CN111715162A - 一种大功率微波等离子体粉体处理器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率微波等离子体粉体处理器，包括矩形波导，所述矩形波导上设置有穿过矩形波导到微波谐振腔的微波天线，所述微波谐振腔包括圆柱腔体，以及设置在圆柱腔体内的石英钟罩，所述石英钟罩将圆柱腔体分隔成上腔体和下腔体，所述下腔体的下端连接有排气腔，且下腔体与排气腔之间为密封连接，所述圆柱腔体的内径从上到下逐渐增大，所述下腔体的内部设置有用于增添放置处理粉体的流化床杯。本发明通过微波天线将矩形波导中的TE模转化为圆柱腔体中的TM模，加大了反应室容积，解决了流化床杯尺寸受限制的问题，从而能够比现有的石英管式流化床式装置处理更多的粉体。

Description

一种大功率微波等离子体粉体处理器
技术领域
本发明涉及材料处理技术领域，具体涉及一种大功率微波等离子体粉体处理器。
背景技术
无机材料粉体(如金刚石、石墨烯、立方氮化硼微粉和纳米粉)的表面净化、活化和功能化能改变粉体的分散性(解团聚性)、与溶液(水、油和其它液体)的亲和性、与其它材料的粘附性以及增加其它表面功能性(催化性、敏感性、抗氧化性等)，对开拓粉体的应用极为重要。用高密度的等离子处理粉体具有性能好、效率高的优势。目前已有的微波等离子体处理粉体的装置由于结构尺寸限制，流化床杯容积较小(杯体内径只有25mm)，承载的粉体较少，微波功率也较低(不超过1KW)，处理效率和品质都有待提高，不适合大规模工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大功率微波等离子体粉体处理器。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大功率微波等离子体粉体处理器，包括矩形波导，所述矩形波导的一端依次连接有三销钉调节器、环形器和微波源，且矩形波导的另一端连接有微波谐振腔，所述矩形波导上设置有穿过矩形波导到微波谐振腔的微波天线，所述微波谐振腔包括圆柱腔体，以及设置在圆柱腔体内的石英钟罩，所述石英钟罩将圆柱腔体分隔成上腔体和下腔体，所述下腔体的下端连接有排气腔，且下腔体与排气腔之间为密封连接，所述圆柱腔体的内径从上到下逐渐增大，所述下腔体的内部设置有用于增添放置处理粉体的流化床杯，所述流化床杯的下端连通有穿过排气腔的介质管，该介质管与流化床杯的连接处设置有棉团，所述流化床杯的上端设置有密封盖。
优选的，所述流化床杯的材质为石英、陶瓷、耐热玻璃其中任意一种。
优选的，所述流化床杯为漏斗状，其上端设置有竖直筒，所述密封盖设置在竖直筒的上端。
优选的，所述圆柱腔体的内径范围为120mm-150mm。
优选的，所述排气腔的一端连接有真空规管，且排气腔的另一端依次连接有旋风分离器、粉体过滤器和真空泵。
优选的，所述密封盖的材质为陶瓷，且密封盖的外表面上开设有多个通孔。
优选的，所述介质管的外壁设置有用于固定介质管的支撑管。
优选的，所述下腔体与排气腔连接处设置有短路盘，且该短路盘设置在介质管的外壁。
优选的，所述介质管的下端连接有气体钢瓶。
优选的，所述棉团的材质为多孔陶瓷、石英其中任意一种。
由上述技术方案可知，本发明具有如下有益效果：
本发明通过微波天线将矩形波导中的TE模转化为圆柱腔体中的TM模，加大了反应室容积，解决了流化床杯尺寸受限制的问题，同时也提高了功率承载能力(可以达到3KW)，能够大容量、高功率的工作，从而能够比现有的石英管式流化床式装置处理更多的粉体，实现大容量、高功率的粉体功能化处理。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明流化床杯结构示意图。
图中：1、矩形波导；2、三销钉调节器；3、环形器；4、微波源；5、微波谐振腔；501、圆柱腔体；502、石英钟罩；502-1、上腔体；502-2、下腔体；6、微波天线；7、排气腔；8、流化床杯；9、介质管；10、棉团；11、密封盖；12、真空规管；13、旋风分离器；14、粉体过滤器；15、真空泵；16、支撑管；17、短路盘；18、气体钢瓶；19、粗调节流阀；20、细调节流阀；21、放气阀；22、截断放气阀；23、KF快卸法兰。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种大功率微波等离子体粉体处理器，包括矩形波导1，矩形波导1的一端依次连接有三销钉调节器2、环形器3和微波源4，且矩形波导的另一端的下侧连接有微波谐振腔5，矩形波导上设置有微波天线6，该微波天线6穿过矩形波导到微波谐振腔的内部，微波谐振腔5包括圆柱腔体501和石英钟罩502，石英钟罩502的下端通过O型胶圈连接在圆柱腔体的下端的密封连接，该石英钟罩的顶部为圆弧状，圆柱腔体使用带有观察网孔的金属管制成，石英钟罩将圆柱腔体分隔成上腔体502-1和下腔体502-2，该下腔体为反应室，下腔体的下端连接有排气腔7，且下腔体与排气腔之间为密封连接，圆柱腔体的内径从上到下逐渐呈过渡式增大，圆柱腔体501的内径范围为120mm-150mm，下腔体的内部设置有流化床杯8，流化床杯8的下端连通有穿过排气腔的介质管9，介质管的外壁设置有用于固定介质管的支撑管16，支撑管的下端外壁与KF快卸法兰23相连接，且KF快卸法兰与排气腔的底面相连接，支撑管的顶端外端连接短路盘17并构成微波谐振腔的底面，介质管的底部为进气口，该进气口连接气体钢瓶18。
