CN112408004A - 一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粉料平整与孔隙率控制的装置与方法，属于坩埚辅助设备技术领域。为解决现有粉料压平方法无法控制孔隙率的问题，本发明提供了一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，包括：固定结构、滑动杆、固定环、压盘和配重块，固定结构包括圆环和固定臂，固定臂环形阵列安装在圆环的外侧，滑动杆贯穿于固定结构的圆环内，滑动杆的底部与压盘连接，滑动杆的顶部与配重块连接，滑动杆上加工有刻度，固定环嵌套在滑动杆外。本发明根据坩埚的尺寸及粉料的情况计算下压长度，再通过调整固定环在滑动杆上的位置，确定压盘的下压长度，通过配重块的重力使得压盘下压完成压粉，定量的控制了坩埚反应中粉料的孔隙率与平整度。

Description

一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置与方法

技术领域

本发明属于坩埚辅助设备技术领域，尤其涉及一种粉料平整与孔隙率控制的装置与方法。

背景技术

固体粉料是常用的反应物形态，并且有很多固体粉料的反应是使用坩埚作为反应容器。使用坩埚前，需要将粉料放置进坩埚内，并尽量将粉料压实。目前实验中常见的平整固体粉料的方法是利用重力上下震荡，在各次平行实验中每次的力度时间缺少统一性，不能保证每次实验统一性，另外该方法较难控制粉料的孔隙率。同时震荡也会导致粉末的飞溅到环境空气，对实验人员的身体造成危害。且大多震荡操作是依靠人工完成的，工人的劳动强度大，同时由于人工生产效率低，无形中也增加了生产或实验的成本。

所以，需要一种粉料压平装置来克服以上缺陷，但目前现有的粉料压平装置大多设计较为复杂，成本较高，对于小规模生产或实验来说成本并不合算。另外由于其的复杂性，在实验中非机械专业人士也较难根据实验要求灵活的改变参数。

发明内容

为解决上述现有粉料压平方法无法控制孔隙率的问题，本发明提供了一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置。

本发明的技术方案：

一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，包括：固定结构、滑动杆、固定环、压盘和配重块，所述固定结构包括圆环和固定臂，至少三根固定臂环形阵列在圆环的外侧，所述滑动杆贯穿于固定结构的圆环内，滑动杆可在固定结构内上下滑动和锁紧，所述滑动杆的底部与压盘建立安装，滑动杆的顶部与配重块建立安装，所述滑动杆的杆壁上由下至上加工有刻度，所述固定环嵌套在滑动杆外，所述固定结构的圆环内径小于固定环的外径。

优选的，所述固定结构的圆环内侧安装有高摩擦系数的阻尼材料。

优选的，所述固定结构的固定臂为可伸缩结构，固定臂包括一个外筒和内杆，内杆通过外筒与固定结构的圆环建立安装，内杆可在外筒内伸缩。

优选的，所述固定臂的外筒上布置有定位销。

优选的，所述固定环上布置有定位销，固定环可在滑动杆外上下滑动并通过定位销锁紧。

优选的，所述压盘与滑动杆螺纹连接。

优选的，所述配重块与滑动杆螺纹连接。

为解决上述现有粉料压平方法无法控制孔隙率的问题，本发明提供了一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置的使用方法。

一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置的使用方法，步骤如下：

步骤一、测量坩埚的内径R，坩埚深度D，查询所使用粉料纯物质的密度ρ，根据实验或生成的要求选取孔隙率P与使用粉料的质量m，通过以下公式计算下压长度h，根据计算得出的h；

步骤二、选择固定臂的长度大于

的固定结构，并选择直径与D相同的压盘，将固定结构嵌套在滑动杆上，再将压盘固定在滑动杆上，将压盘轻放至粉料平面上，再将固定结构卡在坩埚的外壁上，观察并记录此时固定结构上端在滑动杆上对应的刻度d；

步骤三、根据粉料状态及所需粉料的孔隙率选择配重块，并将配重块固定在滑动杆上，将固定环固定在对应刻度d+h的位置上，拉起滑动杆并放下，使固定结构沿滑动杆下滑，下滑至固定环锁紧位置后被固定环挡住停止下滑，完成压粉，并将整个装置从坩埚上取下。

本发明的有益效果：

1、本发明通过定结构、滑动杆、固定环、压盘和配重块相结合，构成了一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，根据坩埚的尺寸及粉料的情况计算下压长度，再通过调整固定环在滑动杆上的位置，来确定压盘的下压长度，通过配重块的重力使得压盘下压完成压粉，定量的控制了坩埚反应中粉料的孔隙率与平整度，为多次平行反应的条件控制提供了保障，保证每次实验统一性。代替了常规的通过利用重力上下震荡实现压粉的方法，避免了震荡压粉时导致的粉料飞溅、伤害实验人员的情况。本发明所设计的结构简单，相比于大型机械，成本更低。同时由于改变下压结构向下压程度简易性，特别适合于小型公司或研究机构的小批量研究使用。同时，本发明减少了工人的劳动强度，降低了生产和实验的成本。

