CN112374766A - 一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置 - Google Patents

一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置，包括底座，所述底座上设有固定立柱、加热固定机构以及入料导向器，固定立柱的下端与底座固定连接、上端设有供喷管插入固定的插孔；加热固定机构包括固定架、固定导向盘以及燃烧组件，固定架固定安装在所述底座上，固定导向盘与入料导向器均固定在所述固定架上，固定导向盘的中心处沿插孔的中轴线方向开设有供料通道；燃烧组件包括脉冲点火器、燃气管以及回火器，燃气管的一端对应安装脉冲点火器、另一端连接回火器。该装置可在开放的常压下完成对小尺寸圆管基体的内壁进行氧化物薄膜的喷涂，也即镀膜，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。

Description

一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置
技术领域
本发明涉及镀膜技术领域，具体涉及一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置。
背景技术
薄膜材料是一种特殊形态的材料，由于厚度维度远远小于长宽尺寸，材料显示出不同于块体材料的很多物理化学性质，在科研、生产和生活中有广泛的用途。实际生产中，会遇到在圆管内壁沉积制备氧化物薄膜的情况，如气敏传感器、微型加热管等。这种情况下，作为基材的圆管通常是玻璃、石英、陶瓷等材料的，而且外径通常在30mm以下，特别是在10mm左右的情况较为常见。实现这种情况下沉积薄膜的难度主要在于空间狭小，如果再考虑到较大的长径比(L/D＞10)，大部分薄膜制备方法将无法实现成功、高质量制备薄膜的要求。
现有的真空蒸发、溅射、激光脉冲沉积等等方法，由于成膜物质颗粒是近似直线运动的，基体的几何遮蔽效应严重。此外，不少薄膜制备工艺是基于真空环境的，即便是勉强可以实现小尺寸圆管内壁薄膜沉积，也导致较长的生产周期和高昂的成本。
热解喷涂是一种常压化学薄膜制备方法，它的核心工艺是把前驱体气溶胶输运到被加热的基体表面附近，在温度作用下，前驱体气溶胶液体溶剂挥发、溶质热分解，分解的固体成分沉积在基体表面形成薄膜。这种方法在制备氧化物薄膜方面的优势是得到一致认可的，常压环境、设备简单、成膜速度快、工业兼容性好、成本低廉等等。
可是，现有热解喷涂设备可虽然以方便实现大面积的平面基体镀膜，也有可以实现包括圆弧面外表面镀膜的设备，但要实现小尺寸、大长径比的圆管基体内表面沉积薄膜依然困难重重，针对于外径在30mm以下的小尺寸圆管就更不适用。
发明内容
本发明提供一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置，以热解喷涂工艺为核心，可实现在小尺寸、大长径比的圆管基体内表面沉积薄膜。
本发明的技术方案如下：一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置，包括底座，所述底座上从左至右依次设有固定立柱、加热固定机构以及入料导向器，所述固定立柱的下端与底座固定连接、固定立柱的上端设有供喷管插入固定的插孔；
所述加热固定机构包括固定架、固定导向盘以及设置于固定导向盘上的燃烧组件，所述固定架固定安装在所述底座上，所述固定导向盘与所述入料导向器均固定在所述固定架上，所述固定导向盘的中心处沿插孔的中轴线方向开设有供料通道；所述燃烧组件包括脉冲点火器、燃气管以及回火器，所述燃气管的一端对应安装脉冲点火器、燃气管的另一端连接回火器。
进一步：还包括连接喷管和圆管基体的同心导向环套，所述同心导向环套由弹性金属材质制成，该同心导向环套的中部沿轴向开设有通孔；所述同心导向环套的两端均开设有缺口槽，且该同心环套的两个端部均沿通孔的径向向内凹陷形成若干弹片部；所有的弹片部均沿同心导向环套的回转周向均布。
进一步：所述供料通道内也同轴安装有同心导向环套。
