CN110066987B - 气相沉积装置及氧化亚硅的制备方法 - Google Patents

气相沉积装置及氧化亚硅的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气相沉积装置及氧化亚硅的制备方法，气相沉积装置，包括炉体、设置于炉体内的加热腔室、设置于炉体外的沉积腔室，气相沉积装置还包括：进料机构、刮取机构、设置于炉体外的收集腔室，收集腔室包括第一阀门，第一阀门用于控制沉积腔室与收集腔室之间通道的开闭。本发明中的气相沉积装置，通过关闭收集腔室入口处的第一阀门，可在线将收集腔室收集到的沉积产物排出，使得气相沉积装置内的气相沉积反应可以连续在线进行，且出料时不影响气相沉积反应。本发明与现有技术相比，能实现连续生产，从而降低了能耗，提高了产能，提高了生产效率。且沉积比较充分，物料损失少，收集的产品具有较高的质量稳定性，能够满足市场大规模的需求。

Description

气相沉积装置及氧化亚硅的制备方法
技术领域
本发明属于气相沉积技术领域，具体涉及一种气相沉积装置及氧化亚硅的制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次充电电池，主要由正极、负极、电解液和隔膜构成，锂离子在正极和负极之间往返工作。锂离子电池具有容量比高，重量轻，循环次数多，材料环保等优点，近年来广泛应用于智能手机、新能源汽车等新兴产业。由于传统碳系负极材料的能量密度已提高到了极限，能量密度的进一步上升指望各种负极活性物质的开发。其中，SiOx材料不仅解决了能量密度的问题，且克服了充放电时体积膨胀收缩的问题，是一种很有前途的负极材料。
SiOx，称为氧化亚硅，其中x值介于0-2之间，它的结构是小至纳米级的硅微粒分散在二氧化硅骨架中。SiOx粉末最简单的制备方式为Si+SiO2→SiOx，或C+SiO2→SiOx+CO，将硅粉或碳粉和二氧化硅接近等比例混合，在真空条件下，1000-1700℃下的挥发物进行冷凝收集后得到氧化亚硅。关于SiOx粉末制造方法和装置已被披露。现有技术，SiOx的收集器无法实现在线收集，因此，产能受到收集器体积的限制，很难进一步扩大生产，不能满足大规模市场化的需求；且为了取出收集器中的SiOx粉末，需要停止生产冷却设备，这种间歇的操作既浪费了生产时间，也浪费了能源；另外，由于物料加热均匀性不能保证，导致转化效率受到影响，制约生产效率。因此，现有技术无法很好地实现工业化生产，需要进一步技术优化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种气相沉积装置，通过关闭收集腔室入口处的第一阀门，可在线将收集腔室收集到的沉积产物排出，使得气相沉积装置内的气相沉积反应可以连续在线进行，且出料时不影响气相沉积反应。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种气相沉积装置，包括炉体、设置于炉体内的加热腔室、设置于炉体外的沉积腔室，加热腔室用于加热原料反应生成气相产物，沉积腔室与加热腔室连通，沉积腔室用于沉积产物，气相沉积装置还包括：
进料机构，进料机构的出料口与加热腔室的入口连接，进料机构用于向加热腔室内加入原料；
刮取机构，设置于沉积腔室内，刮取机构用于刮取沉积腔室内的沉积产物；
收集腔室，设置于炉体外，收集腔室的入口与沉积腔室的出口连接，收集腔室用于收集刮取机构刮取下来的沉积产物，收集腔室包括设置于收集腔室入口处的第一阀门，第一阀门用于控制沉积腔室与收集腔室之间通道的开闭。
优选的是，收集腔室还包括：设置于收集腔室出口的用于盖合的收集腔室底盖。
优选的是，沉积腔室包括设置于沉积腔室出口处的第二阀门，第二阀门用于控制沉积腔室与收集腔室之间通道的开闭，收集腔室与沉积腔室可拆卸连接，
当收集腔室与沉积腔室连接，打开第一阀门、第二阀门，收集腔室收集刮取机构刮取下来的沉积产物；关闭第一阀门、第二阀门，将收集腔室从沉积腔室上拆卸下来。