2、本发明固定结构的圆环内侧安装有高摩擦系数的阻尼材料，以使滑动杆在固定结构的圆环内平稳下滑，防止下滑速度过快而造成粉料飞溅，污染环境的情况。

3、本发明的固定臂为可伸缩结构，可调整其长度大于坩埚内径的一半，以使固定结构可稳定地卡在坩埚上，且如若固定臂的长度过长也可及时调整，节约空间，同时可防止因伸出端过长而导致实验人员或工人易对其产生剐蹭而碰倒装置。

4、本发明的配重块和压盘螺纹连接，便于根据实际情况更换不同重量的配重块和不同尺寸的压盘。

附图说明

图1为一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置的结构示意图；

图2为实施例1和实施例2所述固定结构的结构示意图；

图3为实施例1和实施例2所述固定环的结构示意图；

图中，1、固定结构；2、滑动杆；3、固定环；4、压盘；5、配重块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1

一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，包括：固定结构1、滑动杆2、固定环3、压盘4和配重块5，所述固定结构1包括圆环和固定臂，所述固定结构1的圆环内侧安装有高摩擦系数的阻尼材料，所述阻尼材料为氯化丁基橡胶圈，固定结构1的固定臂为可伸缩结构，固定臂包括一个外筒和内杆，内杆通过外筒与固定结构1的圆环建立安装，内杆可在外筒内伸缩，固定臂的外筒上布置有定位销，三根固定臂环形阵列安装在圆环的外侧，所述滑动杆2贯穿于固定结构1的圆环内，滑动杆2可在固定结构1内上下滑动和锁紧，所述滑动杆2的底部与压盘4螺纹连接，滑动杆2的底部的顶部与配重块5螺纹连接，所述滑动杆2的杆壁上由下至上加工有刻度，所述固定环3嵌套在滑动杆2外，所述固定环3上布置有定位销，固定环3可在滑动杆2外上下滑动并通过定位销锁紧，所述固定结构1的圆环内径小于固定环3的外径。

现使用内径为10cm、深度为25cm的坩埚，处理2000g的碳化硅粉，目标孔隙率为0.5，具体操作步骤如下：

步骤一、查询数据可知碳化硅的密度为3.2g/cm3，带入以下公式中计算得下压长度h为21.02cm；

步骤二、将固定臂的长度调整至约为6cm，并选择直径为10cm的压盘，将固定结构1嵌套在滑动杆2上，将压盘4与滑动杆螺纹连接，将压盘4轻放至粉料平面上，再将固定结构1卡在坩埚的外壁上，观察并记录此时固定结构上端在滑动杆上对应的刻度d为1.5cm；

步骤三、根据粉料状态及所需粉料的孔隙率选择配重块5，并将配重块固定在滑动杆2上，将固定环固定在刻度为22.52cm(1.5+21.02＝22.52)的位置上，拉起滑动杆2并放下，使固定结构1沿滑动杆2下滑，下滑至固定环3锁紧位置后被固定环3挡住停止下滑，完成压粉，并将整个装置从坩埚上取下。

实施例2

一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，包括：固定结构1、滑动杆2、固定环3、压盘4和配重块5，所述固定结构1包括圆环和固定臂，所述固定结构1的圆环内侧安装有高摩擦系数的阻尼材料，所述阻尼材料为，所述阻尼材料为丁基橡胶圈，固定结构1的固定臂为可伸缩结构，固定臂包括一个外筒和内杆，内杆通过外筒与固定结构1的圆环建立安装，内杆可在外筒内伸缩，固定臂的外筒上布置有定位销，三根固定臂环形阵列安装在圆环的外侧，所述滑动杆2贯穿于固定结构1的圆环内，滑动杆2可在固定结构1内上下滑动和锁紧，所述滑动杆2的底部与压盘4螺纹连接，滑动杆2的底部的顶部与配重块5螺纹连接，所述滑动杆2的杆壁上由下至上加工有刻度，所述固定环3嵌套在滑动杆2外，所述固定环3上布置有定位销，固定环3可在滑动杆2外上下滑动并通过定位销锁紧，所述固定结构1的圆环内径小于固定环3的外径。

现使用内径为7.5cm、深度为20cm的坩埚，处理1500g的碳化硅粉，目标孔隙率为0.4，具体操作步骤如下：

步骤一、查询数据可知碳化硅的密度为3.26g/cm3，带入以下公式中计算得下压长度h为21.02cm；

步骤二、将固定臂的长度调整至约为4cm，并选择直径为7.5cm的压盘，将固定结构1嵌套在滑动杆2上，将压盘4与滑动杆螺纹连接，将压盘4轻放至粉料平面上，再将固定结构1卡在坩埚的外壁上，观察并记录此时固定结构上端在滑动杆上对应的刻度d为1.2cm；

