIA族非金属粉末和IIB族金属粉末发生反应的气体，可以是氩气、氮气、氢气中的一种。

上述合成方法中，步骤②采用向炉体内腔和冷凝室内腔交替抽真空、充入保护气体的方式进行清洗的目的是去除炉体内腔和冷凝室内腔的杂质气体(如氧气)，以避免杂质气体与IIB族金属粉末和VI族非金属粉末反应生成的氧化物影响最终产物IIB-VIA化合物粉末的纯度。对炉体内腔和冷凝室内腔交替抽真空、充入保护气体的具体方式没有特殊要求，只要能够充分去除炉体内腔和冷凝室内腔的杂质气体即可。本发明采用的具体实现方式为：将炉体内腔和冷凝室内腔抽真空至1×10^-3Pa～1×10^-4Pa，再通过充入保护气体-抽真空的循环操作，即向炉体内腔和冷凝室内腔中充入保护气体使炉体内腔和冷凝室内腔的压强至常压、再将炉体内腔和冷凝室内腔抽真空至1×10^-3Pa～1×10^-4Pa，如此循环2～3次，即可完成炉体内腔和冷凝室内腔的清洗。炉体内腔和冷凝室内腔的清洗完成后，调节炉体内腔和冷凝室内腔压强的方式为：向管式反应室内炉体内腔和冷凝室内腔充入保护气体，使炉体内腔和冷凝室内腔的压强为1×10^-2Pa～1×10⁴Pa，然后关闭进气阀，保持静态保护气体气氛；或者对炉体内腔和冷凝室内腔同时抽真空和充入保护气体，并调节保护气体的流量小于真空泵的抽气速率，使炉体内腔和冷凝室内腔的压强为1×10^-2Pa～1×10⁴Pa，保持动态保护气体气氛。

本发明具有以下有益效果：

1、使用本发明所述合成装置和合成方法，原料粉料以自由降落的方式经过炉体的加热段即可完成合成反应，并直接落入冷凝室内腔冷凝成IIB-VIA族化合物粉末，且由于装料室内的原料粉料是陆续进入炉体内腔，反应时产生的热量不会聚集造成安全隐患，尤其是在动态保护气体气氛下完成合成反应，安全性更好，因而能安全、高效地合成IIB-VIA族化合物粉末，并能避免杂质的引入。

2、使用本发明所述合成装置和合成方法，IIB-VIA族化合物粉末的纯度主要与原料VIA族非金属粉末、IIB族金属粉末的纯度有关，当选用高纯度的VIA族非金属粉末、IIB族金属粉末时，即可获得高纯度的IIB-VIA族化合物粉末。

3、使用本发明所述合成装置和合成方法制备的IIB-VIA族化合物粉末粒径均匀，产物回收率可达93％～99％。

4、本发明所述合成装置便于加工制作，本发明所述合成方法工艺简单，操作方便，因而易于实现工业化生产。

凡是依据本发明对设备和工艺所作的修饰与变化，均为本发明所涵盖。

附图说明

图1是本发明所述粉体材料合成装置的一种结构示意图，其加热器件为电阻式加热器件或感应式加热器件。

图2是本发明所述粉体材料合成装置的又一种结构示意图，其加热器件为微波发生器。

图3是实施例4合成的碲化镉粉末的XRD衍射图谱。

图中，1—装料室，2—第一阀门，3—炉体(3-1：隔热段、3-2：加热段)，4—加热器件，5—控温热电偶，6—冷凝室，7—冷却介质出口，8—冷却介质入口，9—第二阀门，10—收集室，11—出料口，12—支架，13—进气口，14—第一出气口，15—第二出气口，16—第三出气口、17—波导。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明所述粉体材料合成装置和IIB-VIA族化合物粉末的自由降落高温合成方法作进一步说明。

