CN113460998B - 一种基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产设备及方法，物料由机搅拌器混合均匀后经振动给料机送至给料工位，工作台将物料送至压缩工位，压缩工位将物料压缩处理后再跟随工作台至放电工位。充电电源对放电电容充电，充到足够的电压时停止充电，开关装置接收控制设备信号闭合电路，放电电容对样品放电进行高温热冲击处理，监测设备记录电压电流数据以备后期处理。处理后的样品落入传送装置送至筛分装置，粒度较大的物料经管道返回振动给料机二次反应，经筛分过滤后的小料度物料落入收集桶中。本发明实现了高温热冲击材料制备中的自动充电、混料、给料、压缩、工作放电和卸料的连续化生产制造，可用于各种纳米材料的高温热冲击制造。

Description

一种基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产设备及方法

技术领域

本公开涉及材料生产设备领域，更具体的，涉及一种材料高温合成的连续化生产的基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产设备及方法。

背景技术

传统材料通过热辐射加热合成方法包括水热/溶剂热法，炉煅烧，水/油浴加热和化学气相沉积CVD等。

具体而言，大多数纳米材料，例如金属氧化物和金属氢氧化物是通常在100-200℃的温度范围内使用水/溶剂热法处理数小时获得。这些前体在高温和特定气氛下使用熔炉进一步退火，对前体进行加热，保温和冷却过程，将这些前体转变为碳化物，氮化物，硫化物和磷化物。

CVD是一种自底向上的方法，在铜箔上合成石墨烯，其中含碳气体在高温管式炉中流入其中。此外，利用水/油浴，已经广泛制备了纳米材料，尤其是金属纳米粒子。与水热/溶剂热法相比，水/油浴通常在环境压力而不是高压下进行。

目前工业上普遍使用的这些材料生产设备的加热方式为热辐射加热，而这往往对生产设备要求性能要求极高，并且意味着高能耗、高成本。限制了这些相关的推广和应用，因此急需开发一种低成本、高效连续化生产的高温材料合成方法来降低企业的产品生产成本，提升产品品质。

发明内容

基于以上提到的能耗和成本问题，通过电容放电的焦耳热高温热冲击法批量化制备高性能低成本材料。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产设备，包括：

旋转工作台，旋转工作台设有料仓，用于盛装物料；和

混给料组件，用于将非均质的反应物混合均匀形成物料，向旋转工作抬提供物料；和

压缩组件，用于将料仓内的松散物料压缩密实；和

电容充放电组件，用于对物料高温热冲击；和

物料收集组件，用于对高温热冲击处理的物料进行卸料、筛选和收集；和

气体保护组件，用于为物料的处理提供真空或惰性气体保护空间，

在旋转工作台转动的过程中，物料依次经过压缩、高温热冲击和卸料的过程，循环往复，实现连续化生产。

进一步地，还包括物料二次回收组件，用于将经物料收集组件筛分出的不合格品送回至混给物料组件，进行二次处理。

进一步地，所述旋转工作台，包括工作电机、工作台底座和工作台，所述工作台周向均布多个通孔作为料仓，工作台底座位于工作台的下方，工作台在工作电机的带动下相对于工作台底座转动；工作台对应混给料组件、压缩组件、电容充放电组件和物料收集组件的方位分别设有给料工位、压缩工位、放电工位和卸料工位，在工作台转动的过程中，料仓依次经过各工位，对物料进行相应处理。

进一步地，所述混给料组件包括机械搅拌器和振动给料机，所述机械搅拌器位于振动给料机的上方，振动给料机的出料口位于料仓的上方。

进一步地，所述电容充放电组件包括放电正电极、放电负电极、开关装置、监测装置、放电电容、充电电源和控制设备，充电电源对放电电容充电，充到足够的电压时停止充电，开关装置接收控制设备信号闭合电路，放电正电极和放电负电极位于料仓的两端，当放电电容对样品放电进行高温热冲击处理，监测设备记录电压电流数据以备后期处理。

