CN112845086A - 一种同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碳化硅分选技术领域，特别涉及一种同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置和方法。本发明提供的装置，包括主管线，沿水平分选方向，所述主管线依次划分为连通的进气‑进料部1、沉降部2和降尘部3；所述进气‑进料部1包括并列设置的进气口1‑1和进料口1‑2；所述主管线的沉降部2位置设置有向下的沉降口，所述沉降口连通有分级沉积‑振动腔4，沿垂直分选方向，所述分级沉积‑振动腔4包括由上至下的多级分选腔4‑1和振筛机4‑3；所述多级分选腔4‑1中设置有分选筛网4‑2，所述多级分选腔4‑1与所述沉降部2连通。采用本发明提供的装置可以高效的实现不同密度、不同粒径的碳化硅粉料的筛分，且无扬尘出现。
Description
技术领域
本发明属于碳化硅分选技术领域，特别涉及一种同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置和方法。
背景技术
SiC材料具有禁带宽度大、临界击穿场强高、电子迁移率高和热导率高的特性，成为制作高温、高频、大功率、抗辐照、短波发光及光电集成器件的理想材料。高纯SiC粉料是SiC单晶生长的关键原材料，SiC粉料的粒径和密度对SiC晶体的结晶质量起到至关重要的作用：粉料粒径过小，容易随着生长腔中的气流漂浮，在晶体中产生包裹物缺陷；粉料粒径过大，则容易分解不均匀，在晶体中诱发微管缺陷；粉料密度过小，容易造成填料量不足，造成生长中后期组分失衡，产生多型缺陷；粉料密度过大，容易造成分解过快，增加过饱和度，在晶体诱发微管缺陷。因此，需要粒径和密度可控的SiC粉料以满足SiC单晶生长的需要，进而有利于提高SiC单晶生长质量。
SiC粉料通常通过自蔓延燃烧获得，自蔓延SiC粉料合成过程中，坩埚不同区域合成的SiC粉料粒径、密度不相同，需要对粉料进行分选。但是传统振动筛分选方式，分选过程中只能筛分粒径，不能对密度进行筛分，而且筛分过程容易造成超细颗粒的扬尘，污染环境。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置和方法，本发明提供的装置可以同时实现对SiC粉体密度和粒径的分选，且分选过程中没有超细颗粒扬尘，十分环保。
为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置，包括主管线，沿水平分选方向，所述主管线依次划分为连通的进气-进料部1、沉降部2和降尘部3；
所述进气-进料部1包括并列设置的进气口1-1和进料口1-2；
所述主管线的沉降部2位置设置有向下的沉降口，所述沉降口连通有分级沉积-振动腔4，沿垂直分选方向，所述分级沉积-振动腔4包括由上至下的多级分选腔4-1和振筛机4-3；所述多级分选腔4-1中设置有分选筛网4-2，所述多级分选腔4-1与所述沉降部2连通。
优选的，所述多级分选腔4-1分割为多个竖直腔体；
所述多级分选腔4-1的每个竖直腔体中设置有一个筛网，沿水平分选方向，所述多个竖直腔体内筛网的孔径逐渐减小。
优选的，所述分选筛网4-2包括6个筛网；沿水平分选方向，所述多级分选筛网4-2的6个筛网的孔径依次为0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm和0.05mm。
优选的，所述降尘部3包括除尘风机3-1和除尘袋3-2；
沿水平分选方向，所述除尘袋连接于主管线尾端端部；所述除尘风机3-1设置在主管线上沉降部2和除尘袋3-2之间。
优选的，所述进料口1-2到沉降部2近进料口1-2侧边缘的水平距离为500～1000mm。
优选的，所述多级分选腔4-1的垂直高度为200～400mm。
本发明还提供了一种利用上述技术方案所述装置的方法，包括以下步骤：
由进气口1-1引入高压气体，由进料口1-2引入碳化硅粉料，碳化硅粉料在所述高压气体的推动下在主管线内进行水平分选，分选为大颗粒碳化硅粉和超细碳化硅粉；所述高压气体的压力为0.3～1MPa；
所述大颗粒碳化硅粉由沉降部2进入分级沉积-振动腔4进行垂直分选，分别由多级分选腔4-1的各腔体内收集筛网下碳化硅粉料，得到不同粒径、不同密度的碳化硅粉料；
超细碳化硅粉被除尘机3-1吸入除尘袋3-2；所述超细碳化硅粉的粒径≤0.05mm。
优选的，所述高压气体的流量为500～10000SLM。
优选的，所述进料口1-2引入的碳化硅粉料的加料速度为50～500g/min。
