CN111545391B - 一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置，包括喷涂机构、支撑机构以及电加热装置；喷涂机构包括超声雾化发生器和呈直线型的输入管，该输入管的外管壁上缠绕有冷却水管；支撑机构位于输入管的右端口处，该支撑机构包括支撑架，支撑架上沿垂直于输入管轴线的方向转动连接有并列设置的两排支撑轮；电加热装置包括位于支撑轮上方的中心轴，中心轴上沿水平方向固定有支撑管，支撑管内螺纹连接有支撑杆，支撑管远离中心轴的一端转动连接有锁定螺母，支撑杆远离支撑管的一端固定安装有加热体外壳，加热体外壳内设有电热元件。该装置可在开放的常压下完成对圆管外壁进行氧化物薄膜的喷涂，设备结构简单操作容易，方便实现连续化快速生产。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜技术领域，具体涉及一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置。
背景技术
薄膜材料在科研、生产和生活中有广泛的用途，其中也包括氧化物薄膜材料。氧化物薄膜材料由于成分和结构的不同，展现出很多特殊的性质，如透明导电、气敏、光催化、红外反射等。超声雾化热解喷涂是一种常压下实现薄膜制备的方法，一般包括超声雾化发生器、喷头以及加热器三大部分，超声雾化发生器用于生成和向喷头输出液体气溶胶，加热器用于对待喷涂的工件进行加热，喷头将液体气溶胶输出并喷涂至工件表面。超声雾化热解喷涂生产工艺不需要真空环境。
但是现有的超声雾化热解喷涂的方法和设备仅适合在平面型衬底上制备氧化物薄膜材料，而在非平面型衬底上制备氧化物薄膜材料存在较大的技术难度，容易出现薄膜衬底附着力差、存在较大的生长应力、厚度不均匀、衬底结构遮蔽效应等问题，这些都会导致最终形成的薄膜产品在性能上不稳定、不可靠的缺陷。
薄膜材料都是附着在一定的衬底上存在的，实际使用中更多的情况是在非平面衬底上使用，如球面、圆柱面或者更加复杂的曲面上因此，为了保证产品的质量，薄膜制备不得不选择复杂的方法和昂贵的设备来完成，如化学气相沉积法(CVD)、分子束外延法(MBE)、电子束蒸发、溅射离子镀等等。现实生产中也有采用液态浸泡化学镀方式的，但随着环保政策趋于严厉，此类湿法镀膜工艺有被淘汰的可能。
然而，这些方法通常需要真空环境。而且每次薄膜制备时间较长，很难满足大批量连续性加工要求，单件成本也较高。氧化物薄膜材料有一种典型的应用：在圆管外侧面制备一层氧化物薄膜材料，两端电极，用来实现加热或者气敏探测。圆管是需要喷涂薄膜的工件，材质通常是石英、玻璃或者陶瓷材质。通常这种圆管作为一个零部件，产业需求量可能是百万甚至千万件。可是，常规的需要真空的薄膜制备方法和设备不仅复杂、昂贵，而且加工周期较长，不适合批量化的生产。
发明内容
本发明提供一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置，对现有的超声雾化热解喷涂设备进行改进，在开放的非真空环境中完成圆管外侧壁氧化物薄膜材料的制备，生产环境宽松，污染较小且易于控制，方便实现连续化快速生产，以解决背景技术中的问题。
本发明的技术方案如下：一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置，包括喷涂机构、支撑机构以及电加热装置；
所述喷涂机构包括超声雾化发生器和呈直线型的输入管，所述输入管水平设置，该输入管的外管壁上缠绕有冷却水管，所述超声雾化发生器输出的液体气溶胶由输入管的左端口输入，并通过输入管的右端口喷出；
所述支撑机构位于输入管的右端口处，该支撑机构包括支撑架，所述支撑架上沿垂直于输入管轴线的方向转动连接有并列设置的两排支撑轮，其中，单个或者部分支撑轮由电机进行驱动，由电机驱动的支撑轮为主动轮，未使用电机进行驱动的为从动轮；
所述电加热装置位于靠近输入管的右端口处，且电加热装置位于支撑轮的上方，该电加热装置包括位于支撑轮上方的中心轴，所述中心轴上沿水平方向固定有支撑管，所述支撑管内螺纹连接有支撑杆，所述支撑管远离中心轴的一端转动连接有锁定螺母，该锁定螺母与支撑杆螺纹配合；所述支撑杆远离支撑管的一端固定安装有加热体外壳，所述加热体外壳内设有电热元件。