进一步：所述固定导向盘的中心处固定安装有水冷隔热盘，所述水冷隔热盘与固定导向盘同轴，该水冷隔热盘的内部安装有冷却水管，冷却水管通过压块固定在水冷隔热盘上；水冷隔热盘的中心处开设有穿孔，该穿孔可供圆管基体穿过。
进一步：所述穿孔内同轴固定安装有同心导向环套。
有益效果：本方案提供了一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置，该装置可在开放的常压下完成对小尺寸圆管基体的内壁进行氧化物薄膜的喷涂，也即镀膜，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为本发明中用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置的俯视图；
图2为本发明中用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置的后视图；
图3为本发明中用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置的前视图；
图4为本发明中用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置的侧视图；
图5为本发明中用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置的轴测图一；
图6为本发明中用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置的轴测图二；
图7为本发明中圆管基体的同心送料装置的安装结构示意图；
图8为本发明中圆管基体的同心送料装置的结构示意图；
图9为本发明中圆管基体的同心导向机构的结构示意图；
图10为本发明中同步调节装置的结构示意图；
图11为本发明中专用于圆管基体内壁氧化镀膜的喷管的整体结构示意图；
图12为图11中伞状顶帽的结构示意图；
图13为伞状顶帽安装的内部结构示意图；
图14为本发明中同心导向环套的外部结构示意图；
图15为本发明中同心导向环套的内部结构示意图。
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：
底座1、固定立柱2、输入接口端4a、喷管4、同心导向环套5、弹片部5a、脉冲点火器6、燃气管7、径向可动滑条8、回火器9、固定导向盘10、水冷隔热盘11、温度传感器13、压块14、圆管基体15、冷却水管16、从动盘17、导向盘18、入料导向器19、固定架20、调节驱动电机21、送料驱动电机18-1、螺杆18-3、距离调节螺母18-4、锁定螺母18-5、接触轮18-2、轮架18-7、导向凸台条24、导向调节盘23、渐开线槽23a、圆柱形凸台22、伞状顶帽25、连接段25-2、伞状头部25-1、罅隙25a、气孔25b、
如图1至图15所示，本发明公开了一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置，包括底座1，所述底座1上从左至右依次设有固定立柱2、加热固定机构以及入料导向器19，所述固定立柱2的下端与底座1固定连接、固定立柱2的上端设有供喷管4插入固定的插孔。
所述加热固定机构包括固定架20、固定导向盘10以及设置于固定导向盘10上的燃烧组件，所述固定架20固定安装在所述底座1上，所述固定导向盘10与所述入料导向器19均固定在所述固定架20上，所述固定导向盘10的中心处沿插孔的中轴线方向开设有供料通道；所述燃烧组件包括脉冲点火器6、燃气管7以及回火器9，所述燃气管7的一端对应安装脉冲点火器6、燃气管7的另一端连接回火器9。
在对圆管基体15的内壁进行镀膜时，圆管基体15的前端先穿过入料导向器19，然后在贯穿供料通道以后直接与喷管4进行连接。圆管基体15由入料导向器19送入供料通道内，入料导向器19一方面对圆管基体15进行支撑、另一方面对圆管基体15进行导向，促使圆管基体15能够顺利穿过供料通道。