步骤三、根据粉料状态及所需粉料的孔隙率选择配重块5，并将配重块固定在滑动杆2上，将固定环固定在刻度为18.75cm(1.2+17.55＝18.75)的位置上，拉起滑动杆2并放下，使固定结构1沿滑动杆2下滑，下滑至固定环3锁紧位置后被固定环3挡住停止下滑，完成压粉，并将整个装置从坩埚上取下。

实施例3

一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，包括：固定结构1、滑动杆2、固定环3、压盘4和配重块5，所述固定结构1包括圆环和固定臂，固定结构1的固定臂为可伸缩结构，固定臂包括一个外筒和内杆，内杆通过外筒与固定结构1的圆环建立安装，内杆可在外筒内伸缩，固定臂的外筒上布置有定位销，四根固定臂环形阵列安装在圆环的外侧，所述滑动杆2贯穿于固定结构1的圆环内，滑动杆2可在固定结构1内上下滑动和锁紧，所述滑动杆2的底部与压盘4螺纹连接，滑动杆2的底部的顶部与配重块5螺纹连接，所述滑动杆2的杆壁上由下至上加工有刻度，所述固定环3嵌套在滑动杆2外，所述固定环3上布置有定位销，固定环3可在滑动杆2外上下滑动并通过定位销锁紧，所述固定结构1的圆环内径小于固定环3的外径。

实施例4

一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，包括：固定结构1、滑动杆2、固定环3、压盘4和配重块5，所述固定结构1包括圆环和固定臂，所述固定结构1的圆环内侧安装有高摩擦系数的阻尼材料，所述阻尼材料为橡胶圈，三根固定臂环形阵列安装在圆环的外侧，所述滑动杆2贯穿于固定结构1的圆环内，滑动杆2可在固定结构1内上下滑动和锁紧，所述滑动杆2的底部与压盘4螺纹连接，滑动杆2的底部的顶部与配重块5螺纹连接，所述滑动杆2的杆壁上由下至上加工有刻度，所述固定环3嵌套在滑动杆2外，所述固定环3上布置有定位销，固定环3可在滑动杆2外上下滑动并通过定位销锁紧，所述固定结构1的圆环内径小于固定环3的外径。

Claims (8)

1.一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，其特征在于，包括：固定结构(1)、滑动杆(2)、固定环(3)、压盘(4)和配重块(5)，所述固定结构(1)包括圆环和固定臂，至少三根固定臂环形阵列安装在圆环的外侧，所述滑动杆(2)贯穿于固定结构(1)的圆环内，滑动杆(2)可在固定结构(1)内上下滑动和锁紧，所述滑动杆(2)的底部与压盘(4)建立安装，滑动杆(2)的顶部与配重块(5)建立安装，所述滑动杆(2)的杆壁上由下至上加工有刻度，所述固定环(3)嵌套在滑动杆(2)外，所述固定结构(1)的圆环内径小于固定环(3)的外径。

2.根据权利要求1所述一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，其特征在于，所述固定结构(1)的圆环内侧安装有高摩擦系数的阻尼材料。

3.根据权利要求2所述一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，其特征在于，所述固定结构(1)的固定臂为可伸缩结构，固定臂包括一个外筒和内杆，内杆通过外筒与固定结构(1)的圆环建立安装，内杆可在外筒内伸缩。

4.根据权利要求3所述一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，其特征在于，所述固定臂的外筒上布置有定位销。

5.根据权利要求1或4所述一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，其特征在于，所述固定环(3)上布置有定位销，固定环(3)可在滑动杆(2)外上下滑动并通过定位销锁紧。

6.根据权利要求5所述一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，其特征在于，所述压盘(4)与滑动杆(2)螺纹连接。

7.根据权利要求6所述一种用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置，其特征在于，所述配重块(5)与滑动杆(2)螺纹连接。

8.一种权利要求1所述用于坩埚中粉料平整与孔隙率控制的装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、测量坩埚的内径R，坩埚深度D，查询所使用粉料纯物质的密度ρ，根据实验或生成的要求选取孔隙率P与使用粉料的质量m，通过以下公式计算下压长度h，根据计算得出的h；

步骤二、选择固定臂的长度大于

的固定结构(1)，并选择直径与D相同的压盘(4)，将固定结构(1)嵌套在滑动杆(2)上，再将压盘(4)固定在滑动杆(2)上，将压盘(4)轻放至粉料平面上，再将固定结构(1)卡在坩埚的外壁上，观察并记录此时固定结构(1)上端在滑动杆(2)上对应的刻度d；

步骤三、根据粉料状态及所需粉料的孔隙率选择配重块(5)，并将配重块(5)固定在滑动杆(2)上，将固定环(3)固定在对应刻度d+h的位置上，拉起滑动杆(2)并放下，使固定结构(1)沿滑动杆(2)下滑，下滑至固定环(3)锁紧位置后被固定环(3)挡住停止下滑，完成压粉，并将整个装置从坩埚上取下。

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