进一步：所述支撑架上设有压紧结构，所述压紧结构包括压杆，压紧轮以及拉簧，该压紧结构位于支撑轮的上方，所述压杆的一端与支撑架铰接、压杆的另一端与压紧轮转动连接，所述拉簧的一端与压杆固定、拉簧的另一端与支撑架固定，通过拉簧的弹力实现压紧轮朝下压紧圆管。
进一步：所述加热体外壳由石墨材质制成。
进一步：所述冷却水管呈双螺旋状缠绕在所述输入管上，所述冷却水管的外侧包裹有金属材质的水冷套外壳。
进一步：所述输入管与所述冷却水管之间设有夹层，所述夹层与输入管之间留设有环形腔，所述夹层与输入管的左端口之间封闭，夹层在靠近所述输入管的左端口处设有排液口。
进一步：所述输入管的右端形成一个狭长区域，且该输入管在狭长区域内开设有微孔，所述微孔的直径为0.02mm-0.04mm，且所述微孔通过所述环形腔与排液口相通。
进一步：所述输入管上设有封闭结构，该封闭结构包括固定支架、沿输入管的轴向布设的螺杆、螺纹连接在螺杆上的距离调节螺母以及固定安装在螺杆上的封闭外罩，所述距离调节螺母与固定支架转动连接；所述封闭外罩为一个环体，该封闭外罩的右端面向左凹陷形成有相互独立的保护气体腔体和尾气排放腔体，所述保护气体腔体和尾气排放腔体均沿封闭外罩的环面设置，且在封闭外罩上开设有保护气体输入口与尾气排放口，所述保护气体输入口与所述保护气体腔体相连通。
有益效果：本方案提供了一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置，该装置可在开放的常压下完成对圆管外壁进行氧化物薄膜的喷涂，生产环境宽松，原材料旋转灵活，设备结构简单操作容易，方便实现连续化快速生产。
附图说明
图1为本发明中在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明公开了一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置，包括喷涂机构、支撑机构以及电加热装置。
喷涂机构：包括输入管1和超声雾化发生器。超声雾化发生器：将制膜原材料制备成为液体气溶胶，并在载气的作用下以一定的压力将液体气溶胶输出至输入管1中。所述输入管1的外管壁上缠绕有双螺旋结构的冷却水管2。并且，冷却水管2的外侧还包裹有一层金属材质的水冷套外壳3。其中，输入管1在本案中为一根直管且水平设置，制备薄膜材料的液体气溶胶由输入管1的左端口输入、并由输入管1的右端口输出，冷却水管2的输入管1口和输出管口均位于如图1所示的输入管1的左侧。
支撑机构：包括支撑架、主动轮24和从动轮23，所述主动轮24和从动轮23均转动连接在支撑架上且左右并排设置，由主动轮24和从动轮23支撑圆管22并维持圆管22滚动。圆管22如图1所示滚动放置于主动轮24和从动轮23上，且圆管22的轴线垂直于主动轮24的轮面和从动轮23的轮面。本方案中，主动轮24由电机进行驱动，电机驱动主动轮24旋转，进而利用主动轮24通过轮面的滚动摩擦力驱动圆管22绕其中轴线做回转运动。
需要说明的是：主动轮24与从动轮23可以是相同的且也可以互换，均为支撑轮。其中，由电机驱动旋转的支撑轮定义为主动轮24，通过圆管22带动一起旋转的支撑轮定义为从动轮23。并且为了实现对圆管22的支撑，可以主动轮24和从动轮23的数量可以是多个。主动轮24和从动轮23在本案中主要起到支撑圆管22的作用，同时在电机的驱动下在支撑架上可以旋转。
为了促使圆管22能够牢靠的与主动轮24贴合放置圆管22在转动过程中跳跃，以维持支撑轮和圆管22的外壁之间的滚动摩擦力稳定不变。本方案中，在支撑架上还设置了压紧结构，压紧结构包括压杆19，压杆19的一端与支撑架铰接、另一端转动连接有压紧轮18，所述压杆19的中部与支撑架之间设有拉簧20，拉簧20的一端与支撑架固定、另一端与压杆19固定。如图1所示，主动轮24和从动轮23左右并排，压紧轮18位于主动轮24和从动轮23的上方，且主动轮24、从动轮23以及压紧轮18的轮面方向均相同。压紧轮18在拉簧20作用下与圆管22的外壁滚动接触，在压紧轮18的作用下，压紧轮18、主动轮24以及从动轮23的轮面均与圆管22外壁紧密贴合，实现圆管22稳定能够稳定的做回转运动。