优选的是，所述的气相沉积装置还包括设置于炉体外的残渣腔室，残渣腔室的入口与加热腔室的出口连接，残渣腔室包括设置于残渣腔室的入口处的第三阀门，第三阀门用于控制加热腔室与残渣腔室之间通道的开闭，残渣腔室用于收集加热腔室内原料反应后的残渣。
优选的是，加热腔室包括设置于加热腔室的出口处的第四阀门，第四阀门用于控制加热腔室与残渣腔室之间通道的开闭，残渣腔室与加热腔室可拆卸连接，
当残渣腔室与加热腔室连接，打开第三阀门、第四阀门，残渣腔室收集残渣；关闭第三阀门、第四阀门，将残渣腔室从加热腔室上拆卸下来；和/或，
残渣腔室还包括：设置于残渣腔室出口的用于盖合的残渣腔室底盖。
当第三阀门打开，残渣腔室底盖盖合，残渣腔室收集加热腔室内原料反应后的残渣；当第三阀门关闭，残渣腔室底盖打开，残渣腔室排出加热腔室内原料反应后的残渣。
优选的是，加热腔室包括设置于加热腔室的出口处的配重阀，配重阀用于承受到达预设的重量后自行打开，残渣腔室与加热腔室可拆卸连接，
当残渣腔室与加热腔室连接，打开第三阀门，配重阀承受到达预设的重量后自行打开，残渣腔室收集残渣；关闭第三阀门，配重阀未承受到达预设的重量处于关闭状态，将残渣腔室从加热腔室上拆卸下来。
优选的是，在加热腔室内，加热腔室的入口与加热腔室的出口之间设置有开放式滑道，用于将原料输送到加热腔室内，还用于将原料反应后的残渣输送到加热腔室的出口。
优选的是，加热腔室的入口设置于加热腔室上方，加热腔室的出口设置于加热腔室下方，所述滑道从上到下呈现螺旋式排布。
优选的是，原料进料机构包括料仓和螺旋输送器，料仓与螺旋输送器连接，料仓内的原料通过螺旋输送器进入到加热腔室内。可实现密闭送料，且防止加料过程中引入空气等氧化性介质及杂质，并有助于固体介质输送，防止管道堵塞。
优选的是，沉积腔室内设置有可转动的转筒，转筒内设置有夹套用于通入冷源对转筒进行冷却。
优选的是，转筒中部为中通的通孔，通孔的一端开口位于沉积腔室内，通孔的另外一端依次连接过滤机构、抽真空机构，过滤机构用于过滤，抽真空机构用于抽真空。
优选的是，刮取机构包括刮片，刮片与转筒的外壁接触并相对运动刮取沉积产物，和/或，刮片与沉积腔室的内壁接触并相对运动刮取沉积产物。
优选的是，刮片为环形刮环，刮环的内环与转筒的外壁接触，刮环的外环与沉积腔室的内壁接触。
优选的是，刮片包括第一刮片和第二刮片，沉积腔室设有凹槽用于容纳第一刮片，第二刮片与转筒连接，第二刮片且与沉积腔室的内壁接触；
气相沉积装置还包括：距离检测单元、第一驱动机构、控制器，距离检测单元，用于检测第二刮片与第一刮片的距离，并发送给控制器；第一驱动机构，用于驱动第一刮片运动；控制器，用于接收距离检测单元检测到的距离，当该距离小于预设的距离时，则控制器控制第一驱动机构驱动第一刮片进入凹槽内，当距离不小于预设的距离时，则控制器控制第一驱动机构驱动第一刮片离开凹槽，第一刮片与转筒外壁接触。
优选的是，刮取机构还包括第二驱动机构，用于驱动刮片运动，
或者，刮片为平移运动，刮片的运动方向分别与转筒的外壁、沉积腔室的内壁表面平行；
或者，刮片为转动运动，刮片的转动方向与转筒的转动方向相反或相同。
本发明还提供一种氧化亚硅的制备方法，使用上述的气相沉积装置生产氧化亚硅，包括以下步骤：
1、将含硅的材料(例如工业硅粉、废硅泥、晶体硅切割硅粉等或其混合物)或含碳的材料(例如石油、焦碳、煤沥青、石墨、活性碳、碳黑、有机树脂等或其混合物)，和含二氧化硅的材料(例如高纯SiO2粉、白炭黑、石英砂、锆英粉、莫来石粉、硅灰石粉等或其混合物)，按摩尔比(0.1～3):1混合、研磨，压片并烘干。优选的，选取工业硅粉与白炭黑，按摩尔比1:1混合、研磨，压片并烘干。
2、将原料饼放入进料机构中，备用。
3、紧固各连接件。炉体内设置有夹套，通入0～200℃冷源，沉积腔室的夹套中通入0～500℃冷源，转筒的夹套中通入0～500℃冷源。打开残渣腔的第三阀门，打开第一阀门和第二阀门。
4、对加热腔室和沉积腔室抽真空至1～50000Pa，优选10～500Pa，检查气密性。并调试气相沉积装置。