实施例1

本实施例中，粉体材料合成装置如图1所示，包括炉体3、装料室1、第一阀门2、第二阀门9、冷凝室6和收集室10；所述炉体3由隔热段3-1和加热段3-2组成，隔热段3-1外层用陶瓷纤维毯制作，内层用3N的石英制作，其上设置有用于与保护气体气源连接的进气口13和用于与真空泵连接的第一出气口14，加热段外层用陶瓷纤维毯制作，内层用3N的石英制作，长度L为200cm，加热段安装有加热器件4和控温热电偶5，所述加热器件为电阻式加热器件；所述冷凝室6用3N的石英制作，其室体壁为夹层结构，室体外壁设置有与夹层相通的冷却介质入口8和冷却介质出口7，冷却介质选用冷却水；所述装料室1设置有用于与真空泵连接的第二出气口15，所述收集室10设置有用于与真空泵连接的第三出气口16；所述第一阀门2、第二阀门9选用手动阀门。各构件(或器件)的安装与组合方式：炉体3立式安装，其隔热段3-1在上、加热段3-2在下，用支架12支撑；装料室1通过第一阀门2与炉体的隔热段3-1顶部连接，冷凝室6与炉体的加热段底部3-2连接，冷凝室内腔与炉体的内腔相通，收集室10通过第二阀门9与冷凝室6连接。

实施例2

本实施例中，粉体材料合成装置如图1所示，包括炉体3、装料室1、第一阀门2、第二阀门9、冷凝室6和收集室10。与实施例1不同之处是：1、加热段3-2的长度L为100cm；2、加热段安装的加热器件4为感应式加热器件。

实施例3

本实施例中，粉体材料合成装置如图2所示，包括炉体3、装料室1、第一阀门2、第二阀门9、冷凝室6和收集室10。与实施例1不同之处是：1、加热段3-2的长度L为40cm；2、加热段3-2安装的加热器件4为微波发生器，微波发生器通过波导17与加热段连接。

实施例4

本实施例使用实施例1所述粉体材料合成装置，工艺步骤依次如下：

①将平均粒径为20μm、纯度为5N的碲粉和镉粉按摩尔比1:1配料并混合均匀，配料总质量为220g，然后在所述第一阀门2关闭的状态下将混合均匀的碲粉和镉粉装入所述装料室1内；

②在所述第二阀门9处于关闭的状态下对炉体内腔和冷凝室内腔抽真空至1×10^-3Pa，再通过充入氩气-抽真空的操作循环3次完成炉体内腔和冷凝室内腔的清洗(充入氩气-抽真空的循环操作：向炉体内腔和冷凝室内腔充入纯度为5N的氩气至常压、再将炉体内腔和冷凝室内腔抽真空至1×10^-3Pa，再向炉体内腔和冷凝室内腔充入纯度为5N的氩气至常压、再将炉体内腔和冷凝室内腔抽真空至1×10^-3Pa，再向炉体内腔和冷凝室内腔充入纯度为5N的氩气至常压、再将炉体内腔和冷凝室内腔抽真空至1×10^-3Pa)；清洗炉体内腔和冷凝室内腔完成后，向炉体内腔和冷凝室内腔充入纯度为5N的氩气调节炉体内腔和冷凝室内腔的压强至1×10³Pa；在调节炉体内腔和冷凝室内腔压强的同时，通过抽真空将装料室1、收集室10内的压强调节至1×10^-3Pa，并使冷凝室6在循环冷却水的作用下处于冷却工作状态；

③打开加热电源，将炉体加热段3-2内腔的温度升至500℃，然后开启第一阀门2，装料室内的原料粉料即以自由降落的方式陆续进入炉体内腔，在经过炉体的加热段后完成合成反应，并直接落入冷凝室6内腔冷凝成碲化镉粉末；

④在装料室1内的原料粉料完全进入炉体内腔后关闭第一阀门2并停止对装料室1抽真空，在进入炉体内腔的原料粉料的合成反应全部完成后关闭加热电源并开启第二阀门9，位于冷凝室6内腔的碲化镉粉末即落入收集室10内，当冷凝室6内腔的碲化镉粉末全部落入收集室10后，关闭第二阀门9，并停止对炉体内腔和冷凝室内腔的调压操作、停止对收集室抽真空，关闭冷却水，使冷凝室6处于非冷却工作状态，然后再开启收集室10的出料口11收集碲化镉粉末。

本实施例所收集的碲化镉粉末为215.6g，平均粒径为36μm，产物回收率为98％，其XRD衍射图谱见图3，从图3可以看出，所合成的粉末由碲化镉的单一相组成，无异相，也无过量碲、镉的沉积相。