流化床杯8的材质为石英，且其形状为漏斗状，其上端设置有竖直筒24，漏斗状的流化床杯8有利于工作气体进入到流化床杯8后速度变小，便于操作人员调节工作气体的速度将粉体吹浮起来，而设计竖直筒24，在漏斗状的流化床杯8的基础上进一步地减缓工作气体的速度，方便操作人员调节工作气体的流速将粉体吹浮起来；
流化床杯8底部与介质管连接处放置有棉团10，棉团的材质为石英，防止粉体掉落到介质管内，流化床杯顶部设置有密封盖11，具体地，密封盖11设置在竖直筒24的上端，密封盖11的材质为陶瓷，且密封盖的外表面上开设有多个通孔，密封盖防止粉体溢出杯外。
排气腔的一端连接有真空规管12，通过真空计检测工作气压，且排气腔的另一端依次连接有旋风分离器13、粉体过滤器14和真空泵15，粉体过滤器14和真空泵15之间依次设置有粗调节流阀19和细调节流阀20、放气阀21和截断放气阀22。旋风分离器13、粉体过滤器14均用于拦截粉体，避免粉体进入到真空泵中造成真空泵的损坏。
工作过程：通过O形胶圈真空密封接头将气体钢瓶与介质管连接起来。装卸粉体时，需要卸开锁紧KF快卸法兰的卡箍，取出流化床杯，然后装卸粉体。
当粉体装入流化床杯后，再将流化床杯装入下腔体，拧紧KF快卸法兰卡箍形成真空连接，然后开动真空泵，由粗调节流阀和细调节流阀控制抽气速率防止流化床杯内的粉体随抽气气流飞扬，抽至本底真空后由气体钢瓶输入工作气体(参与反应的反应气体统称工作气体)，当有特殊需要时可能要使用液相单体，这时需要用载气(通常使用Ar气)在加热的液相单体中通过，将单体分子送入反应室。
这时启动微波源，在下腔体中激发出微波等离子体。当调节工作气体流量、压强、微波功率等参数达到工艺要求后，粉体在流化床杯底部输入气流中流化，使粉体表面与等离子体相接触而得到均匀处理，在粉体处理至规定时间后，相继关闭工作气体、真空泵、微波源后。
然后打开放气阀，使反应室内达到大气压，断开气体钢瓶的输气管道与介质管进气口之间的连接，就可卸去KF快卸法兰卡箍，取出流化床杯，并取出处理好的粉体。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种大功率微波等离子体粉体处理器，包括矩形波导(1)，所述矩形波导(1)的一端依次连接有三销钉调节器(2)、环形器(3)和微波源(4)，且矩形波导的另一端连接有微波谐振腔(5)，其特征在于：所述矩形波导上设置有穿过矩形波导到微波谐振腔的微波天线(6)，所述微波谐振腔包括圆柱腔体(501)，以及设置在圆柱腔体内的石英钟罩(502)，所述石英钟罩将圆柱腔体分隔成上腔体(502-1)和下腔体(502-2)，所述下腔体的下端连接有排气腔(7)，且下腔体与排气腔之间为密封连接，所述圆柱腔体的内径从上到下逐渐增大，所述下腔体的内部设置有用于增添放置处理粉体的流化床杯(8)，所述流化床杯(8)的下端连通有穿过排气腔的介质管(9)，该介质管与流化床杯的连接处设置有棉团(10)，所述流化床杯的上端设置有密封盖(11)。
2.根据权利要求1所述的一种大功率微波等离子体粉体处理器，其特征在于：所述流化床杯(8)的材质为石英、陶瓷、耐热玻璃其中任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种大功率微波等离子体粉体处理器，其特征在于：所述流化床杯(8)为漏斗状，其上端设置有竖直筒(24)，所述密封盖(11)设置在竖直筒(24)的上端。
4.根据权利要求1所述的一种大功率微波等离子体粉体处理器，其特征在于：所述圆柱腔体(501)的内径范围为120mm-150mm。
5.根据权利要求1所述的一种大功率微波等离子体粉体处理器，其特征在于：所述排气腔(7)的一端连接有真空规管(12)，且排气腔的另一端依次连接有旋风分离器(13)、粉体过滤器(14)和真空泵(15)。
6.根据权利要求1所述的一种大功率微波等离子体粉体处理器，其特征在于：所述密封盖(11)的材质为陶瓷，且密封盖的外表面上开设有多个通孔。
7.根据权利要求1所述的一种大功率微波等离子体粉体处理器，其特征在于：所述介质管(9)的外壁设置有用于固定介质管的支撑管(16)。
8.根据权利要求1所述的一种大功率微波等离子体粉体处理器，其特征在于：所述下腔体(502-2)与排气腔连接处设置有短路盘(17)，且该短路盘设置在介质管的外壁。
9.根据权利要求1所述的一种大功率微波等离子体粉体处理器，其特征在于：所述介质管(9)的下端连接有气体钢瓶(18)。
10.根据权利要求1所述的一种大功率微波等离子体粉体处理器，其特征在于：所述棉团(10)的材质为多孔陶瓷、石英其中任意一种。
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