5、继续抽真空至1～500Pa，同时启动加热器，升温至500～1400℃，优选1000℃。
6、启动转筒，使转筒沿顺时针或逆时针方向自转，转速0.1～120转/min。启动刮片，使刮片上下垂直移动，或刮片与转筒同轴、逆时针、顺时针转动，速度0.1～30次/min。
7、打开料仓，投入0.1～100kg原料饼。并抽真空或进行惰性气体置换。然后启动进料机构。
8、原料从进料仓进入螺旋输送器，沿螺旋输送器向下螺旋推进，使原料均匀分层铺开的同时，将滑道上原有的残渣沿滑道推入加热腔室的出口。
9、继续升温至1000～2000℃，优选1200～1700℃，恒温0.1～100h，优选2-24h。
10、升温及恒温过程中，可选择持续或间歇通入少量惰性气体，以提供保护性气氛，并作为载气促进升华。也可选择不通入。惰性气体可以为氦气、氩气等，优选氩气。
11、通过调节转筒夹套内的冷源的温度、流量和转筒转速，使反应产物SiOx升华后以不同形态冷凝到转筒外壁和沉积筒内壁上，形成SiOx粉末。再经过刮片的作用，收集到收集腔室中。
12、剩余尾气主要为不凝气，经过滤机构过滤后，通过抽真空机构输送至废气系统。
13、恒温结束后，重复步骤7、8和9，补充原料，继续反应。
14、每隔1～100h，关闭第一阀门和第二阀门，将收集腔室用置换气置换后，将收集腔室取下，更换为另一个收集腔室，用置换气置换后，打开第一阀门和第二阀门，继续收集。对取下的收集腔中的SiOx粉末进行密闭输送和后续处理。
15、加热腔室下部的配重阀在承受达到指定重量后，即自行打开，使其上的残渣落入底部的残渣腔室里。每隔1～100h，关闭第三阀门。将残渣腔室用置换气置换后，打开残渣腔室底盖，取出残渣。再紧固残渣腔室底盖，用置换气置换后，重新开启第三阀门，继续收集残渣。
本发明中的气相沉积装置，通过关闭收集腔室入口处的第一阀门，可在线将收集腔室收集到的沉积产物排出，使得气相沉积装置内的气相沉积反应可以连续在线进行，且出料时不影响气相沉积反应。本发明与现有技术相比，能实现连续生产，从而降低了能耗，提高了产能，提高了生产效率。且沉积比较充分，物料损失少，收集的产品具有较高的质量稳定性，能够满足市场大规模的需求。
附图说明
图1是本发明实施例2中的气相沉积装置的剖面图；
图2是本发明实施例3中的气相沉积装置的剖面图；
图3是本发明实施例4中的气相沉积装置的剖面图；
图4是本发明实施例5中的气相沉积装置的剖面图。
图中：1-炉体；2-加热腔室；3-沉积腔室；4-收集腔室；5-第一阀门；6-收集腔室底盖；7-测温仪；8-惰性气体入口；9-第一换气入口；10-第一换气出口；11-第二阀门；12-残渣腔室；13-第三阀门；14-第四阀门；15-残渣腔室底盖；16-滑道；17-料仓；18-螺旋输送器；19-加热器；20-转筒；21-第三驱动机构；22-过滤机构；23-抽真空机构；24-刮环；25-第二驱动机构；26-第二换气入口；27-第二换气出口；28-通孔；29-第一刮片；30-第二刮片；31-第一驱动机构。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供一种气相沉积装置，包括炉体、设置于炉体内的加热腔室、设置于炉体外的沉积腔室，加热腔室用于加热原料反应生成气相产物，沉积腔室与加热腔室连通，沉积腔室用于沉积产物，气相沉积装置还包括：
进料机构，进料机构的出料口与加热腔室的入口连接，进料机构用于向加热腔室内加入原料；
刮取机构，设置于沉积腔室内，刮取机构用于刮取沉积腔室内的沉积产物；
收集腔室，设置于炉体外，收集腔室的入口与沉积腔室的出口连接，收集腔室用于收集刮取机构刮取下来的沉积产物，收集腔室包括设置于收集腔室入口处的第一阀门，第一阀门用于控制沉积腔室与收集腔室之间通道的开闭。
本实施例中的气相沉积装置，通过关闭收集腔室入口处的第一阀门，可在线将收集腔室收集到的沉积产物排出，使得气相沉积装置内的气相沉积反应可以连续在线进行，且出料时不影响气相沉积反应。本实施例中的气相沉积装置与现有技术相比，能实现连续生产，从而降低了能耗，提高了产能，提高了生产效率。且沉积比较充分，物料损失少，收集的产品具有较高的质量稳定性，能够满足市场大规模的需求。