实施例5

本实施例使用实施例1所述粉体材料合成装置，工艺步骤依次如下：

①将平均粒径为300μm、纯度为3N的硒粉和镉粉按摩尔比1:1.1配料并混合均匀，配料总质量为300g，然后在所述第一阀门2关闭的状态下将混合均匀的硒粉和镉粉装入所述装料室1内；

②在所述第二阀门9处于关闭的状态下对炉体内腔和冷凝室内腔进行清洗，清洗方法与实施例4相同。清洗炉体内腔和冷凝室内腔完成后，向炉体内腔和冷凝室内腔充入纯度为5N的氩气调节炉体内腔和冷凝室内腔的压强至1×10Pa；在调节炉体内腔和冷凝室内腔压强的同时，通过抽真空将装料室1、收集室10内的压强调节至1×10^-2Pa，并使冷凝室6在循环冷却水的作用下处于冷却工作状态；

③打开加热电源，将炉体加热段3-2内腔的温度升至700℃，然后开启第一阀门2，装料室内的原料粉料即以自由降落的方式陆续进入炉体内腔，在经过炉体的加热段后完成合成反应，并直接落入冷凝室6内腔冷凝成硒化镉粉末；

④在装料室1内的原料粉料完全进入炉体内腔后关闭第一阀门2并停止对装料室1抽真空，在进入炉体内腔的原料粉料的合成反应全部完成后关闭加热电源并开启第二阀门9，位于冷凝室6内腔的硒化镉粉末即落入收集室10内，当冷凝室6内腔的硒化镉粉末全部落入收集室10后，关闭第二阀门9，并停止对炉体内腔和冷凝室内腔的调压操作、停止对收集室抽真空，关闭冷却水，使冷凝室6处于非冷却工作状态，然后再开启收集室10的出料口11收集硒化镉粉末。

本实施例所收集的硒化镉粉末为285g，平均粒径为72μm，产物回收率为95％。

实施例6

本实施例使用实施例2所述粉体材料合成装置，工艺步骤依次如下：

①将平均粒径为80μm、纯度为3N的硫粉和镉粉按摩尔比1:1.2配料并混合均匀，配料总质量为300g，然后在所述第一阀门2关闭的状态下将混合均匀的硫粉和镉粉装入所述装料室1内；

②在所述第二阀门9处于关闭的状态下对炉体内腔和冷凝室内腔进行清洗，清洗方法与实施例1相似，不同之处在于，对炉体内腔和冷凝室内腔抽真空至1×10^-4Pa，采用的气体是纯度为5N的氮气，循环次数为2次。清洗炉体内腔和冷凝室内腔完成后，向炉体内腔和冷凝室内腔充入氮气，同时打开真空泵抽真空，并保持氮气的流量小于真空泵的抽气速率，使炉体内腔和冷凝室内腔压强保持在1×10⁴Pa；在调节炉体内腔和冷凝室内腔压强的同时，通过抽真空将装料室1、收集室10内的压强调节至1×10^-3Pa，并使冷凝室6在循环冷却水的作用下处于冷却工作状态；

③打开加热电源，将炉体加热段3-2内腔的温度升至800℃，然后开启第一阀门2，装料室内的原料粉料即以自由降落的方式陆续进入炉体内腔，在经过炉体的加热段后完成合成反应，并直接落入冷凝室6内腔冷凝成硫化镉粉末；

④在装料室1内的原料粉料完全进入炉体内腔后关闭第一阀门2并停止对装料室1抽真空，在进入炉体内腔的原料粉料的合成反应全部完成后关闭加热电源并开启第二阀门9，位于冷凝室6内腔的硫化镉粉末即落入收集室10内，当冷凝室6内腔的硫化镉粉末全部落入收集室10后，关闭第二阀门9，并停止对炉体内腔和冷凝室内腔的调压操作、停止对收集室抽真空，关闭冷却水，使冷凝室6处于非冷却工作状态，然后再开启收集室10的出料口11收集硫化镉粉末。

