CN112030137A - 镀膜腔体及粉末镀膜装置 - Google Patents

镀膜腔体及粉末镀膜装置 Download PDF

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许所昌
邹嘉宸
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Jiangsu Leadmicro Nano Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种镀膜腔体及粉末镀膜装置，镀膜腔体包括外腔体及收容于外腔体内的多个内腔体。在进行批量的粉末镀膜时，可将大量的粉末分配于多个内腔体内。这样，在总处理量不变的前提下，单个内腔体的体积将显著缩小，且每个内腔体内盛放的粉末的量将大大减小。因此，仅需较小流量的流化气便可使得每个内腔体内的粉末呈现出良好的流化状态。而且，多个内腔体采用分布式布置的方式设于环形收容腔，在总的容纳空间不变的前提下，多个内腔体的总表面积变大。而且，环形收容腔的内外两侧均可进行加热。因此，加热过程中可使内腔体受热更均匀，单个内腔体内粉末的温度一致性较好。因此，上述镀膜腔体及粉末镀膜装置能够显著改善量产时的镀膜效果。

Description

镀膜腔体及粉末镀膜装置
技术领域
本发明涉及粉末镀膜技术领域，特别涉及一种镀膜腔体及粉末镀膜装置。
背景技术
粉体颗粒表面功能化是材料表面工程技术的重要组成部分，尤其对提高颗粒的原有性能具有重要意义。通过在粉体颗粒表面包覆层，即镀膜，可实现对粉体颗粒的表面功能化。
原子层沉积技术由于其具有更为优秀的均匀性、保形性和尺寸可控性，目前已广泛应用于针对粉体颗粒镀膜的工艺中。现阶段的镀膜工艺中，一般采用的设备为流化床式ALD(Atomic layer deposition，原子层沉积)设备。为了实现批量生产，常规的流化床ALD设备需要尺寸更大的反应腔体。
但是，反应腔体越大，则越容易造成腔体内的气流分布不均，进而导致腔体内粉末流化的效果较差。而且，常规的加热方式将难以达到较好的加热均匀性，反应腔体内的粉末受热不均。因此，常规的流化床ALD设备在用于量产时的镀膜效果不佳。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够改善量产的镀膜效果的镀膜腔体及粉末镀膜装置。
一种镀膜腔体，包括：
外腔体，所述外腔体形成有环形收容腔；及
多个内腔体，收容于所述环形收容腔并沿所述环形收容腔的周向排列，每个所述内腔体具有进气端口及出气端口，且每个所述内腔体经由所述出气端口与所述环形收容腔连通。
在其中一个实施例中，所述外腔体包括呈筒状的外壳及内壳，所述外壳套设于所述内壳并与所述内壳同轴设置，在所述内壳与所述外壳之间形成所述环形收容腔。
在其中一个实施例中，还包括加热组件，所述加热组件包括设于所述环形收容腔的相对两个侧壁的第一加热件及第二加热件。
在其中一个实施例中，还包括能够驱使所述多个内腔体振动的振动机构。
在其中一个实施例中，还包括与所述多个内腔体一一对应的多个喷淋组件。
在其中一个实施例中，所述外腔体的一端设有可开启或密封所述环形收容腔的外腔盖。
在其中一个实施例中，所述喷淋组件设于所述外腔盖，每个所述喷淋组件包括设于所述外腔盖的连接轴、可滑动地设于所述连接轴上的喷淋板及可滑动地套设于所述连接轴并夹持于所述喷淋板与所述外腔盖之间的压缩弹簧，所述外腔盖密封所述环形收容腔时，所述喷淋板在所述压缩弹簧的作用下与所述内腔体的一端相抵持。