实施例2
如图1所示，本实施例提供一种气相沉积装置，包括炉体1、设置于炉体1内的加热腔室2、设置于炉体1外的沉积腔室3，加热腔室2用于加热原料反应生成气相产物，沉积腔室3与加热腔室2连通，沉积腔室3用于沉积产物，气相沉积装置还包括：
进料机构，进料机构的出料口与加热腔室2的入口连接，进料机构用于向加热腔室2内加入原料；
刮取机构，设置于沉积腔室3内，刮取机构用于刮取沉积腔室3内的沉积产物；
收集腔室4，设置于炉体1外，收集腔室4的入口与沉积腔室3的出口连接，收集腔室4用于收集刮取机构刮取下来的沉积产物，收集腔室4包括设置于收集腔室4入口处的第一阀门5，第一阀门5用于控制沉积腔室3与收集腔室4之间通道的开闭。
本实施例中的气相沉积装置，通过关闭收集腔室4入口处的第一阀门5，可在线将收集腔室4收集到的沉积产物排出，使得气相沉积装置内的气相沉积反应可以连续在线进行，且出料时不影响气相沉积反应。本实施例中的气相沉积装置与现有技术相比，能实现连续生产，从而降低了能耗，提高了产能，提高了生产效率。且沉积比较充分，物料损失少，收集的产品具有较高的质量稳定性，能够满足市场大规模的需求。
需要说明的是，本实施例中收集腔室4还包括：设置于收集腔室4出口的用于盖合的收集腔室底盖6。
本实施例中的气相沉积装置还包括：用于测量加热腔室2内温度的测温仪7，加热腔室2上开设有用于通入惰性气体的惰性气体入口8。
本实施例的收集腔室4上设置有用于换气的第一换气入口9、第一换气出口10。
本实施例的残渣腔室12上设置有用于换气的第二换气入口26，第二换气出口27。
需要说明的是，本实施例中沉积腔室3包括设置于沉积腔室3出口处的第二阀门11，第二阀门11用于控制沉积腔室3与收集腔室4之间通道的开闭，收集腔室4与沉积腔室3可拆卸连接，
当收集腔室4与沉积腔室3连接，打开第一阀门5、第二阀门11，收集腔室4收集刮取机构刮取下来的沉积产物；关闭第一阀门5、第二阀门11，将收集腔室4从沉积腔室3上拆卸下来。
刮取的沉积产物SiOx粉末落在收集腔室4内，收集到一定量后，可通过第一阀门5、第二阀门11的开合实现收集腔室4与沉积腔室3的隔离。收集腔室4经过气体置换后，可将收集腔室4取下，从而将其中的SiOx粉末进行密闭输送和处理，有效的防止SiOx氧化。
需要说明的是，本实施例中气相沉积装置还包括设置于炉体1外的残渣腔室12，残渣腔室12的入口与加热腔室2的出口连接，残渣腔室12包括设置于残渣腔室12的入口处的第三阀门13，第三阀门13用于控制加热腔室2与残渣腔室12之间通道的开闭，残渣腔室12用于收集加热腔室2内原料反应后的残渣。
本实施例的残渣腔上设置有用于换气的第二换气入口26和第二换气出口27。
需要说明的是，本实施例中加热腔室2包括设置于加热腔室2的出口处的第四阀门14，第四阀门14用于控制加热腔室2与残渣腔室12之间通道的开闭，残渣腔室12与加热腔室2可拆卸连接，
当残渣腔室12与加热腔室2连接，打开第三阀门13、第四阀门14，残渣腔室12收集残渣；关闭第三阀门13、第四阀门14，将残渣腔室12从加热腔室2上拆卸下来；和/或，
残渣腔室12还包括：设置于残渣腔室12出口的用于盖合的残渣腔室底盖15。
当第三阀门13打开，残渣腔室底盖15盖合，残渣腔室12收集加热腔室2内原料反应后的残渣；当第三阀门13关闭，残渣腔室底盖15打开，残渣腔室12排出加热腔室2内原料反应后的残渣。
优选的是，加热腔室2包括设置于加热腔室2的出口处的配重阀，第四阀门14优选为配重阀，配重阀用于承受到达预设的重量后自行打开，残渣腔室12与加热腔室2可拆卸连接，
当残渣腔室12与加热腔室2连接，打开第三阀门13，配重阀承受到达预设的重量后自行打开，其上的加热腔室2内反应后的残渣落入到残渣腔室12内，残渣腔室12收集残渣；关闭第三阀门13，配重阀未承受到达预设的重量处于关闭状态，将残渣腔室12从加热腔室2上拆卸下来。