本实施例所收集的硫化镉粉末为295g，平均粒径为62μm，产物回收率为98.3％。

实施例7

本实施例使用实施例2所述粉体材料合成装置，工艺步骤依次如下：

①将平均粒径为200μm、纯度为4N的碲粉和锌粉按摩尔比1:1配料并混合均匀，配料总质量为500g，然后在所述第一阀门2关闭的状态下将混合均匀的碲粉和锌粉装入所述装料室1内；

②在所述第二阀门9处于关闭的状态下对炉体内腔和冷凝室内腔进行清洗，清洗方法与实施例1相似，不同之处在于，采用的气体是纯度为5N的氢气，循环次数为2次。清洗炉体内腔和冷凝室内腔完成后，向炉体内腔和冷凝室内腔充入氢气，同时打开真空泵抽真空，并保持氢气的流量小于真空泵的抽气速率，使炉体内腔和冷凝室内腔压强保持在5×10²Pa；在调节炉体内腔和冷凝室内腔压强的同时，通过抽真空将装料室1、收集室10内的压强调节至1×10^-2Pa，并使冷凝室6在循环冷却水的作用下处于冷却工作状态；

③打开加热电源，将炉体加热段3-2内腔的温度升至1000℃，然后开启第一阀门2，装料室内的原料粉料即以自由降落的方式陆续进入炉体内腔，在经过炉体的加热段后完成合成反应，并直接落入冷凝室6内腔冷凝成碲化锌粉末；

④在装料室1内的原料粉料完全进入炉体内腔后关闭第一阀门2并停止对装料室1抽真空，在进入炉体内腔的原料粉料的合成反应全部完成后关闭加热电源并开启第二阀门9，位于冷凝室6内腔的碲化锌粉末即落入收集室10内，当冷凝室6内腔的碲化锌粉末全部落入收集室10后，关闭第二阀门9，并停止对炉体内腔和冷凝室内腔的调压操作、停止对收集室抽真空，关闭冷却水，使冷凝室6处于非冷却工作状态，然后再开启收集室10的出料口11收集碲化锌粉末。

本实施例所收集的碲化锌粉末为495g，平均粒径为104μm，产物回收率为99％。

实施例8

本实施例使用实施例3所述粉体材料合成装置，工艺步骤依次如下：

①将平均粒径为10μm、纯度为4N的硒粉和锌粉按摩尔比1:1.1配料并混合均匀，配料总质量为400g，然后在所述第一阀门2关闭的状态下将混合均匀的硒粉和锌粉装入所述装料室1内；

②在所述第二阀门9处于关闭的状态下对炉体内腔和冷凝室内腔进行清洗，清洗方法与实施例1相似，不同之处在于，循环次数为2次。清洗炉体内腔和冷凝室内腔完成后，向炉体内腔和冷凝室内腔充入氩气，同时打开真空泵抽真空，并保持氩气的流量小于真空泵的抽气速率，使炉体内腔和冷凝室内腔压强保持在1×10^-1Pa；在调节炉体内腔和冷凝室内腔压强的同时，通过抽真空将装料室1、收集室10内的压强调节至1×10^-2Pa，并使冷凝室6在循环冷却水的作用下处于冷却工作状态；

③打开加热电源，将炉体加热段3-2内腔的温度升至800℃，然后开启第一阀门2，装料室内的原料粉料即以自由降落的方式陆续进入炉体内腔，在经过炉体的加热段后完成合成反应，并直接落入冷凝室6内腔冷凝成硒化锌粉末；

④在装料室1内的原料粉料完全进入炉体内腔后关闭第一阀门2并停止对装料室1抽真空，在进入炉体内腔的原料粉料的合成反应全部完成后关闭加热电源并开启第二阀门9，位于冷凝室6内腔的硒化锌粉末即落入收集室10内，当冷凝室6内腔的硒化锌粉末全部落入收集室10后，关闭第二阀门9，并停止对炉体内腔和冷凝室内腔的调压操作、停止对收集室抽真空，关闭冷却水，使冷凝室6处于非冷却工作状态，然后再开启收集室10的出料口11收集硒化锌粉末。

本实施例所收集的硒化锌粉末为390g，平均粒径为24μm，产物回收率为97.5％。

实施例9

本实施例使用实施例3所述粉体材料合成装置，工艺步骤依次如下：

①将平均粒径为20μm、纯度为4N的硫粉和锌粉按摩尔比1:1配料并混合均匀，配料总质量为300g，然后在所述第一阀门2关闭的状态下将混合均匀的硫粉和锌粉装入所述装料室1内；