在其中一个实施例中，所述喷淋组件与所述外腔盖分别位于所述外腔体相对的两端，每个所述喷淋组件包括固定于所述外腔体内的支架及固定于所述支架上的喷淋板，所述外腔盖密封所述环形收容腔时，所述外腔盖与所述内腔体之间夹持有压缩弹簧，所述内腔体在所述压缩弹簧的作用下抵持于所述喷淋板。
在其中一个实施例中，每个所述内腔体可拆卸地安装于所述外腔体。
一种粉末镀膜装置，包括：
如上述优选实施例中任一项所述镀膜腔体；
气路系统，与每个所述内腔体的所述进气端口连通，并用于向每个所述内腔体内充入气体；
废气处理机构，与所述外腔体连通；及
真空泵，与所述废气处理机构的出气端连通。
上述镀膜腔体及粉末镀膜装置，在进行批量的粉末镀膜时，可将大量的粉末分配于多个内腔体内。这样，在总处理量不变的前提下，单个内腔体的体积将显著缩小，且每个内腔体内盛放的粉末的量将大大减小。因此，仅需较小流量的流化气便可使得每个内腔体内的粉末呈现出良好的流化状态。而且，多个内腔体采用分布式布置的方式设于环形收容腔，在总的容纳空间不变的前提下，多个内腔体的总表面积变大。而且，环形收容腔的内外两侧均可进行加热。因此，加热过程中可使内腔体受热更均匀，单个内腔体内粉末的温度一致性较好。因此，上述镀膜腔体及粉末镀膜装置能够显著改善量产时的镀膜效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明较佳实施例中粉末镀膜装置的结构示意图；
图2为图1所示粉末镀膜装置中镀膜腔体的结构示意图；
图3为图2所示镀膜腔体的俯视图；
图4为本发明另一个实施例中粉末镀膜装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参阅图1，本发明提供了一种粉末镀膜装置10及镀膜腔体100。其中，粉末镀膜装置10包括镀膜腔体100、气路系统200、废气处理机构300及真空泵400。
镀膜腔体100内形成有的反应腔体，以供待镀膜的粉末，如微纳颗粒发生反应并得到包覆于粉末颗粒表面的包覆层。请一并参阅图2及图3，镀膜腔体100包括外腔体110及多个内腔体120
外腔体110一般为金属腔体结构，可对内腔体120起到保护作用。外腔体110形成有环形收容腔101。多个内腔体120收容于环形收容腔101并沿环形收容腔101的周向排列。
具体在本实施例中，外腔体110包括呈筒状的外壳111及内壳112，外壳111套设于内壳112并与内壳112同轴设置，在内壳112与外壳111之间形成环形收容腔101。
外壳111的内壁与内壳112的外壁之间存在间隙，从而形成环形收容腔101。内壳112并与内壳112同轴设置，能够使得整个镀膜腔体100的对称性更好。外壳111及内壳112一般呈圆筒状，内腔体120也呈长条形的圆筒状结构。而且，内腔体120与外腔体110的延伸方向一致。
每个内腔体120内均可形成一个反应腔体，即每个内腔体120内均可容纳一定量的粉末。在总容量一定的前提下，单个内腔体120的体积将显著缩小。在进行批量的粉末镀膜时，可将大量的粉末分配于多个内腔体120内。这样，在总处理量不变的前提下，每个内腔体120内盛放的粉末的量将大大减小。
在本实施例中，每个内腔体120可拆卸地安装于外腔体110上。具体的，内腔体120可通过弹簧压片等机构与外腔体110之间实现安装。
在需要向内腔体120内装入粉末时，可将内腔体120从外腔体110上拆下，并从环形收容腔101内取出，从而方便粉末的装入。而在执行镀膜工艺时，通过将内腔体120安装于外腔体110，还能保证内腔体120的位置稳定。
在本实施例中，外腔体110的一端设有可开启或密封环形收容腔101的外腔盖113。