残渣腔室12位于加热腔室2外，加热腔室2内的原料反应后的残渣通过配重阀控制释放，从而使加热腔室2与冷端的残渣腔室12隔开，可有效节约能量，减少加热腔室2内的热能损失。另外，残渣腔室12也通过第三阀门13的开合实现加热腔室2与残渣腔室12的隔离，从而可实现残渣的在线移除。
需要说明的是，本实施例中在加热腔室2内，加热腔室2的入口与加热腔室2的出口之间设置有开放式滑道16，用于将原料输送到加热腔室2内，还用于将原料反应后的残渣输送到加热腔室2的出口。
需要说明的是，本实施例中加热腔室2的入口设置于加热腔室2上方，加热腔室2的出口设置于加热腔室2下方，所述滑道16从上到下呈现螺旋式排布。通过滑道16一方面可以实现自动下料，另一方面可以使得料饼分布比较均匀，在滑道16上均匀铺开，可增加反应原料的反应的比表面积，从而使得受热均匀，防止料堆内部过热熔化、凝结等现象发生，保证了气相沉积反应较好的转化效率。螺旋式排布的滑道16由耐高温的材料制成，如碳素材料、高温金属或合金、陶瓷材料。滑道16为敞口式，整体高度300-1500mm，滑道的螺旋直径100-1000mm，滑道的螺距50-500mm。具体的，本实施例中。滑道16整体高度1000mm，滑道的螺旋直径500mm，滑道的螺距250mm。
需要说明的是，本实施例中原料进料机构包括料仓17和螺旋输送器18，料仓17与螺旋输送器18连接，料仓17用于对其内的原料抽真空或进行惰性气体置换，料仓17内的原料通过螺旋输送器18进入到加热腔室2内。通过上述加料，一方面，实现原料饼连续、可计量、无堵塞地加料，同时，又不引入空气等活性气氛，并有助于固体介质输送，防止管道堵塞。通过原料进料机构与滑道16的结合使用，在连续加料的同时，可以使得原料在滑道16上均匀的摊铺开。
本实施例的加热腔室2内壁设置有加热器19，加热腔室2和沉积腔室3之间的连通通道上也设置有加热器19，这样可以防止加热腔室2和沉积腔室3之间的连通通道上沉积固相产物。加热器19为电阻加热方式，加热腔室2的外壁设置有隔热层，隔热层为碳碳复合材料。
需要说明的是，本实施例中沉积腔室3内设置有可转动的转筒20，转筒20内设置有夹套用于通入冷源对转筒20进行冷却。本实施例中的沉积腔室3还包括第三驱动机构21，第三驱动机构21驱动转筒20转动，转筒20可沿顺时针或逆时针方向自传，转速可调。优选的是，冷源为水、导热油、蒸汽、氮气、氩气中的一种，冷源的温度和流量可调。
需要说明的是，本实施例中沉积腔室3内设置有夹套用于通入冷源对沉积腔室3内壁进行冷却，促进沉积腔室3内的沉积产物的沉积。
本实施例中的气相沉积装置包括过滤机构22和抽真空机构23，沉积腔室3的出口依次连接用于过滤的过滤机构22、用于抽真空的抽真空机构23，经过过滤后再进行抽真空，可以防止沉积腔室3内的固体进入到抽真空机构23。沉积腔室3与过滤机构22之间的管道为斜向上的管道，此设计一方面延长了气体的流动路线，保证物料的充分冷凝和收集；另一方面，也通过重力的作用，减少进入过滤机构22的粉末和颗粒，从而提高收集效率。本实施例中的过滤机构22为袋式过滤器。
优选的是，刮取机构包括刮片，刮片与转筒20的外壁接触并相对运动刮取沉积产物，和/或，刮片与沉积腔室3的内壁接触并相对运动刮取沉积产物。刮片上设置有通孔，用于减少刮片运动时受到的气体阻力。优选的是，刮片为1～6片，置于沉积腔室3内壁与转筒20外壁之间的间隙，刮片的宽度略小于间隙，刮片的厚度为3～20mm。
需要说明的是，本实施例中的沉积腔室3为呈筒状结构的沉积筒。
优选的是，刮片为环形刮环24，刮环24的内环与转筒20的外壁接触，刮环24的外环与沉积腔室3的内壁接触。刮环24的内径大于转筒20的外径，刮环24的外径小于沉积腔室3的内径，并留有足够间隙。
优选的是，刮取机构还包括第二驱动机构25，用于驱动刮片运动，
刮片为平移运动，刮片的运动方向分别与转筒20的外壁、沉积腔室3的内壁表面平行。
本实施例中的气相沉积装置的炉体1为不锈钢材质，加热腔室2内壁为高纯石墨材质，沉积腔室3内壁和转筒20外壁为不锈钢材质。