②在所述第二阀门9处于关闭的状态下对炉体内腔和冷凝室内腔进行清洗，清洗方法与实施例1相似，不同之处在于，循环次数为2次。清洗炉体内腔和冷凝室内腔完成后，向炉体内腔和冷凝室内腔充入氩气，同时打开真空泵抽真空，并保持氩气的流量小于真空泵的抽气速率，使炉体内腔和冷凝室内腔压强保持在8×10²Pa；在调节炉体内腔和冷凝室内腔压强的同时，通过抽真空将装料室1、收集室10内的压强调节至1×10^-2Pa，并使冷凝室6在循环冷却水的作用下处于冷却工作状态；

③打开加热电源，将炉体加热段3-2内腔的温度升至800℃，然后开启第一阀门2，装料室内的原料粉料即以自由降落的方式陆续进入炉体内腔，在经过炉体的加热段后完成合成反应，并直接落入冷凝室6内腔冷凝成硫化锌粉末；

④在装料室1内的原料粉料完全进入炉体内腔后关闭第一阀门2并停止对装料室1抽真空，在进入炉体内腔的原料粉料的合成反应全部完成后关闭加热电源并开启第二阀门9，位于冷凝室6内腔的硫化锌粉末即落入收集室10内，当冷凝室6内腔的硫化锌粉末全部落入收集室10后，关闭第二阀门9，并停止对炉体内腔和冷凝室内腔的调压操作、停止对收集室抽真空，关闭冷却水，使冷凝室6处于非冷却工作状态，然后再开启收集室10的出料口11收集硫化锌粉末。

本实施例所收集的硫化锌粉末为289g，平均粒径为31μm，产物回收率为96.3％。

实施例10

本实施例使用实施例2所述粉体材料合成装置，工艺步骤依次如下：

①将平均粒径为80μm、纯度为5N的碲粉、硒粉和镉粉按摩尔比0.5:0.5:1配料并混合均匀，配料总质量为400g，然后在所述第一阀门2关闭的状态下将混合均匀的碲粉、硒粉和镉粉装入所述装料室1内；

②在所述第二阀门9处于关闭的状态下对炉体内腔和冷凝室内腔进行清洗，清洗方法与实施例1相同。清洗炉体内腔和冷凝室内腔完成后，向炉体内腔和冷凝室内腔充入氩气，同时打开真空泵抽真空，并保持氩气的流量小于真空泵的抽气速率，使炉体内腔和冷凝室内腔压强保持在1×10^-2Pa；在调节炉体内腔和冷凝室内腔压强的同时，通过抽真空将装料室1、收集室10内的压强调节至1×10^-3Pa，并使冷凝室6在循环冷却水的作用下处于冷却工作状态；

③打开加热电源，将炉体加热段3-2内腔的温度升至800℃，然后开启第一阀门2，装料室内的原料粉料即以自由降落的方式陆续进入炉体内腔，在经过炉体的加热段后完成合成反应，并直接落入冷凝室6内腔冷凝成CdSeTe粉末；

④在装料室1内的原料粉料完全进入炉体内腔后关闭第一阀门2并停止对装料室1抽真空，在进入炉体内腔的原料粉料的合成反应全部完成后关闭加热电源并开启第二阀门9，位于冷凝室6内腔的CdSeTe粉末即落入收集室10内，当冷凝室6内腔的CdSeTe粉末全部落入收集室10后，关闭第二阀门9，并停止对炉体内腔和冷凝室内腔的调压操作、停止对收集室抽真空，关闭冷却水，使冷凝室6处于非冷却工作状态，然后再开启收集室10的出料口11收集CdSeTe粉末。

本实施例所收集的CdSeTe粉末为372g，平均粒径为43μm，产物回收率为93％。

Claims (8)