优选的，所述碳化硅粉料的纯度为5N。
本发明提供了一种同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置，包括主管线，沿水平分选方向，所述主管线依次划分为连通的进气-进料部1、沉降部2和降尘部3；所述进气-进料部1包括并列设置的进气口1-1和进料口1-2；所述主管线的沉降部2位置设置有向下的沉降口，所述沉降口连通有分级沉积-振动腔4，沿垂直分选方向，所述分级沉积-振动腔4包括由上至下的多级分选腔4-1和振筛机4-3；所述多级分选腔4-1中设置有分选筛网4-2，所述多级分选腔4-1与所述沉降部2连通。
本发明提供的装置，通过进气口和进料口的并列设置，使进气能够携带碳化硅粉料进入分级沉积-振动腔，由于重力作用碳化硅粉料开始下降，不同密度不同粒径尺寸的碳化硅在水平方向具有不同的水平初速度，使得不同密度、不同粒径的碳化硅在抛物线运动下落后，粒径大、密度大的碳化硅粉料先降落，坠入距离进料口较近的筛网上，粒径小、密度小的碳化硅粉料后降落，坠入距离进料口较远的筛网上，在多级分选腔的各腔体中粉料密度基本一致的基础上，在振筛机2-3的作用下进一步对多级分选腔各腔体中的碳化硅粉料的粒径进行振动筛分；碳粉和超细的碳化硅粉尘则被引入除尘部3，有效防止扬尘的发生，有利于环保。
实施例测试结果表明，采用本发明提供的装置可以高效的实现不同密度、不同粒径的碳化硅粉料的筛分，且无扬尘出现。
附图说明
图1为本发明提供的装置的结构图，其中，1为进气-进料部，1-1为进气口，1-2为进料口，2为沉降部，3为降尘部，3-1为除尘风机，3-2为除尘袋，4为分级沉积-振动腔，4-1为多级分选腔，4-2为分选筛网，4-3为振筛机。
具体实施方式
本发明提供了一种同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置，包括主管线，沿水平分选方向，所述主管线依次划分为连通的进气-进料部1、沉降部2和降尘部3；
所述进气-进料部1包括并列设置的进气口1-1和进料口1-2；
所述主管线的沉降部2位置设置有向下的沉降口，所述沉降口连通有分级沉积-振动腔4，沿垂直分选方向，所述分级沉积-振动腔4包括由上至下的多级分选腔4-1和振筛机4-3；所述多级分选腔4-1中设置有分选筛网4-2，所述多级分选腔4-1与所述沉降部2连通。
在本发明中，沿水平分选方向，所述同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置包括主管线，沿水平分选方向，所述主管线上设置有进气-进料部1。在本发明中，所述进气-进料部1包括并列设置的进气口1-1和进料口1-2。
在本发明的一个实施例中，所述进气口1-1沿主管线切线方向，以有利于提供沿主管线方向的进气。本发明对所述进料口1-2的进料方向没有特殊限定，以能够实现所述进料口的进料能够被进气口的进气携带为准；本发明通过所述进气-进料部1保证进料口1-2的进料碳化硅具有沿水平分选方向的水平初速度。
在本发明中，沿水平分选方向，所述同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置包括在主管线上设置的沉降部2。
在本发明中的一个实施例中，所述进料口1-2到沉降部2近进料口1-2侧边缘的水平距离优选为500～1000mm，更优选为600～900mm，再优选为700～800mm。
在本发明中，所述主管线的沉降部2位置设置有向下的沉降口，所述沉降口连通有分级沉积-振动腔4。在本发明中，沿垂直分选方向，所述分级沉积-振动腔4包括由上至下的多级分选腔4-1和振筛机4-3；所述多级分选腔4-1中设置有分选筛网4-2，所述多级分选腔4-1与所述沉降部2连通。
在本发明中的一个实施例中，所述多级分选腔4-1的垂直高度优选为200～400mm，更优选为250～380mm，再优选为300～340mm。
在本发明中的一个实施例中，所述多级分选腔4-1分割为多个竖直腔体。在本发明的一个实施例中，所述多级分选腔4-1的每个竖直腔体中设置有一个筛网，沿水平分选方向，所述多个竖直腔体内筛网的孔径逐渐减小。在本发明的一个实施例中，所述多级分选腔4-1的多个竖直腔体沿水平分选方向依次排列。
在本发明的一个实施例中，所述分选筛网4-2包括6个筛网；沿水平分选方向，所述分选筛网4-2的6个筛网的孔径依次为0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm和0.05mm。