本实施例还提供一种氧化亚硅的制备方法，使用上述的气相沉积装置生产氧化亚硅SiOx(0<x<2)，反应为Si+SiO2→SiOx。
本实施例采用沉积腔室3、转筒20和刮片组合，转筒20和沉积腔室3内壁之间构成狭小的间隙，增大了SiOx气体与沉积腔室3内壁碰撞和冷凝的几率，提高了SiOx气体的沉积率，减少了物料损耗。
且转筒20和沉积腔室3内壁均为冷壁(相对SiOx气体而言)，它们之间的间隙又狭小，这使得传热更为迅速，从而保证沉积腔室3内均匀的沉积温度。通过调整转筒20和沉积腔室3内冷源流体的温度、流速，即可得到理想的沉积温度，从而保证了沉积产物产品的质量稳定。另一方面，为防止沉积产物堵塞气流通道及保证传热的均匀性，将转筒20设置为自转的形式，从而不断改变沉积位置，再辅以刮片连续上下作用，不断刮除沉积在转筒20表面和沉积筒内壁上的SiOx粉末，从而保证沉积的连续性。
按摩尔比1.0：1称取工业硅粉和石英砂共计100kg，加入适量高纯水混合均匀后，压片并烘干得到原料饼。将原料饼放入进料机构中，备用。安装残渣腔室12并盖上残渣腔室底盖15，进行换气，安装收集腔腔室并盖上收集腔室底盖6，进行换气。炉体1内设置有夹套，通入冷源，温度为25～40℃，流量为10m3/h。沉积腔室3的夹套和转筒20的夹套通入冷源，温度为130～150℃，流量均为10m3/h。打开残渣腔室12的第三阀门13，打开第一阀门5、第二阀门11。对加热腔室2和沉积腔室3抽真空至250Pa，检查气密性，然后调试气相沉积装置，再继续抽真空至50Pa。同时启动加热器19，使反应腔室升温至1000℃。然后启动转筒20，使转筒20沿逆时针方向自转，转速2.5转/min。然后启动刮环24，使刮环24上下垂直移动，速度1次/min。
启动进料机构，投入10kg原料饼。此时，原料从料仓进入螺旋输送器18，沿螺旋输送器18向下螺旋推进，使原料均匀分层铺开的同时，将滑道16上原有的残渣沿滑道16推入加热腔室2的出口。
继续升温至1400℃，恒温4h。在此过程中，硅和二氧化硅反应后的SiOx产物升华，在抽真空作用下，从加热腔室2进入沉积腔室3，由于加热腔室2和沉积腔室3之间连接通道的周围布置有加热器19，因此SiOx仍能保持气体状态进入沉积腔室3。高温的SiOx气体在转筒20外壁和沉积筒的内壁之间形成的间隙里运动，自身温度降低后直接冷凝到转筒20的外壁和沉积筒的内壁上。冷凝物经过位于转筒20和沉积筒间隙里的刮环24上下作用，被刮下落入收集腔室4中。剩余尾气大部分为不凝物，通过沉积腔室3的出口进入过滤机构22进行过滤，再通过抽真空机构23输送至废气系统。
4h恒温结束后，通过进料机构继续投入10kg原料饼，由滑道16自动下料，残渣沿滑道16推入加热腔室2的出口。加热腔室2下部的配重阀在承受达到指定重量后，自行打开，使其上的残渣落入底部的残渣腔室12里。
继续升温至1400℃，恒温4h反应。重复上述操作。
每隔8h，关闭一次第一阀门5和第二阀门11，将收集腔室4用置换气氩气3kg置换3次后，将收集腔室4取下，更换为另一个备用的收集腔室4，用置换气氩气置换后，打开第一阀门5和第二阀门11，继续收集。对取下的收集腔室4中的SiOx粉末进行密闭输送和后续处理。
每隔20h，关闭一次残渣腔的第三阀门13。将残渣腔室12用置换气氩气3kg置换3次后，泄至微正压，打开残渣腔室底盖15，取出残渣。再紧固残渣腔室底盖15，重新开启残渣腔室12的第三阀门13，继续收集残渣。
重复加入约10次料饼后，100kg原料全部反应完。此时取出收集腔室4中剩余的SiOx粉末，与之前取出的SiOx粉末一起称重，计算转化效率。
停止加热器19，先使加热腔室2自然冷却至1000℃以下，再从惰性气体入口8注入氩气25Nm3/h辅助冷却，直至将加热腔室2冷却至室温。然后停止转筒20和刮环24的动作，停止抽真空。从惰性气体入口8注入微量氮气进行保护后，缓慢打开加热腔室2，甚至第一阀门5、第二阀门11、第三阀门13，清理加热腔室2、沉积腔室3、收集腔室4和残渣腔室12内部的残余物料。