电加热装置：包括固定安装在支撑架上的中心轴21，所述中心轴21位于主动轮24和压紧轮18之间。中心轴21可以固定安装在原喷涂设备的机架上，也可以通过吊装的方式进行安装。在本案中，中心轴21在具体实施时伸入并位于圆管22内，作用就是对后续将要描述的加热体外壳13以及支撑管17的进行支撑。
中心轴21上沿水平方向固定有一根支撑管17，所述支撑管17内壁开设有内螺纹，所述支撑管17内螺纹连接有一根支撑杆15。支撑管17远离中心轴21的端口转动连接有锁定螺母16，该锁定螺母16与所述支撑杆15螺纹配合。支撑杆15远离支撑管17的一端固定安装有加热体外壳13，加热体外壳13内设有热电偶等电热元件14。其中，加热体外壳13采用石墨材质，导热性和润滑性均良好，促使加热体外壳13可与圆管22的内壁紧密接触并充分传热，实现高效率的局部加热。
具体实施方式：如图1所示，由超声雾化发生器将原材料制备成为液体气溶胶，液体气溶胶通过外部载气加压以后由输入管1的左端输送至输入管1的右端口。待喷涂薄膜的圆管22由主动轮24和从动轮23进行滚动支撑，并在压紧结构的作用下稳定滚动接触在主动轮24和从动轮23上。加热体外壳13与圆管22进行加热，输入管1的右端口对应向圆管22加热的部位输出液体气溶胶，输入管1的右端口距离圆管22的外壁间隙保持在0.5mm-1.5mm范围。在电机驱动下，主动轮24驱动圆管22不断的做回转运动，进而完成圆管22如图1所示的周向外壁喷涂氧化物薄膜。沿圆管22的轴向推动圆管22，即可完成该圆管22外壁整体镀膜，也即完成整根圆管22的外壁喷涂氧化物薄膜。
本优化的实施例中，所述输入管1与冷却水管2之间设有一层夹层4，冷却水管2缠绕在夹层4上，并且输入管1的右端口的口径缩小再复原后形成一个狭长区域1b，该狭长区域1b上开设有微孔，微孔输入管1的截面周向均布，微孔的直径在0.02mm-0.04mm之间。输入管1的外壁与该夹层4之间留设有环形腔1a。所述夹层4与输入管1的左端口之间封闭，但夹层4在靠近输入管1的左端口的部位处开设有排液口。液体气溶胶在输运过程中，容易与输送管道内壁碰撞并形成液滴，液滴被载气气流带到成膜样件侧面，通常导致薄膜制备出现大面积的针孔、大颗粒堆积等严重不良问题，最终导致样件沉积薄膜失败。而狭长区域1b内壁区域可对液滴进行吸收和积累，并通过微孔排出至环形腔1a内直至通过排液口流出环形腔1a，可解决上述严重不良问题，有效提高了薄膜质量。
进一步优化中，输入管1上还设有封闭结构，利用该封闭结构实现封闭输入管1与圆管22外壁之间的间隙。封闭结构的具体结构如下：
封闭结构包括固定支架6、沿输入管1的轴向布设的螺杆7、螺纹连接在螺杆7上的距离调节螺母5以及固定安装在螺杆7上的封闭外罩8，所述距离调节螺母5与固定支架6转动连接，转动距离调节螺母5可促使螺杆7旋转，由旋转的螺杆7驱动封闭外罩8沿输入管1的轴向左右往复移动，进而利用封闭外罩8封闭输入管1与圆管22外壁之间的间隙。
由于圆管22的外壁是弧形面，因此仅仅依靠封闭外罩8并不能完全对输入管1与圆管22外壁之间的间隙进行封闭。如图1所示，封闭外罩8为一个环体，该封闭外罩8的右端面向左凹陷形成有相互独立的保护气体腔体10和尾气排放腔体9，保护气体腔体10和尾气排放腔体9均沿封闭外罩8的环面设置，且在封闭外罩8上开设有保护气体输入口12与尾气排放口11，所述保护气体输入口12与所述保护气体腔体10连通。具体操作时，通过距离调节螺母5调节封闭外罩8距离圆管22外壁的间隙值，保持保护气体腔体10的右端面距离圆管22外壁的间隙值在0.3mm-0.5mm范围内。