本发明对所述振筛机没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的振筛机即可。
在本发明中，沿水平分选方向，所述同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置包括在主管线上设置的除尘部3。
在本发明的一个实施例中，所述降尘部3包括除尘风机3-1和除尘袋3-2。本发明对所述除尘风机没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的除尘风机即可。
在本发明的一个实施例中，沿水平分选方向，所述除尘袋设置于主管线尾端端部；所述除尘风机3-1设置在主管线上分级沉降-振动腔2和除尘袋3-2之间。
本发明还提供了一种利用上述技术方案所述装置的方法，包括以下步骤：
由进气口1-1引入高压气体，由进料口1-2引入碳化硅粉料，碳化硅粉料在所述高压气体的推动下在主管线内进行水平分选，分选为大颗粒碳化硅粉和超细碳化硅粉；所述高压气体的压力为0.3～1MPa；
所述大颗粒碳化硅粉由沉降部2进入分级沉积-振动腔进行垂直分选，分别由多级分选腔4-1的各腔体内收集筛网下碳化硅粉料，得到不同粒径、不同密度的碳化硅粉料；
超细碳化硅粉被除尘机3-1吸入除尘袋3-2；所述超细碳化硅粉的粒径≤0.05mm。
本发明由进气口1-1引入高压气体，由进料口1-2引入碳化硅粉料，碳化硅粉料在所述高压气体的推动下在主管线内进行水平分选，分选为大颗粒碳化硅粉和超细碳化硅粉；所述高压气体的压力为0.3～1MPa，更优选为0.4～0.9MPa。在本发明中，所述高压气体的初始流速优选为2～5m/s，更优选为2.5～4.5m/s。
在本发明中，所述高压气体的压力优选为0.3～1MPa，更优选为0.4～0.9MPa。在本发明中，所述高压气体优选为氮气。在本发明中，所述高压气体的流量优选为500～10000SLM，更优选为1000～9000SLM。
在本发明中，所述同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置中所述进料口1-2到沉降部2近进料口1-2侧边缘的水平距离、多级分选腔4-1的垂直高度配合高压气体的压力、流速，保证碳化硅粉料能够沉降于多级分选腔4-1的各腔体内，实现不同粒径、不同密度的碳化硅粉料的分选。
在本发明中，所述进料口1-2中引入的碳化硅粉料的加料速度优选为50～500g/min，更优选为70～400g/min，再优选为80～200g/min。
在本发明中，所述碳化硅粉料的纯度优选为5N。
引入高压气体和碳化硅粉料后，本发明中所述大颗粒碳化硅粉由沉降部2进入分级沉积-振动腔进行垂直分选，分别由多级分选腔4-1的各腔体内收集筛网下碳化硅粉料，得到不同粒径、不同密度的碳化硅粉料。
在本发明中，所述分选筛网4-2优选包括6个筛网；沿水平分选方向，所述分选筛网4-2的6个筛网的孔径优选依次为0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm和0.05mm。
在振筛机4-3的机械振动下实现不同粒径、不同密度碳化硅粉料的分选的同时，本发明中超细碳化硅粉被除尘机3-1吸入除尘袋3-2；所述超细碳化硅粉的粒径≤0.05mm。
在本发明中，所述除尘风机的转速优选为500～5000rpm，更优选为1000～4500rpm。
在本发明中，所述碳化硅粉料中的杂质碳粉优选被除尘机3-1吸入除尘袋3-2，有利于减少分级沉积-振动腔4中所得碳化硅粉料中碳粉杂质的含量，提高分级沉积-振动腔中所得分选碳化硅的纯度。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置和方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。显然，所描述的实施例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。
实施例1
采用本发明提供的同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置进行分选，其中，进料口1-2到沉降部2近进料口1-2侧边缘的水平距离为750mm，多级分选腔4-1的垂直高度为320mm；
将0.6MPa压力洁净的氮气引入进气口，流量为1000SLM，形成气流膜；
打开除尘风机，转速为1500rpm；