Figure BDA0001554758950000141
该方法实现了连续运行，产能突破了设备体积的限制，可满足大规模的需求，且无需停止生产冷却设备，既节约了生产时间，又降低了能耗。另外，制备的产品具有良好的均一性和重复性，质量稳定。
实施例3
如图2所示，本实施例提供一种气相沉积装置，与实施例2中的区别为：
转筒20中部为中通的通孔28，通孔28的一端开口位于沉积腔室3内，通孔28的另外一端依次连接过滤机构22、抽真空机构23，过滤机构22用于过滤，抽真空机构23用于抽真空。
本实施例还提供一种氧化亚硅的制备方法，使用上述的气相沉积装置生产氧化亚硅。
实施例4
如图3所示，本实施例提供一种气相沉积装置，与实施例2中的区别为：
刮片包括第一刮片29和第二刮片30，第一刮片29、第二刮片30均与转筒20同轴逆时针方向转动，且第一刮片29、第二刮片30的转动速度相同。此结构设计更加简单，容易实现，克服了刮片刮取过程中存在死角、容易变形等问题，更好的实现了刮取与收集功能，防止管道堵塞。
本实施例还提供一种氧化亚硅的制备方法，使用上述的气相沉积装置生产氧化亚硅。
实施例5
如图4所示，本实施例提供一种气相沉积装置，与实施例4中的区别为：
沉积腔室3设有凹槽用于容纳第一刮片29，第二刮片30与转筒20连接，第二刮片30且与沉积腔室3的内壁接触；
气相沉积装置还包括：距离检测单元、第一驱动机构31、控制器，距离检测单元，用于检测第二刮片30与第一刮片29的距离，并发送给控制器；第一驱动机构31，用于驱动第一刮片29运动；控制器，用于接收距离检测单元检测到的距离，当该距离小于预设的距离时，则控制器控制第一驱动机构31驱动第一刮片29进入凹槽内，当距离不小于预设的距离时，则控制器控制第一驱动机构31驱动第一刮片29离开凹槽，第一刮片29与转筒20外壁接触。
刮片为转动运动，刮片的转动方向与转筒20的转动方向相反。刮片的运动速度和移动距离可调节。当然，刮片的转动方向也可以与转筒20的转动方向相同。
本实施例还提供一种氧化亚硅的制备方法，使用上述的气相沉积装置生产氧化亚硅。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种气相沉积装置，包括炉体、设置于炉体内的加热腔室、设置于炉体外的沉积腔室，加热腔室用于加热原料反应生成气相产物，沉积腔室与加热腔室连通，沉积腔室用于沉积产物，其特征在于，气相沉积装置还包括：
进料机构，进料机构的出料口与加热腔室的入口连接，进料机构用于向加热腔室内加入原料；
刮取机构，设置于沉积腔室内，刮取机构用于刮取沉积腔室内的沉积产物；
收集腔室，设置于炉体外，收集腔室的入口与沉积腔室的出口连接，收集腔室用于收集刮取机构刮取下来的沉积产物，收集腔室包括设置于收集腔室入口处的第一阀门，第一阀门用于控制沉积腔室与收集腔室之间通道的开闭；
在加热腔室内，加热腔室的入口与加热腔室的出口之间设置有开放式滑道，用于将原料输送到加热腔室内，还用于将原料反应后的残渣输送到加热腔室的出口。
2.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，沉积腔室包括设置于沉积腔室出口处的第二阀门，第二阀门用于控制沉积腔室与收集腔室之间通道的开闭，收集腔室与沉积腔室可拆卸连接，
当收集腔室与沉积腔室连接，打开第一阀门、第二阀门，收集腔室收集刮取机构刮取下来的沉积产物；关闭第一阀门、第二阀门，将收集腔室从沉积腔室上拆卸下来。
3.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，还包括设置于炉体外的残渣腔室，残渣腔室的入口与加热腔室的出口连接，残渣腔室包括设置于残渣腔室的入口处的第三阀门，第三阀门用于控制加热腔室与残渣腔室之间通道的开闭，残渣腔室用于收集加热腔室内原料反应后的残渣。
4.根据权利要求3所述的气相沉积装置，其特征在于，加热腔室包括设置于加热腔室的出口处的第四阀门，第四阀门用于控制加热腔室与残渣腔室之间通道的开闭，残渣腔室与加热腔室可拆卸连接，