针对于喷管4，本方案中对喷管4进行了优化。喷管4通过插孔固定在固定住以后，喷管4即与圆管喷管4进行同轴固定连接，燃烧组件对圆管基体15进行加热，喷管4不断的通过喷口向圆管基体15的内壁喷出气溶胶，气溶胶在圆管基体15内壁沉积以后，实现了圆管基体15内壁的镀膜工艺。因此，喷管4与圆管基体15之间不但连接非常重要，而且实现气溶胶能够均布的喷入圆管基体15内更加重要，这极大地影响成膜质量。
为此，如图11和图12所示，本案在进一步优化中还提供了一种专用于圆管基体15内壁氧化镀膜的喷管4，该喷管4包括一个输入接口端4a和一个喷口端，气溶胶由输入接口端4a输入至喷管4内，然后再由喷口端喷入圆管基体15中。所述输入接口端4a可以采用多种现有标准管道接口方式，当然，最优以双卡套的快速可拆卸连接方式最为方便可靠。所述喷口端向外扩散呈喇叭状，且该喷口端同轴连接有一个伞状顶帽25，该伞状顶帽25包括同轴一体成型的连接段25-2和伞状头部25-1，所述连接段25-2与喷口端螺纹连接或者卡接，且连接段25-2沿轴向开设有供前驱体气溶胶通过的气孔25b。如图12所示，所述伞状头部25-1的大端面与喷口端相对设置，且喷口端的大端面边缘与伞状头部25-1的边缘之间形成一个呈环状的罅隙25a，所有喷管4通过气孔25b与所述罅隙25a相连通，使得气溶胶可以从此罅隙25a沿喷口的周向均匀的喷出。气溶胶通过罅隙25a沿喷管4的截面周向均匀地喷向圆管基体15的内壁，进而提高圆管基体15的镀膜质量，使镀膜厚度更加均匀。
需要说明的是：所述伞状头部25-1的外径通常较圆管基体15的内径小0.2mm-0.3mm，而喷口端的大端面外径较伞状头部25-1的外径小0.2mm，该数值为目前氧化喷涂设置的最佳参考值，既能完成气溶胶在圆管基体15内均匀沉淀，还能够防止气溶胶由喷口端泄漏至圆管基体15的外部。
当然，喷管4与圆管基体15的连接也非常重要。在完成圆管基体15的镀膜时，如何快速的实现喷管4与圆管基体15同心对准，也即完成喷管4与圆管基体15同轴线连接，是提高生产效率以及提高成膜质量非常重要的一环。为此，本案中，还发明了同心导向环套5以解决这一问题。
如图14和图15所示，本优化中还提供了一种用于同心连接轴类零件的同心导向环套5，所述同心导向环套5由弹性金属材质制成如弹簧钢，该同心导向环套5的中部沿轴向开设有通孔。同心导向环套5的一端同轴连接喷管4、另一端同轴连接圆管基体15，所述同心导向环套5的两端均开设有缺口槽，且该同心环套的两个端部均沿通孔的径向向内凹陷形成若干弹片部5a。所有的弹片部5a均沿同心导向环套5的回转周向均布，弹片部5a均布在该同心导向环套5的两端。当喷管4和圆管基体15同时沿通孔的轴向由两个方向插入通孔以后，弹片部5a将产生形变，进而促使通孔靠近喷管4以及通孔靠近圆管基体15的位置孔径被撑开，同时弹片部5a受自身弹力作用将自动紧压在喷管4以及圆管基体15上，并同时施压保证喷管4和圆管基体15与通孔同轴心，进而快速的完成喷管4与圆管基体15的对接安装，提高生产效率以及喷管4和圆管基体15的同心度。
进一步优化中，本方案还提供了一个圆管基体15的同心导向机构。该同心导向机构包括沿供料通道的轴向同轴布设的导向调节盘23。所述导向调节盘23通过螺栓固定安装在固定架20上。所述导向调节盘23上设有相互对称的两个同心调节组件。每一个所述同心调节组件均包括接触轮18-2和螺杆18-3，所述接触轮18-2的轮面边缘沿轴向开设有环槽，利用环槽限制圆管基体15只能沿着接触轮18-2的旋转方向定向移动，也即利用环槽对圆管基体15进行导向。所述导向调节盘23中心处沿轴向开设有供料孔。在本实施例中，供料孔与所述供料通道同轴线，但是供料孔的孔径略大于所述供料通道。
所述螺杆18-3沿所述导向调节盘23的盘面径向贯穿插入供料孔内，且该螺杆18-3与所述导向调节盘23滑动配合。所述接触轮18-2位于供料孔内，接触轮18-2通过轮架18-7与所述螺杆18-3转动连接，且接触轮18-2的轮面与所述导向调节盘23的盘面垂直。所述导向调节盘23的盘面上开设有凹槽，轮架18-7与凹槽的槽壁滑动配合，利用凹槽对轮架18-7移动进行导向，促使轮架18-7只能沿着凹槽的槽壁滑动。所述导向调节盘23上转动连接有距离调节螺母18-4，该距离调节螺母18-4与所述螺杆18-3螺纹配合、或者距离调节螺母18-4与螺杆18-3螺纹连接，转动距离调节螺母18-4驱动螺杆18-3可沿导向调节盘23的盘面径向来回移动。所述螺杆18-3上还螺纹连接有锁定螺母18-5，锁定螺母18-5位于导向调节盘23的外部，利用锁定螺母18-5将同心调节组件固定到导向调节盘23上。