进一步地，所述气体保护组件包括壳体和气瓶或抽真空装置，气瓶或抽真空装置设有阀门，通过管路连接至壳体，使壳体内形成真空腔体或惰性气体保护空间。

进一步地，所述压缩组件由压缩推杆带动压块在料仓内做往复压缩运动。

进一步地，物料收集组件包括收集桶，筛分装置和传送装置，所述传送装置用于将经过高温热冲击的物料传送至筛分装置，筛分装置分选出合格的物料，落入收集桶。

进一步的，所述物料二次处理回收组件包括管道和风机，管道的一端连接筛分装置，另一端连接混给料组件，风机将筛分出的非合格品通过管道输送至混给料组件，进行二次加工。

基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产方法，包括如下步骤：

步骤1)给料，旋转工作台将料仓转动至给料工位，物料由机搅拌器混合均匀后经振动给料机送至料仓；

步骤2)压缩，给料完成后由工作电机带动工作台将物料送至压缩工位，压缩组件将物料压缩处理，将松散物料压紧密实；

步骤3)高温热冲击，物料由工作台旋围送至放电工位，充电电源对放电电容充电，充到足够的电压时停止充电，开关装置接收控制设备信号闭合电路，放电电容对样品放电进行高温热冲击处理，监测设备记录电压电流数据以备后期处理；

步骤4)筛分，经高温热冲击处理后的物料经由卸料传送带传送至筛分装置，粒度低于筛分装置设定阈值的物料，经筛分装置处理后落入收集桶中；

步骤5)二次回收反应，经筛分装置处理筛选的粒度高于设定筛分装置阈值的物料，经风机和管道返回振动给料机进行二次反应。

进一步地，对于电阻大于10Ω的物料在放电工位采用电压60-100V进行预碳化处理，以促进电容在放电过程中更好地产生毫秒级的大电流电脉冲。

进一步地，步骤1)，为基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产提供真空或惰性气体保护空间，所述惰性气体为氩气或氮气

进一步地，所述电容放电为单次脉冲电，电压为0-500V，放电时间为20-2000ms。

本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产设备及方法，该方法将周期性的单次大功率电脉冲高温热冲击材料制备方法与连续化生产方法相结合，能够应用于工业化生产，有效避免了传统的热辐射加热法制备相关材料的高能耗、低效率，实现了相关材料的快速、连续化生产，大大降低了相关材料的生产成本。本发明方法简单，过程可控，成本低廉，有极大的商业化应用潜力。

附图说明

图1示出本发明高温热冲击材料连续化生产系统的结构示意图；

图2示出本发明工作台的俯视图；

图3示出本发明工作台的三维图；

图4为本发明实施例1提供的一种高温热冲击材料连续化生产方法流程图；

图5示出本发明的原理图；

图中，机械搅拌器-1，振动给料机-2，压缩推杆-3，控制设备-4，开关装置-5，监测装置-6，放电负电极-7，工作电机-8，放电电容-9，充电电源-10，收集桶-11，筛分装置-12，传送装置-13，工作台底座-14，工作台-15，放电正电极-16，管道-17壳体-18，气瓶-19，给料工位-15-1，压缩工位-15-2，放电工位-15-3，卸料工位-15-4，轴孔15-5，料仓15-6。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步详细说明。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种截面图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及他们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

实施例1

参阅图1-4，一种基于电容放电的高温热冲击石墨烯连续化生产方法。

混给料组件，包括机械搅拌器1和振动给料机2，机械搅拌器1位于振动给料机2的上方，将非均质的反应物混合均匀形成物料后由振动给料机2送至旋转工作台。旋

转工作台，包括工作电机8、工作台底座14和工作台15，工作电机8带动工作台15相对工作台底座14绕中心轴做旋转运动，工作台15上周向均布四个料仓15-6，当混给料组件给料时，其出料口正对其中一个料仓15-6；工作台底座14和工作台15的中心对应设有轴孔15-5，用于与工作电机8的电机轴连接。旋转工作台设有四个工位，分别为给料工位15-1、压缩工位15-2、放电工位15-3、卸料工位15-4，其中给料工位对应混给料组件设置，压缩工位15-2对应压缩组件设置，放电工位对应电容充放电组件设置，卸料工位对应物料收集组件设置。工作台底座位于卸料工位处设有卸料孔。

电容充放电组件，包括放电正电极16、放电负电极7、开关装置5、监测装置6、放电电容9、充电电源10和控制设备4，负责电容的充放电管理和信号的监控。充电电源10对放电电容9充电，充到足够的电压时停止充电，开关装置5接收控制设备4信号闭合电路，放电正电极和放电负电极位于料仓的两端，放电负电极嵌装于工作台底座，放电正电极位于工作台的上方，与放电负电极对应，由电动或液压推杆推入料仓，对样品放电进行高温热冲击处理，监测设备6记录电压电流数据以备后期处理。

