CN112097510A - 一种实验室用旋转碾压式烧结装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实验室用旋转碾压式烧结装置，包括马弗炉本体、集成于所述马弗炉本体内部、并置于所述马弗炉本体底部的坩埚定位板；所述坩埚定位板中部嵌装有坩埚；该装置还包括嵌入所述坩埚内的碾压搅拌机构；所述碾压搅拌机构呈半球状结构，其包括多个沿其轴线均布的桨叶；与所述碾压搅拌机构连接有驱动机构；所述驱动机构驱动所述碾压搅拌机构绕轴线转动以碾压所述坩埚内的物料；所述马弗炉本体上开设有进气孔和排气孔。本发明的装置通过多个螺旋结构的桨叶组成半球形结构的碾压搅拌机构，通过桨叶的螺旋延伸面型能够充分碾压和搅拌物料，并且确保物料在马弗炉内均匀受热，保证物料烧结的一致性，避免梯度烧结。

Description

一种实验室用旋转碾压式烧结装置
技术领域
本发明涉及烧结装置技术领域，尤其涉及一种实验室用旋转碾压式烧结装置及烧结工艺。
背景技术
三元材料烧结时，由于传统匣钵烧结过程中匣钵内物料整体受热不均，且表面物料容易板结，阻碍内部物料反应气体排出，由内至外呈梯度烧结状态，最终导致同一匣钵内烧结成品存在差异，参见图5所示，图5示出了现有技术中烧结成品电镜成像结构中一次粒径不均就是由此导致。
现有技术中，马弗炉作为实验室常用仪器，技术较为成熟，但是市面上可以采购到的马弗炉规格类型较少，导致烧结形式较为单一，传统的旋转式烧结炉同样会使得物料团聚呈球状，仍然不能解决问题。
而目前所用的马弗炉烧结存在如下问题：
1、静置烧结过程使得物料受热不均，从而降低烧结成品的一致性；
2、静置烧结时，阻碍内部物料反应气体的排出，导致烧结物料由内至外呈梯度烧结状态。
基于上述技术问题，本领域的技术人员亟需研发一种新型烧结装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种避免梯度烧结存在、导致成品为多种性能材料的掺杂物、可使得三元材料的研发更具有针对性的实验室用旋转碾压式烧结装置。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种实验室用旋转碾压式烧结装置，该装置包括：
马弗炉本体；
集成于所述马弗炉本体内部、并置于所述马弗炉本体底部的坩埚定位板；
所述坩埚定位板中部嵌装有坩埚；
该装置还包括：
嵌入所述坩埚内的碾压搅拌机构；
所述碾压搅拌机构呈半球状结构，其包括多个沿其轴线均布的桨叶；
与所述碾压搅拌机构连接有驱动机构；
所述驱动机构驱动所述碾压搅拌机构绕轴线转动以碾压所述坩埚内的物料；
所述马弗炉本体上开设有进气孔和排气孔。
进一步的，所述马弗炉本体内部中空地形成为烧结腔；
所述驱动机构包括置于所述马弗炉本体外部的驱动电机；以及
与所述驱动电机的输出端连接以传递所述驱动电机转动力的传动杆；
所述传动杆远离所述驱动电机一端与所述碾压搅拌机构连接以驱动所述碾压搅拌机构转动。
进一步的，所述进气孔开设于所述马弗炉本体的侧面；
所述排气孔开设于所述马弗炉本体的上部，且所述传动杆通过所述排气孔延伸至所述马弗炉本体的内部；
所述排气孔的开孔直径大于所述传动杆的外径。
进一步的，所述碾压搅拌机构包括：
桨叶中心轴；以及
沿所述桨叶中心轴周向均布的多个所述桨叶；
所述桨叶呈螺旋状；
所述桨叶的最低点位于所述桨叶中心轴处，所述桨叶由所述桨叶中心轴一端螺旋向上延伸；
所述桨叶与所述坩埚内壁之间形成为碾压物料的碾压空间。
进一步的，所述驱动电机驱动所述传动杆的转速为20c/min；
所述驱动电机通过所述传动杆驱动所述碾压搅拌机构沿轴向往复运动的行程范围为1～20mm；
所述驱动电机通过所述传动杆驱动所述碾压搅拌机构沿轴向往复运动的频次为4次/min。
进一步的，所述坩埚内单次加工物料的量为100～150g。
在上述技术方案中，本发明提供的一种实验室用旋转碾压式烧结装置，具有以下有益效果：
本发明的装置通过多个螺旋结构的桨叶组成半球形结构的碾压搅拌机构，通过桨叶的螺旋延伸面型能够充分碾压和搅拌物料，并且确保物料在马弗炉内均匀受热，保证物料烧结的一致性，避免梯度烧结。
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发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种实验室用旋转碾压式烧结装置的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的一种实验室用旋转碾压式烧结装置的结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的一种实验室用旋转碾压式烧结装置的碾压搅拌机构的结构示意图；