外腔盖113可以是环状结构，即与环状收容腔101的形状相匹配；外腔盖113也可以是圆形结构，即与外壳111的开口大小相匹配。外腔盖113可通过气缸等动力件进行驱动，以维持开启或密封状态。打开外腔盖113，可方便内腔体120的装入及取出。
进一步的，每个内腔体120具有进气端口(图未示)及出气端口(图未示)，且每个内腔体120经由出气端口与环形收容腔101连通。待镀膜的粉末一般收容于内腔体120靠近进气端口的一端。进气端口及出气端口一般均设有过滤网，该过滤网可供前驱体及载气通过，并能阻隔待镀膜的粉末颗粒。另外，进气端口及出气端口还可设置接气法兰。
气路系统200与每个内腔体120的进气端口连通，并用于向每个内腔体120内充入气体。气路系统200一般包括工艺气路、流化气路及吹扫气路，分别用于向内腔体120中充入前驱体、流化气及载气。
气路系统200可采用现有技术中相关的设置方式。比如，气路系统200中的工艺气路包括工艺气体管道、连接于工艺气体管道的源瓶、气体质量流量控制器等。流化气路包括脉冲阀、气体质量流量控制器、流化气体管道。其中，源瓶用于容纳液体或固体形态的前驱体源，气体质量流量控制器用于向反应腔内通入指定流量的前驱体。如需为反应腔体提供多种前驱体，还可根据工艺生产的实际需要，设置多路工艺气体管道。另外，在工艺气体管道上还可设置脉冲阀，用于控制多种前驱体交替进入反应腔体。
废气处理机构300与外腔体110连通；真空泵400与废气处理机构300的出气端连通。具体的，外腔体110的一端可通过泵管依次连接废气处理机构300及真空泵400。真空泵400启动，便可经环形收容腔101对内腔体120进行抽气。因此，真空泵400用于将每个反应腔体抽真空，从而确保反应区域对空气的隔离。真空泵400抽气时，反应腔体的尾气将先抽至尾气处理机构300内，再充入定量空气与之反应，生成无害颗粒。
可见，多个内腔体120共用一套气路系统200、废气处理机构300及真空泵400。因此，在确保粉末包覆效果的同时，可提高每批次处理量、降低生产成本并提高产能。
而且，上述镀膜腔体100还可根据产能需求，方便做进一步改进，从而灵活设计设备产量，满足不同产能的需求：
一种扩大产能的方式是可以通过环形收容腔101内所收容的内腔体120的数量来扩大产能，即通过增大外壳111及内壳112的半径，从而扩大整个环形收容腔101，以容纳更多数量的内腔体120，进而扩大产能。另一种扩大产能的方式是不增加内腔体120的数量，而是在一定范围内增大内腔体120的半径，从而来增加单个内腔体120的容量，进而提高单个料盒的粉末处理量。同时，需相应增大外壳111及内壳112的半径。
上述粉末镀膜装置10执行镀膜工艺的流程大致如下：
将待镀膜的粉末分成多份，并分别装入多个内腔体120中；真空泵400启动，对每个内腔体120进行抽真空，从而维持反应腔体与空气环境的有效隔离；进行加热，使得每个反应腔体内均达到反应所需的合适温度；开启气路系统200，先向每个内腔体120均内通入流化气，并使每个反应腔体内的粉末颗粒流化并充分分散；再向每个反应腔体内通入第一前驱体，并使其吸附于粉末颗粒的表面；通入载气将每个反应腔体中多余的第一前驱体清除；向每个反应腔体内通入第二前驱体，使其与吸附于粉末颗粒表面的第一前驱体反应形成包覆层；通入载气将反应腔体中多余的第二前驱体清除。
如有必要，可重复上述步骤，直至所获得的包覆层的厚度满足需求。
由于多个内腔体120采用分布式布置的方式设于环形收容腔101，故在总的容纳空间不变的前提下，多个内腔体120的总表面积变大。相对表面积越大，则热量更容易向每个内腔体120的内部传导。而且，加热时可从环形收容腔101的内、外两侧同时进行加热。这样，热量可由不同的方向向内腔体120内传导。因此，加热过程中可使内腔体120受热更均匀，单个内腔体120内粉末的温度一致性较好。