如图6和图7所示，当圆管基体15沿垂直于导向调节盘23的盘面方向进入到供料孔内时，圆管基体15的外壁与相互对称设置与导向调节盘23上的两个同心调节组件的连个接触轮18-2滚动接触。针对于不同直径的圆管基体15，可以通过旋转距离调节螺母18-4，促使接触轮18-2靠近或者远离该圆管基体15，并追中完成接触轮18-2的对心调节。接触轮18-2的位置调节完成以后，将锁定螺母18-5旋拧贴合到导向调节盘23上，进而利用锁定螺母18-5实现对接触轮18-2的锁定。
作为另一种优化，如图6所示，本案中在固定架20上同轴设有三个同心导向机构，而在靠近所述入料导向器19的导向调节盘23上还安装有送料驱动电机18-1，所述送料驱动电机18-1的输出轴与位于该导向调节盘23上的其中任意一个同心调节组件的接触轮18-2同轴固定，送料驱动电机18-1驱动接触轮18-2旋转，进而利用接触轮18-2实现对圆管基体15进行送料。因此，通过对同心导向机构进行改进，还可以利用该同心导向机构组成一个圆管基体15的同心送料装置。
针对于燃烧组件与固定导向盘10对中调节，进一步优化中，本方案还提供了一种同步调节装置，该同步调节装置用于将多组燃烧组件安装于固定导向盘10上，同时实现所有的燃烧组件同步调节对心。本案中以六套燃烧组件为例以对该同步调节装置进行说明。
如图5和图10所示，所述固定导向盘10沿径向开设有滑槽，燃烧组件的燃气管7固定在径向可动滑条8上，径向可动滑条8上设有导向凸台条24，导向凸台条24与滑槽滑动连接，进而实现燃烧组件可沿着固定导向盘10的盘面径向在滑槽内来回滑动。针对六套燃烧组件，固定导向盘10上则对应开设有六个滑槽，六个滑槽沿着固定导向盘10的盘面均布，六套燃烧组件则通过六根径向可动滑条8分别对应滑动连接于六个滑槽内。燃烧组件在沿着滑槽来回滑动的过程中，燃气管7靠近脉冲点火器6的一端一直处于朝向供料通道也即固定导向盘10的中心。
为了实现六套燃烧组件同步滑动，该同步调节装置还包括调节驱动电机21、从动盘17以及调节圆盘，所述调节驱动电机21固定安装在固定架20上，该调节驱动电机21的输出轴上同轴安装有主动齿轮。所述固定导向盘10、调节圆盘以及从动盘17从左至右依次同轴设置，且从动盘17转动连接于所述固定架20上。所述调节圆盘的盘面上沿周向均布开设有六个呈渐开线轮廓的渐开线槽23a。每一个所述径向可动滑条8上均设有圆柱形凸台22，所述圆柱形凸台22尺寸与渐开线槽23a的槽宽匹配，该圆柱形凸台22插入渐开线槽23a内并与渐开线槽23a的槽壁滑动配合。
需要说明的是：圆柱形凸台22对应插入到一个渐开线槽23a内，一套燃烧组件包括的一个径向可动滑条8对应匹配一个渐开线槽23a。从动盘17的盘面边缘沿周向开设有锯齿，或者从动盘17上同轴安装有从动齿轮，而主动齿轮通过锯齿或者从动齿轮啮合，进而利用调节驱动电机21驱动从动盘17正向或者反向旋转，也即调节驱动电机21通过从动盘17同步驱动调节圆盘正向或者反向旋转。当调节圆盘旋转时，渐开线槽23a迫使圆柱形凸台22沿渐开线槽23a的槽壁的长方向滑动，从而使得径向可动滑条8沿着调节圆盘的径向进行移动，并最终实现六个燃烧组件沿着调节圆盘的径向同步进行移动。
需要进一步说明的是：径向可动滑条8是通过导向凸台条24、与固定导向盘10上的滑槽滑动连接。在上述结构中，从动盘17的盘面与径向可动滑条8滑动连接，进而利用从动盘17的盘面对径向可动滑条8进行限位和导向，这种结构便于进行径向可动滑条8的安装。
如图6所示，固定导向盘10的中心处固定安装有水冷隔热盘11，水冷隔热盘11与固定导向盘10同轴设置，该水冷隔热盘11的内部安装有冷却水管16，冷却水管16通过压块14固定在水冷隔热盘11上。需要说明的是：水冷隔热盘11的中心处同样地开设有穿孔，而穿孔也成为供料通道的一部分，否则圆管基体15就无法通过水冷隔热盘11与喷管4连接了。为了保证圆管基体15能够在穿孔内保持稳定，本案中在穿孔内也同轴设有同心导向环套5，利用同心导向环套5对圆管基体15进行同心固定。