图4为图3中A-A向剖视图；
图5为现有技术中烧结三元材料622成品电镜成像图；
图6为本发明实施例提供的一种实验室用旋转碾压式烧结装置烧结出的三元材料622产品的电镜成像图；
图7为本发明实施例提供的一种实验室用旋转碾压式烧结装置烧结三元材料622单晶实施前后XRD图谱(上为现有技术)；
图8为现有技术中烧结三元材料622的首放分布曲线图；
图9为本发明实施例提供的一种实验室用旋转碾压式烧结装置烧结三元材料622单晶的首放分布曲线图；
图10为现有技术中烧结三元材料镍83团聚体成品电镜成像图；
图11为本发明实施例提供的一种实验室用旋转碾压式烧结装置烧结出的三元材料镍83团聚体产品的电镜成像图；
图12为本发明实施例提供的一种实验室用旋转碾压式烧结装置三元材料镍83团聚体实施前后XRD图谱(上为现有技术)；
图13为现有技术中烧结三元材料镍83团聚体的首放分布曲线图；
图14为本发明实施例提供的一种实验室用旋转碾压式烧结装置烧结三元材料镍83团聚体的首放分布曲线图。
附图标记说明：
1、马弗炉本体；2、坩埚定位板；3、坩埚；6、物料；
401、驱动电机；402、传动杆；
501、进气孔；502、排气孔；
701、桨叶中心轴；702、桨叶。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1、图2、图3、图4、图6所示；
本发明的一种实验室用旋转碾压式烧结装置，该装置包括：
马弗炉本体1；
集成于马弗炉本体1内部、并置于马弗炉本体1底部的坩埚定位板2；
坩埚定位板2中部嵌装有坩埚3；
该装置还包括：
嵌入坩埚3内的碾压搅拌机构；
碾压搅拌机构呈半球状结构，其包括多个沿其轴线均布的桨叶702；
与碾压搅拌机构连接有驱动机构；
驱动机构驱动碾压搅拌机构绕轴线转动以碾压坩埚3内的物料6；
马弗炉本体1上开设有进气孔501和排气孔502。
具体的，本实施例公开了一种新型实验室用旋转碾压式烧结装置，该装置以马弗炉本体1为主体，通过内部坩埚固定板2定位固定有坩埚3，坩埚3用以放置物料6，同时本实施例公开的装置具有碾压搅拌机构，该碾压搅拌机构整体呈半球碗状结构，其主要通过周向均布的多个桨叶702的螺旋延伸形成，而已该种半球碗状结构的碾压搅拌机构能够充分碾压和搅拌物料6，使其在马弗炉本体1内均匀受热。
优选的，本实施例中马弗炉本体1内部中空地形成为烧结腔；
驱动机构包括置于马弗炉本体1外部的驱动电机401；以及
与驱动电机401的输出端连接以传递驱动电机401转动力的传动杆402；
传动杆402远离驱动电机401一端与碾压搅拌机构连接以驱动碾压搅拌机构转动。
本实施例具体介绍了该装置的驱动机构的结构和原理，该驱动机构包括驱动电机401，以及与驱动电机401传动连接的传动杆402，驱动电机401带动传动杆402转动，以带动下方的碾压搅拌机构旋转，从而利用沿周向均布的多个桨叶702对物料进行碾压和搅拌。
优选的，为了方便进排气，本实施例在马弗炉本体1上开设了进气孔501和出气孔502，其中的进气孔501开设于马弗炉本体1的侧面；
排气孔501开设于马弗炉本体1的上部，且传动杆402通过排气孔501延伸至马弗炉本体1的内部；
排气孔501的开孔直径大于传动杆402的外径。
优选的，本实施例中碾压搅拌机构包括：
桨叶中心轴701；以及
沿桨叶中心轴7701周向均布的多个桨叶702；
桨叶702呈螺旋状；
桨叶702的最低点位于桨叶中心轴701处，桨叶702由桨叶中心轴701一端螺旋向上延伸；
桨叶702与坩埚3内壁之间形成为碾压物料6的碾压空间。
本实施例具体介绍了碾压搅拌机构的具体结构，该碾压搅拌机构包括位于中心的桨叶中心轴701、以及形成于桨叶中心轴701周向的四个桨叶702，为了形成为上述的半球碗状结构，本实施例的桨叶702呈螺旋上升的结构形式，其中桨叶702的最低点位于桨叶中心轴701处，而桨叶702沿坩埚3内壁的延伸面型与坩埚3内壁匹配地螺旋上升。同时，桨叶702和坩埚3内壁之间就形成为了物料6的碾压空间，通过该种方式能够碾压和搅拌的更加均匀。
优选的，本实施例中驱动电机401驱动传动杆402的转速为20c/min；
驱动电机401通过传动杆402驱动碾压搅拌机构沿轴向往复运动的行程范围为1～20mm；
驱动电机401通过传动杆402驱动碾压搅拌机构沿轴向往复运动的频次为4次/min。
优选的，本实施例中坩埚3内单次加工物料的量为100～150g。
实施例一：
参见图5和图6所示：