如图1所示，保护气体输入管1道通过连通保护气体输入口12以后，保护气体由保护气体输入口12输入至保护气体腔体10内。由于保护气体腔体10沿着封闭外罩8的环面设置，因此保护气体腔体10一直源源不断的输出保护气体，利用保护气体对输入管1与圆管22之间的间隙进行封闭，可促使封闭外罩8与圆管22的管壁之间出现局部高气压区域，阻止外部与其它交换，并实现液体气溶胶与外部的物理隔绝，防止液体气溶胶由输入管1与圆管22之间的间隙泄漏。在这种上述保护气体的作用下，杜绝了空气中的其它各类气体对喷涂氧化物薄膜产生干扰，可使得液体气溶胶能够更好更加均匀的喷涂到外管壁上。同时，废弃通过尾气排放腔体9均匀排出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置，其特征在于：包括喷涂机构、支撑机构以及电加热装置；
所述喷涂机构包括超声雾化发生器和呈直线型的输入管(1)，所述输入管(1)水平设置，该输入管(1)的外管壁上缠绕有冷却水管(2)，所述超声雾化发生器输出的液体气溶胶由输入管(1)的左端口输入，并通过输入管(1)的右端口喷出；
所述支撑机构位于输入管(1)的右端口处，该支撑机构包括支撑架，所述支撑架上沿垂直于输入管(1)轴线的方向转动连接有并列设置的两排支撑轮，其中，单个或者部分支撑轮由电机进行驱动，由电机驱动的支撑轮为主动轮(24)，未使用电机进行驱动的支撑轮为从动轮(23)；
所述电加热装置位于靠近输入管(1)的右端口处，且电加热装置位于支撑轮的上方，该电加热装置包括位于支撑轮上方的中心轴(21)，所述中心轴(21)上沿水平方向固定有支撑管(17)，所述支撑管(17)内螺纹连接有支撑杆(15)，所述支撑管(17)远离中心轴(21)的一端转动连接有锁定螺母(16)，该锁定螺母(16)与支撑杆(15)螺纹配合；所述支撑杆(15)远离支撑管(17)的一端固定安装有加热体外壳(13)，所述加热体外壳(13)内设有电热元件(14)；
所述输入管(1)上设有封闭结构，该封闭结构包括固定支架(6)、沿输入管(1)的轴向布设的螺杆(7)、螺纹连接在螺杆(7)上的距离调节螺母(5)以及固定安装在螺杆(7)上的封闭外罩(8)，所述距离调节螺母(5)与固定支架(6)转动连接；所述封闭外罩(8)为一个环体，该封闭外罩(8)的右端面向左凹陷形成有相互独立的保护气体腔体(10)和尾气排放腔体(9)，所述保护气体腔体(10)和尾气排放腔体(9)均沿封闭外罩(8)的环面设置，且在封闭外罩(8)上开设有保护气体输入口(12)与尾气排放口(11)，所述保护气体输入口(12)与所述保护气体腔体(10)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置，其特征在于：所述支撑架上设有压紧结构，所述压紧结构包括压杆(19)，压紧轮(18)以及拉簧(20)，该压紧结构位于支撑轮的上方，所述压杆(19)的一端与支撑架铰接、压杆(19)的另一端与压紧轮(18)转动连接，所述拉簧(20)的一端与压杆(19)固定、拉簧(20)的另一端与支撑架固定，通过拉簧(20)的弹力实现压紧轮(18)朝下压紧圆管(22)。
3.根据权利要求1所述的一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置，其特征在于：所述加热体外壳(13)由石墨材质制成。
4.根据权利要求1所述的一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置，其特征在于：所述冷却水管(2)呈双螺旋状缠绕在所述输入管(1)上，所述冷却水管(2)的外侧包裹有金属材质的水冷套外壳(3)。
5.根据权利要求1所述的一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置，其特征在于：所述输入管(1)与所述冷却水管(2)之间设有夹层(4)，所述夹层(4)与输入管(1)之间留设有环形腔(1a)，所述夹层(4)与输入管(1)的左端口之间封闭，夹层(4)在靠近所述输入管(1)的左端口处设有排液口。
6.根据权利要求5所述的一种在圆管外侧面喷涂氧化物薄膜的装置，其特征在于：所述输入管(1)的右端形成一个狭长区域(1b)，且该输入管(1)在狭长区域(1b)内开设有微孔，所述微孔的直径为0.02mm-0.04mm，且所述微孔通过所述环形腔(1a)与排液口相通。
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