如图6所示，水冷隔热盘11靠近穿孔的的位置上固定安装有温度传感器13，利用温度传感器13实现对圆管基体15的温度测量。
本方案还提供了一种圆管基体15内壁镀膜的方法，包括采用了上述用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置，该方法包括如下步骤：
1、准备好待沉积薄膜的圆管基体15；
2、根据尺寸和工艺要求，控制调节驱动电机21，通过调节驱动电机21驱动从动盘17旋转，进而调整好六个燃烧组件距离圆管基体15的位置处于工艺要求的合理距离；完成燃烧组件的燃气管7与外部燃气的连接；完成喷管4与外部气溶胶接口的连接；
3、调节送料驱动电机18-1的转速，准备送料；
4、将圆管基体15由入料导向器19送入供料通道，待圆管基体15贯穿供料通道以后，然后利用同心导向环套5连接圆管基体15与喷管4；
5、冷却水管16通入循环冷却水，水冷隔热盘11开始工作；
6、利用圆管基体15的同心送料装置对圆管基体15进行送料，然后燃烧组件点火；
7、完成圆管基体15内壁的薄膜沉积；
8、沉淀结束后，关闭燃气、气溶胶输入，反向开启送料驱动电机18-1，把完成薄膜沉积的圆管基体15退出；
9、关闭系统进行下一周期的工作。
需要说明的是：工作过程中，为了避免额外的为其扩散，在圆管基体15在进行薄膜沉淀时，可利用堵头等将正在镀膜的圆管基体15的尾部封闭住；如果要连续化生产，可以配套使用切割机对元及计提进行切割，并采用自动物料架等实现自动的沉积、下料的工序。
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 (5)

1.一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置，其特征在于：包括底座(1)，所述底座(1)上从左至右依次设有固定立柱(2)、加热固定机构以及入料导向器(19)，所述固定立柱(2)的下端与底座(1)固定连接、固定立柱(2)的上端设有供喷管(4)插入固定的插孔；
所述加热固定机构包括固定架(20)、固定导向盘(10)以及设置于固定导向盘(10)上的燃烧组件，所述固定架(20)固定安装在所述底座(1)上，所述固定导向盘(10)与所述入料导向器(19)均固定在所述固定架(20)上，所述固定导向盘(10)的中心处沿插孔的中轴线方向开设有供料通道；所述燃烧组件包括脉冲点火器(6)、燃气管(7)以及回火器(9)，所述燃气管(7)的一端对应安装脉冲点火器(6)、燃气管(7)的另一端连接回火器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置，其特征在于：还包括连接喷管(4)和圆管基体(15)的同心导向环套(5)，所述同心导向环套(5)由弹性金属材质制成，该同心导向环套(5)的中部沿轴向开设有通孔；所述同心导向环套(5)的两端均开设有缺口槽，且该同心环套的两个端部均沿通孔的径向向内凹陷形成若干弹片部(5a)；所有的弹片部(5a)均沿同心导向环套(5)的回转周向均布。
3.根据权利要求2所述的一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置，其特征在于：所述供料通道内同轴安装有同心导向环套(5)。
4.根据权利要求1所述的一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置，其特征在于：所述固定导向盘(10)的中心处固定安装有水冷隔热盘(11)，所述水冷隔热盘(11)与固定导向盘(10)同轴，该水冷隔热盘(11)的内部安装有冷却水管(16)，冷却水管(16)通过压块(14)固定在水冷隔热盘(11)上；水冷隔热盘(11)的中心处开设有穿孔，该穿孔可供圆管基体(15)穿过。
5.根据权利要求4所述的一种用于小尺寸圆管内壁薄膜沉积的装置，其特征在于：所述穿孔内同轴固定安装有同心导向环套(5)。
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