本实施例一公开了三元材料622以现有技术的烧结方式和本实施例的烧结装置烧结的效果对比：
图5为传统烧结后的物料形貌，粒径不均，甚至存在团聚状态；
图6为使用本套装置烧结的物料，一次粒径较均匀，达到预期目的；
以本实施例公开的烧结装置对三元材料622单晶进行物料均一性有所保证时，避免了梯度烧结存在，导致成品为多种性能材料的掺杂物，可以使得三元材料的研发更具有针对性。
参见图7所示，实施后较实施前006/012，018/110双峰分裂更明显，结晶度更好，具有更有序的层状结构。
参见图8和图9所示：
分别取实施前后材料进行半电池测试，两种样品分别进行了50次测试，测试结果由图8和图9所示，实施后首周放电比容量数值更加集中，也可以验证经过旋转碾压后，材料均匀性更强。
实施例二：
参见图10和图11所示：
本实施例二公开了三元材料镍83团聚体以现有技术的烧结方式和本实施例的烧结装置烧结的效果对比：
同样我们将此方式应用到镍83团聚体的烧结中，得到了类似结果，如图10与11所示，传统工艺一次粒径大小不一，而经过均匀的旋转碾压烧结后的一次粒径较为均匀。
参见图12所示，与622单晶类似，实施后较实施前006/012，018/110双峰分裂更明显，结晶度更好，具有更有序的层状结构。
参见图13和图14所示，镍83团聚体首周放电比容量实施后仍具有更集中的优势，证明材料均匀性得到了显著提高。
总结：三元材料单晶622和镍83团聚体，在碾压旋转的方式烧结后，SEM、XRD及首周比容量表征结果都优于传统静置烧结，使得材料更为均匀。
在上述技术方案中，本发明提供的一种实验室用旋转碾压式烧结装置，具有以下有益效果：
本发明的装置通过多个螺旋结构的桨叶702组成半球形结构的碾压搅拌机构，通过桨叶702的螺旋延伸面型能够充分碾压和搅拌物料，并且确保物料在马弗炉内均匀受热，保证物料烧结的一致性，避免梯度烧结。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (6)

1.一种实验室用旋转碾压式烧结装置，其特征在于，该装置包括：
马弗炉本体(1)；
集成于所述马弗炉本体(1)内部、并置于所述马弗炉本体(1)底部的坩埚定位板(2)；
所述坩埚定位板(2)中部嵌装有坩埚(3)；
该装置还包括：
嵌入所述坩埚(3)内的碾压搅拌机构；
所述碾压搅拌机构呈半球状结构，其包括多个沿其轴线均布的桨叶(702)；
与所述碾压搅拌机构连接有驱动机构；
所述驱动机构驱动所述碾压搅拌机构绕轴线转动以碾压所述坩埚(3)内的物料；
所述马弗炉本体(1)上开设有进气孔(501)和排气孔(502)。
2.根据权利要求1所述的一种实验室用旋转碾压式烧结装置，其特征在于，所述马弗炉本体(1)内部中空地形成为烧结腔；
所述驱动机构包括置于所述马弗炉本体(1)外部的驱动电机(401)；以及
与所述驱动电机(401)的输出端连接以传递所述驱动电机(401)转动力的传动杆(402)；
所述传动杆(402)远离所述驱动电机(401)一端与所述碾压搅拌机构连接以驱动所述碾压搅拌机构转动。
3.根据权利要求2所述的一种实验室用旋转碾压式烧结装置，其特征在于，所述进气孔(501)开设于所述马弗炉本体(1)的侧面；
所述排气孔(502)开设于所述马弗炉本体(1)的上部，且所述传动杆(402)通过所述排气孔(502)延伸至所述马弗炉本体(1)的内部；
所述排气孔(502)的开孔直径大于所述传动杆(402)的外径。
4.根据权利要求2所述的一种实验室用旋转碾压式烧结装置，其特征在于，所述碾压搅拌机构包括：
桨叶中心轴(701)；以及
沿所述桨叶中心轴(701)周向均布的多个所述桨叶(702)；
所述桨叶(702)呈螺旋状；
所述桨叶(702)的最低点位于所述桨叶中心轴(701)处，所述桨叶(702)由所述桨叶中心轴(701)一端螺旋向上延伸；
所述桨叶(702)与所述坩埚(3)内壁之间形成为碾压物料(6)的碾压空间。
5.根据权利要求4所述的一种实验室用旋转碾压式烧结装置，其特征在于，所述驱动电机(401)驱动所述传动杆(402)的转速为20c/min；
所述驱动电机(401)通过所述传动杆(402)驱动所述碾压搅拌机构沿轴向往复运动的行程范围为1～20mm；
所述驱动电机(401)通过所述传动杆(402)驱动所述碾压搅拌机构沿轴向往复运动的频次为4次/min。
6.根据权利要求5所述的一种实验室用旋转碾压式烧结装置，其特征在于，所述坩埚(3)内单次加工物料(6)的量为100～150g。
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