由进料口以100g/min的加料速度加入100g纯度为5N的碳化硅粉料；碳化硅粉料被氮气流携带产生横向速度；碳化硅粉料跟随气流进入沉降室，在重力作用下，碳化硅粉料开始下降，不同密度不同尺寸碳化硅粉料在气流作用下产生不同的初速度，在沉降室中做抛物线运动，坠入不同的多级分选筛，沿水平分选方向，多级分选筛中筛网的孔径依次为0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm和0.05mm；振筛机振动频率为5Hz，通过震动，实现将不同密度、不同粒径的碳化硅粉料分离；
碳粉和粒径≤0.05mm超细碳化硅粉在气流的携带下被除尘机吸引，进入除尘袋中，实现收集，防止扬尘发生。
对所得的碳化硅粉料进行检测，测得收集得到的碳化硅粉料分别为粒径>0.5mm，密度为1.4～1.5g/cm3；粒径为0.4～0.5mm，密度为1.3～1.4g/cm3；粒径为0.3～0.4mm，密度为1.25～1.35g/cm3；粒径为0.2～0.3mm，密度为1.2～1.3g/cm3；粒径为0.1～0.2mm，密度为1.15～1.25g/cm3；粒径为0.05～0.1mm，密度为1.1～1.2g/cm3；粒径<0.05mm，密度为1.0～1.1g/cm3几种粉料，实现了不同粒径、不同密度碳化硅粉料的分选。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种同时分选碳化硅粉料密度和粒径的装置，包括主管线，沿水平分选方向，所述主管线依次划分为连通的进气-进料部(1)、沉降部(2)和降尘部(3)；
所述进气-进料部(1)包括并列设置的进气口(1-1)和进料口(1-2)；
所述主管线的沉降部(2)位置设置有向下的沉降口，所述沉降口连通有分级沉积-振动腔(4)，沿垂直分选方向，所述分级沉积-振动腔(4)包括由上至下的多级分选腔(4-1)和振筛机(4-3)；所述多级分选腔(4-1)中设置有分选筛网(4-2)，所述多级分选腔(4-1)与所述沉降部(2)连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多级分选腔(4-1)分割为多个竖直腔体；
所述多级分选腔(4-1)的每个竖直腔体中设置有一个筛网，沿水平分选方向，所述多个竖直腔体内筛网的孔径逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分选筛网(4-2)包括6个筛网；沿水平分选方向，所述多级分选筛网(4-2)的6个筛网的孔径依次为0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm和0.05mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述降尘部(3)包括除尘风机(3-1)和除尘袋(3-2)；
沿水平分选方向，所述除尘袋连接于主管线尾端端部；所述除尘风机(3-1)设置在主管线上沉降部(2)和除尘袋(3-2)之间。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进料口(1-2)到沉降部(2)近进料口(1-2)侧边缘的水平距离为500～1000mm。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多级分选腔(4-1)的垂直高度为200～400mm。
7.一种利用权利要求1～6任一项所述装置的方法，包括以下步骤：
由进气口(1-1)引入高压气体，由进料口(1-2)引入碳化硅粉料，碳化硅粉料在所述高压气体的推动下在主管线内进行水平分选，分选为大颗粒碳化硅粉和超细碳化硅粉；所述高压气体的压力为0.3～1MPa；
所述大颗粒碳化硅粉由沉降部(2)进入分级沉积-振动腔(4)进行垂直分选，分别由多级分选腔(4-1)的各腔体内收集筛网下碳化硅粉料，得到不同粒径、不同密度的碳化硅粉料；
超细碳化硅粉被除尘机(3-1)吸入除尘袋(3-2)；所述超细碳化硅粉的粒径≤0.05mm。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高压气体的流量为500～10000SLM。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述进料口(1-2)引入的碳化硅粉料的加料速度为50～500g/min。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述碳化硅粉料的纯度为5N。
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