压缩工位上方设置动压缩推杆3，压缩推杆的底端设置有与料仓内径吻合的压块，压缩推杆带动压块在料仓内对物料做往复压缩运动。压块与压压缩推杆3之间可以设置弹性部件，如弹簧等，用于起到缓冲的作用。在旋转工作台的上方可以设置安装支架用于安装电动或液压推杆以及压缩推杆。

物料收集组件，包括收集桶11，筛分装置12和传送装置13，所述传送装置为倾斜的传送带，其较高的一端连接卸料孔，较低的一端连接至筛分装置，用于将经过高温热冲击的物料传送至筛分装置，由筛分装置分选出合格的物料，落入收集桶11。

物料二次处理回收组件，包括管道17和风机，管道的一端连接筛分装置，另一端连接混给料组件的振动给料机，风机将筛分出的非合格品通过管道输送至振动给料机，进行二次加工。

工作步骤为：

步骤1，旋转工作台将料仓15-6转动至给料工位15-1，煤沥青由机搅拌器1混合均匀后经振动给料机送至料仓；

步骤2，给料完成后由工作电机6带动工作台15将物料送至压缩工位15-2，压缩推杆3带动压块将物料压缩处理，将松散物料压紧密实；

步骤3，物料由工作台15旋转送至放电工位15-3，电动推杆将放电正电极推入料仓15-5，压在物料的顶部，此时，物料的底端正对放电负电极，充电电源10对放电电容9充电，充到足够的电压时停止充电，开关装置5接收控制设备4信号闭合电路，放电电容9对样品放电进行高温热冲击处理；

步骤4，物料经由卸料孔排出，由卸料传送带13传送至筛分装置12，粒度低于筛分装置设定阈值200目的反应充分的物料，经筛分装置处理后落入收集桶11中；粒度高于设定筛分装置阈值200目的反应不充分的物料，由于颗粒较大，留在筛分装置装置内，经风机由管道17返回振动给料机2进行二次反应。

实施例2

参阅图1-4，基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产石墨烯材料的方法。

振动给料机2用于振动给料；

工作电机8与旋转工作台15相连，为工作台15的旋转提供动能，从而使物料到达指定工位；给料工位15-1位于振动给料机2的下端，物料经振动给料机分散好装入给料工位15-1中；由工作电机8带动旋转至压缩工位15-2，压缩完成后再由电机驱动至放电工位15-3；开关装置闭合开关导通电路，产生毫秒级的电脉冲至物料产生高温热冲击生成石墨烯材料；

生成的石墨烯材料进一步的传递至卸料工位，由传送带运至筛分装置，粒度较大的未充分反应的物料经管道17输回给料机2进行二次反应，粒度合格的物料送至收集筒11中，具体参照实施例1。

对于电阻大于10Ω的物料在放电工位采用小电压60-100V进行预碳化处理，以促进电容在放电过程中更好地产生毫秒级的大电流电脉冲。

实施例3

参阅图1-4，一种基于电容放电的高温热冲击碳载金属粒子的连续化生产方法。

机械搅拌器将金属盐溶液和碳源进行机械搅拌混合均匀；

其他同实施例2。

在实施前，将壳体18形成真空腔体或惰性气体保护空间，惰性气体为氩气或氮气。为

了使本领域技术人员更清楚地解高温热冲击材料连续化生产的过程，下面对其工作原理进行具体阐释。

物料经搅拌、压缩后送至工作台15的放电工位15-3；市供的交流电通过整流器输出0-400V的直流电，输出的直流电通过放电电容9进行能量储存，经过5-10分钟的充电过程，停止充电后，开关装置5闭合，放电电容9通过正负电极进行放电，其电容产生的电脉冲通过电极与物料本体完全接触，使得物料内产生等离子通道，在50-2000毫秒内物料内由于焦耳热产生3000度以上的高温，高温热冲击的原理图可参阅图5。由于这些等离子通道内产生的高温和应力波，高温使材料快速石墨化，由无定形碳转变为石墨化碳，应力波使堆叠的石墨晶畴剥离成少层或单层的石墨烯材料。对于碳载金属粒子，高温还可以使金属盐还原成金属氧化物或金属单质，其超快的加热和冷却速率，可以使金属锚接在碳载体上。