如前所述，在总处理量不变的前提下，单个内腔体120的体积将显著缩小，且每个内腔体120内盛放的粉末的量将大大减小。因此，仅需较小流量的流化气便可使得每个内腔体120内的粉末呈现出良好的流化状态。可见，在利用上述镀膜腔体100进行粉末镀膜时，能显著改善镀膜的效果。
在本实施例中，镀膜腔体100还包括加热组件130。其中，加热组件130包括设于环形收容腔101的相对两个侧壁的第一加热件131及第二加热件132。
具体的，第一加热件131设于外壳111的外侧，第二加热件132设于内壳112的内侧。第一加热件131及第二加热件132可以是石墨烯电热片、电热板等电热组件，通电即可产热。第一加热件131及第二加热件132的主要作用使每个反应腔体内达到并为维持合适的温度，通常以40℃～350℃为佳。
第一加热件131及第二加热件132可以是分别与外壳111及内壳112的形状匹配的筒状结构，从而能更好地对外壳111及内壳112的表面进行包覆，提升加热效率。
需要指出的是，在其他实施例中，镀膜腔体100上的加热组件130可省略，而可采用粉末镀膜装置10自带的加热系统进行加热。粉末镀膜装置10自带的加热系统一般还用于对气路系统200进行加热。
在本实施例中，镀膜腔体100还包括能够驱使多个内腔体120振动的振动机构140。振动机构140通过产生机械振动，可辅助对粉末颗粒进行分散，从而减少内腔体120腔体内壁及出气端口的过滤网的粉末吸附，进而有效提高了大批量粉末颗粒的均匀沉积效果。
振动机构140可包括波纹管、连接杆和振动电机。其中，振动电机安装在外腔体110的外侧，连接杆的两端分别连接内腔体120及振动电机，由此将振动电机产生的振动传递至内腔体120。此外，振动机构140也可采用其他形式，如气动振动器、超声振动杆等，只要能达到振动的效果即可。
为了获得更好的振动效果，振动机构140一般也设置于环形收容腔101相对的两个侧壁，即外壳111的外壁及内壳112的内壁。这样，能振动机构140够从两个方向使内腔体获得动能，内腔体120振动更明显。
在本实施例中，镀膜腔体100还包括与多个内腔体120一一对应的多个喷淋组件150。喷淋组件150中设置进气管和气体分布管路，方便将前驱体、流化气或载气送入对应的内腔体120内，从而改善反应腔体的进气效果。
请再次参阅图1，在本实施例中，喷淋组件150设于外腔盖113。其中，每个喷淋组件150包括设于外腔盖113的连接轴(图未示)、可滑动地设于连接轴上的喷淋板151及可滑动地套设于连接轴并夹持于喷淋板与外腔盖113之间的压缩弹簧(图未示)。外腔盖113密封环形收容腔101时，喷淋板151在压缩弹簧的作用下与内腔体120的一端相抵持。
此时，喷淋组件150与外腔盖113位于外腔体110的同一端。当气缸将外腔盖113压紧并密封环形收容腔101的同时，通过压缩弹簧的弹力便可将喷淋板151压紧，实现喷淋板151与内腔体120之间的密封。由于反应腔体内反应时的温度较高，故压缩弹簧为耐高温弹簧。
如图1所示，气路系统200提供的气体通过喷淋板151从内腔体120的底部送入，并从内腔体120顶端出气，最后从外腔体110的顶部经过尾气处理机构300的无害处理后被真空泵400抽真空。
请参阅图4，在另一个实施例中，喷淋组件150与外腔盖113分别位于外腔体110相对的两端。其中，每个喷淋组件150包括固定于外腔体110内的支架(图未示)及固定于支架上的喷淋板151。外腔盖113密封环形收容腔101时，外腔盖113与内腔体120之间夹持有压缩弹簧(图未示)，内腔体120在压缩弹簧的作用下抵持于喷淋板151。