1.一种粉体材料合成装置，包括炉体(3)，其特征在于还包括装料室(1)、第一阀门(2)、第二阀门(9)、冷凝室(6)和收集室(10)，所述炉体(3)由隔热段(3-1)和加热段(3-2)组成，隔热段(3-1)设置有用于与保护气体气源连接的进气口(13)和用于与真空泵连接的第一出气口(14)，加热段(3-2)安装有加热器件(4)和控温热电偶(5)，所述装料室(1)设置有用于与真空泵连接的第二出气口(15)，所述收集室(10)设置有用于与真空泵连接的第三出气口(16)；

炉体(3)立式安装，其隔热段(3-1)在上、加热段(3-2)在下，用支架(12)支撑；装料室(1)通过第一阀门(2)与炉体的隔热段(3-1)顶部连接，第一阀门(2)用于控制装料室与炉体内腔的相通或隔离；冷凝室(6)与炉体的加热段(3-2)底部连接，冷凝室内腔与炉体的内腔相通；收集室(10)通过第二阀门(9)与冷凝室(6)连接，第二阀门(9)用于控制冷凝室(6)与收集室(10)的相通或隔离。

2.根据权利要求1所述粉体材料合成装置，其特征在于炉体加热段(3-2)的长度(L)为40cm～200cm。

3.根据根据权利要求1或2所述粉体材料合成装置，其特征在于冷凝室(6)的室体壁为夹层结构，室体外壁设置有与夹层相通的冷却介质入口(8)和冷却介质出口(7)。

4.根据根据权利要求1或2所述粉体材料合成装置，其特征在于所述加热器件(4)为电阻式加热器件或感应式加热器件或微波发生器。

5.根据根据权利要求3所述粉体材料合成装置，其特征在于所述加热器件(4)为电阻式加热器件或感应式加热器件或微波发生器。

6.一种IIB-VIA族化合物粉末的自由降落高温合成方法，其特征在于使用权利要求1至5中任一粉体材料合成装置，工艺步骤依次如下：

①将VIA族非金属粉末与IIB族金属粉末按照摩尔比1:(1～1.2)进行配料并混合均匀，在所述第一阀门(2)关闭的状态下将上述混合均匀的粉料装入所述装料室(1)内；

②在所述第二阀门(9)处于关闭的状态下采用向炉体内腔和冷凝室内腔交替抽真空、充入保护气体的方式清洗炉体内腔和冷凝室内腔，以去除炉体内腔和冷凝室内腔的杂质气体，清洗炉体内腔和冷凝室内腔完成后，采用向炉体内腔和冷凝室内腔充入保护气体、或同时抽真空和充入保护气体的方式将炉体内腔和冷凝室内腔的压强调节至1×10^-2Pa～1×10⁴Pa；在调节炉体内腔和冷凝室内腔压强的同时，通过抽真空将装料室、收集室内的压强调节至1×10^-3Pa～1×10^-2Pa，并使冷凝室处于冷却工作状态；

③打开加热电源，将炉体加热段内腔的温度升至500～1000℃，然后开启第一阀门(2)，装料室内的原料粉料即以自由降落的方式陆续进入炉体内腔，在经过炉体的加热段(3-2)后完成合成反应，并直接落入冷凝室(6)内腔冷凝成IIB-VIA族化合物粉末；

④在装料室(1)内的原料粉料完全进入炉体内腔后关闭第一阀门(2)并停止对装料室(1)抽真空，在进入炉体内腔的原料粉料的合成反应全部完成后关闭加热电源并开启第二阀门(9)，位于冷凝室(6)内腔的IIB-VIA族化合物粉末即落入收集室(10)内，当冷凝室(6)内腔的IIB-VIA族化合物粉末全部落入收集室(10)后，关闭第二阀门(9)，并停止对炉体内腔和冷凝室内腔的调压操作、停止对收集室抽真空，使冷凝室(6)处于非冷却工作状态，然后再开启收集室(10)的出料口(11)收集IIB-VIA族化合物粉末。

7.根据权利要求6所述IIB-VIA族化合物粉末的自由降落高温合成方法，其特征在于所述VIA族非金属粉末为S粉、Se粉、Te粉中的至少一种；所述IIB族金属粉末为Zn粉、Cd粉中的至少一种。

8.根据权利要求6或7所述IIB-VIA族化合物粉末的合成方法，其特征在于所述保护气体为氩气、氮气、氢气中的一种。