相比已公知的高温热冲击制备材料的方法，本发明具有方法简单易操控，更适用于连续化不间断地生产，更适用于大规模工业化生产。

本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本发明可用其他的不违背本发明精神或主要特征的具体形式来概述。因此，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明的权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产设备，其特征在于，包括：

旋转工作台，旋转工作台设有料仓，用于盛装物料,所述旋转工作台，包括工作电机、工作台底座和工作台，所述工作台周向均布多个通孔作为料仓，工作台底座位于工作台的下方，工作台在工作电机的带动下相对于工作台底座转动；工作台对应混给料组件、压缩组件、电容充放电组件和物料收集组件的方位分别设有给料工位、压缩工位、放电工位和卸料工位，在工作台转动的过程中，料仓依次经过各工位，对物料进行相应处理；

混给料组件，所述混给料组件包括机械搅拌器和振动给料机，所述机械搅拌器位于振动给料机的上方，振动给料机的出料口位于料仓的上方，用于将非均质的反应物混合均匀形成物料，向旋转工作台提供物料；

压缩组件，所述压缩组件由压缩推杆带动压块在料仓内做往复压缩运动,用于将料仓内的松散物料压缩密实；

电容充放电组件，用于对物料高温热冲击；

物料收集组件，物料收集组件包括收集桶，筛分装置和传送装置，所述传送装置用于将经过高温热冲击的物料传送至筛分装置，筛分装置分选出合格的物料，落入收集桶，用于对高温热冲击处理的物料进行卸料、筛选和收集；和

气体保护组件，用于为物料的处理提供真空或惰性气体保护空间，

在旋转工作台转动的过程中，物料依次经过压缩、高温热冲击和卸料的过程，循环往复，实现连续化生产；

还包括物料二次回收组件，用于将经物料收集组件筛分出的不合格品送回至混给物料组件，进行二次处理；所述物料二次处理回收组件包括管道和风机，管道的一端连接物料收集组件，另一端连接混给料组件，风机将物料收集组件筛分出的非合格品通过管道输送至混给料组件，进行二次加工。

2.根据权利要求1所述的基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产设备，其特征在于，所述电容充放电组件包括放电正电极、放电负电极、开关装置、监测装置、放电电容、充电电源和控制设备，充电电源对放电电容充电，充到足够的电压时停止充电，开关装置接收控制设备信号闭合电路，放电正电极和放电负电极位于料仓的两端，当放电电容对样品放电进行高温热冲击处理，监测设备记录电压电流数据以备后期处理。

3.根据权利要求1所述的基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产设备，其特征在于，所述气体保护组件包括壳体和气瓶或抽真空装置，气瓶或抽真空装置设有阀门，通过管路连接至壳体，使壳体内形成真空腔体或惰性气体保护空间。

4.利用权利要求1～3任意一项权利要求所述的设备进行基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)给料，旋转工作台将料仓转动至给料工位，物料由机搅拌器混合均匀后经振动给料机送至料仓；

步骤2)压缩，给料完成后由工作电机带动工作台将物料送至压缩工位，压缩组件将物料压缩处理，将松散物料压紧密实；

步骤3)高温热冲击，物料由工作台旋围送至放电工位，充电电源对放电电容充电，充到足够的电压时停止充电，开关装置接收控制设备信号闭合电路，放电电容对样品放电进行高温热冲击处理，监测设备记录电压电流数据以备后期处理；

步骤4)卸料分选，经高温热冲击处理后的物料经由卸料传送带传送至筛分装置，粒度低于筛分装置设定阈值的物料，经筛分装置处理后落入收集桶中；

步骤5)二次回收反应，经筛分装置处理筛选的粒度高于设定筛分装置阈值的物料，经风机和管道返回振动给料机进行二次反应。

5.根据权利要求4所述的基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产方法，其特征在于，在步骤3)之前对于电阻大于10Ω的物料在放电工位采用电压60-100V进行预碳化处理。

6.根据权利要求4所述的基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产方法，其特征在于，为基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产提供真空或惰性气体保护空间。

7.根据权利要求4所述的基于电容放电的高温热冲击材料连续化生产方法，其特征在于，所述电容放电为单次脉冲电，电压为500V，放电时间为20-2000ms。

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