当气缸将外腔盖113压紧并密封环形收容腔101的同时，通过压缩弹簧的弹力将对应的内腔体120喷淋板151压紧，从而实现喷淋板151与内腔体120之间的密封。
如图4所示，气路系统200通过喷淋板151向内腔体120中输送气体，气体在内腔体120内由下往上流动，并从内腔体120顶端出气，再从环形收容腔101向下，最后从外腔体110的底部经过尾气处理机构300的无害处理后被真空泵400抽真空。
上述镀膜腔体100及粉末镀膜装置10，在进行批量的粉末镀膜时，可将大量的粉末分配于多个内腔体120内。这样，在总处理量不变的前提下，单个内腔体120的体积将显著缩小，且每个内腔体120内盛放的粉末的量将大大减小。因此，仅需较小流量的流化气便可使得每个内腔体120内的粉末呈现出良好的流化状态。而且，多个内腔体120采用分布式布置的方式设于环形收容腔101，在总的容纳空间不变的前提下，多个内腔体120的总表面积变大。而且，环形收容腔101的内外两侧均可进行加热。因此，加热过程中可使内腔体120受热更均匀，单个内腔体120内粉末的温度一致性较好。因此，上述镀膜腔体100及粉末镀膜装置10能够显著改善量产时的镀膜效果。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种镀膜腔体，其特征在于，包括：
外腔体，所述外腔体形成有环形收容腔；及
多个内腔体，收容于所述环形收容腔并沿所述环形收容腔的周向排列，每个所述内腔体具有进气端口及出气端口，且每个所述内腔体经由所述出气端口与所述环形收容腔连通。
2.根据权利要求1所述的镀膜腔体，其特征在于，所述外腔体包括呈筒状的外壳及内壳，所述外壳套设于所述内壳并与所述内壳同轴设置，在所述内壳与所述外壳之间形成所述环形收容腔。
3.根据权利要求1所述的镀膜腔体，其特征在于，还包括加热组件，所述加热组件包括设于所述环形收容腔的相对两个侧壁的第一加热件及第二加热件。
4.根据权利要求1所述的镀膜腔体，其特征在于，还包括能够驱使所述多个内腔体振动的振动机构。
5.根据权利要求1所述的镀膜腔体，其特征在于，还包括与所述多个内腔体一一对应的多个喷淋组件。
6.根据权利要求5所述的镀膜腔体，其特征在于，所述外腔体的一端设有可开启或密封所述环形收容腔的外腔盖。
7.根据权利要求6所述的镀膜腔体，其特征在于，所述喷淋组件设于所述外腔盖，每个所述喷淋组件包括设于所述外腔盖的连接轴、可滑动地设于所述连接轴上的喷淋板及可滑动地套设于所述连接轴并夹持于所述喷淋板与所述外腔盖之间的压缩弹簧，所述外腔盖密封所述环形收容腔时，所述喷淋板在所述压缩弹簧的作用下与所述内腔体的一端相抵持。
8.根据权利要求6所述的镀膜腔体，其特征在于，所述喷淋组件与所述外腔盖分别位于所述外腔体相对的两端，每个所述喷淋组件包括固定于所述外腔体内的支架及固定于所述支架上的喷淋板，所述外腔盖密封所述环形收容腔时，所述外腔盖与所述内腔体之间夹持有压缩弹簧，所述内腔体在所述压缩弹簧的作用下抵持于所述喷淋板。
9.根据权利要求1所述的镀膜腔体，其特征在于，每个所述内腔体可拆卸地安装于所述外腔体。
10.一种粉末镀膜装置，其特征在于，包括：
如上述权利要求1至9任一项所述镀膜腔体；
气路系统，与每个所述内腔体的所述进气端口连通，并用于向每个所述内腔体内充入气体；
废气处理机构，与所述外腔体连通；及
真空泵，与所述废气处理机构的出气端连通。
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