当残渣腔室与加热腔室连接，打开第三阀门、第四阀门，残渣腔室收集残渣；关闭第三阀门、第四阀门，将残渣腔室从加热腔室上拆卸下来；和/或，
残渣腔室还包括：设置于残渣腔室出口的用于盖合的残渣腔室底盖。
5.根据权利要求3所述的气相沉积装置，其特征在于，加热腔室包括设置于加热腔室的出口处的配重阀，配重阀用于承受到达预设的重量后自行打开，残渣腔室与加热腔室可拆卸连接，
当残渣腔室与加热腔室连接，打开第三阀门，配重阀承受到达预设的重量后自行打开，残渣腔室收集残渣；关闭第三阀门，配重阀未承受到达预设的重量处于关闭状态，将残渣腔室从加热腔室上拆卸下来。
6.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，加热腔室的入口设置于加热腔室上方，加热腔室的出口设置于加热腔室下方，所述滑道从上到下呈现螺旋式排布。
7.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，原料进料机构包括料仓和螺旋输送器，料仓与螺旋输送器连接，料仓用于对其内的原料抽真空，料仓内的原料通过螺旋输送器进入到加热腔室内。
8.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，沉积腔室内设置有可转动的转筒，转筒内设置有夹套用于通入冷源对转筒进行冷却。
9.根据权利要求8所述的气相沉积装置，其特征在于，转筒中部为中通的通孔，通孔的一端开口位于沉积腔室内，通孔的另外一端依次连接过滤机构、抽真空机构，过滤机构用于过滤，抽真空机构用于抽真空。
10.根据权利要求8所述的气相沉积装置，其特征在于，刮取机构包括刮片，刮片与转筒的外壁接触并相对运动刮取沉积产物，和/或，刮片与沉积腔室的内壁接触并相对运动刮取沉积产物。
11.根据权利要求10所述的气相沉积装置，其特征在于，刮片为环形刮环，刮环的内环与转筒的外壁接触，刮环的外环与沉积腔室的内壁接触。
12.根据权利要求10所述的气相沉积装置，其特征在于，刮片包括第一刮片和第二刮片，沉积腔室设有凹槽用于容纳第一刮片，第二刮片与转筒连接，第二刮片且与沉积腔室的内壁接触；
气相沉积装置还包括：距离检测单元、第一驱动机构、控制器，距离检测单元，用于检测第二刮片与第一刮片的距离，并发送给控制器；第一驱动机构，用于驱动第一刮片运动；控制器，用于接收距离检测单元检测到的距离，当该距离小于预设的距离时，则控制器控制第一驱动机构驱动第一刮片进入凹槽内，当距离不小于预设的距离时，则控制器控制第一驱动机构驱动第一刮片离开凹槽，第一刮片与转筒外壁接触。
13.根据权利要求10所述的气相沉积装置，其特征在于，刮取机构还包括第二驱动机构，用于驱动刮片运动，
或者，刮片为平移运动，刮片的运动方向分别与转筒的外壁、沉积腔室的内壁表面平行；
或者，刮片为转动运动，刮片的转动方向与转筒的转动方向相反或相同。
14.一种氧化亚硅的制备方法，其特征在于，使用权利要求1～13任意一项所述的气相沉积装置生产氧化亚硅。
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Assignee: Xinte silicon based new materials Co.,Ltd.

Assignor: XINTE ENERGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023990000586

Denomination of invention: Vapor deposition device and preparation method of silicon oxide

Granted publication date: 20210604

License type: Common License

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