CN116768636B - 一种连续式氮化法制备氮化硅粉体生产线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连续式氮化法制备氮化硅粉体生产线，涉及氮化硅生产技术领域，包括基板，基板的上端安装有氮化反应装置和保温冷却装置，氮化反应装置的进料口安装有预热进料机构，氮化反应装置的出料口与保温冷却装置对应设置，通过预热进料机构自动向氮化反应装置中送入氮气和硅粉，氮化反应装置也能够自动将反应生成的氮化硅送入保温冷却装置中，无需停机就能进行进出料的步骤，有利于实现连续化生产的目的，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及氮化硅生产技术领域，具体为一种连续式氮化法制备氮化硅粉体生产线。
背景技术
氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料。它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性，人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件；
目前，现有氮化硅粉体生产主要由以下两种方法，钟罩炉电热或微波加热氮气渗透法、卧式粉带电热或微波加热自蔓延氮气渗透法，但是采用上述方法制备氮化硅粉体时是将硅粉堆放高温反应合成氮化硅，合成后的氮化硅容易团聚成块，还需后续的粉碎研磨步骤，增加了生产步骤，提高了成本。
发明内容
本发明提供一种连续式氮化法制备氮化硅粉体生产线，用以解决上述提出的现有氮化硅粉体生产主要由以下两种方法，钟罩炉电热或微波加热氮气渗透法、卧式粉带电热或微波加热自蔓延氮气渗透法，但是采用上述方法制备氮化硅粉体时是将硅粉堆放高温反应合成氮化硅，合成后的氮化硅容易团聚成块，还需后续的粉碎研磨步骤，增加了生产步骤，提高了成本的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明公开了一种连续式氮化法制备氮化硅粉体生产线，包括基板，基板的上端安装有氮化反应装置和保温冷却装置，氮化反应装置的进料口安装有预热进料机构，氮化反应装置的出料口与保温冷却装置对应设置。
优选的，氮化反应装置包括反应组件，反应组件包括电动伸缩杆和支撑杆，电动伸缩杆和支撑杆固定设置在基板的上端，电动伸缩杆远离基板的一端与连接块一转动连接，连接块一与支撑板的下端滑动连接，支撑杆远离基板的一端与连接块二转动连接，连接块二与支撑板的下端固定连接，支撑板的上端固定设有加热装置，加热装置环绕设置在反应炉管的前侧，反应炉管的出料口安装有密封盖，密封盖分别与出料斗、气管连通。
优选的，反应炉管的左右两侧分别设有支撑轮，支撑轮与支撑座转动连接，支撑座分别设置在支撑板的上端左右两侧，反应炉管的前侧与从动齿轮固定连接，从动齿轮与主动齿轮啮合，主动齿轮与驱动电机固定连接，驱动电机固定设置在支撑板的上端。
优选的，预热进料机构包括喷射器一，喷射器一的内部设有喷射腔，喷射腔中安装有加热火炬，喷射器一的进料口连通有喷射器二，喷射器二分别与氮气进气管和硅粉喷射器连通，喷射器一的出料口与盘型预热管的进料部连通，喷射器一的进料口和出料口分别与喷射腔连通，盘型预热管安装在预热壳的预热腔中，盘型预热管的出料部与反应炉管的进料口连通，盘型预热管的进料部、出料部均贯穿预热壳的侧端与外界连通。
优选的，保温冷却装置包括保温设备和冷却设备，保温设备和冷却设备均安装在基板的上端，保温设备的进料口与氮化反应装置的出料斗对应设置。
优选的，冷却设备包括冷却板，冷却板的周侧安装有密封盖，密封盖的上端贯穿设有入料口，入料口与保温设备的出料口对应设置，密封盖的下端设有冷却腔，入料口与冷却腔连通，冷却板的下端顶角处安装有四个支撑腿，支撑腿与基板固定连接，冷却板的下端中部设有安装槽，安装槽中安装有冷却管，冷却管的进水口与进水管连通，冷却管的出水口与出水管连通，进水管、冷却管、出水管和冷却水箱依次连通，冷却水箱与支撑腿固定连接。
优选的，还包括功能机构，功能机构包括冷却板的上端前后两侧滑动设置的推动板，推动板沿左右方向间隔均匀布设有若干转动轴，转动轴的前后两侧分别设有螺纹段，且转动轴的螺纹段与推动板螺纹连接，转动轴的中部圆柱段沿前后方向间隔均匀布设有若干转动板，转动轴的前侧圆柱段与齿轮固定连接，相邻的转动轴上连接的齿轮相互啮合，其中一个转动轴的前侧圆柱段贯穿密封盖的前端并与外界的带轮一和两个锥齿轮二固定连接，两个锥齿轮二之间啮合有锥齿轮一，锥齿轮一通过驱动轴与电机固定连接，电机固定设置在密封盖的前端。
优选的，密封盖的右端为滑动设置的活动板，活动板与筛分网固定连接，筛分网滑动设置在冷却腔中，活动板的下端连接有配合块一，配合块一的倾斜端与配合块二的倾斜端滑动连接，配合块二与冷却水箱的下端滑动连接，配合块二远离倾斜端的一端与凸轮盘接触，凸轮盘通过连接轴与带轮二固定连接，凸轮盘与转动杆偏心连接，转动杆与推动杆转动连接，推动杆贯穿推动壳的侧端进入推动腔中并与推动板固定连接，推动板与推动腔滑动连接，推动壳固定设置在冷却水箱的下端，推动腔的上端进口与冷却水箱的出口连通，推动腔远离推动杆的一端与进水管连通，带轮二通过传送带与带轮一连接。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
1.通过预热进料机构自动向氮化反应装置中送入氮气和硅粉，氮化反应装置也能够自动将反应生成的氮化硅送入保温冷却装置中，无需停机就能进行进出料的步骤，有利于实现连续化生产的目的，提高了生产效率；
2.通过控制氮化反应装置中支撑板的倾斜角度、反应炉管的转速，可控制混合物料在反应炉管高温区停留的时间，同时混合物料随着反应炉管不断翻转，运动，能够使得氮气和硅粉更加均匀，提高了反应效率，避免反应合成的氮化硅团聚。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的氮化反应装置结构示意图；
图3为本发明的冷却设备结构示意图；
图4为本发明的冷却设备俯视结构示意图；
图5为本发明的冷却管结构示意图。
图中：1、基板；2、氮化反应装置；3、冷却设备；4、保温设备；5、电动伸缩杆；6、支撑杆；7、支撑板；8、预热壳；9、喷射器一；10、喷射器二；11、氮气进气管；12、加热火炬；13、盘型预热管；14、预热腔；15、反应炉管；16、加热装置；17、从动齿轮；18、主动齿轮；19、驱动电机；20、支撑座；21、支撑轮；22、带轮二；23、气管；24、配合块一；25、出料斗；26、密封盖；27、电机；28、驱动轴；29、锥齿轮一；30、带轮一；31、锥齿轮二；32、齿轮；33、配合块二；34、转动板；35、推动板；36、转动轴；37、入料口；38、筛分网；39、冷却腔；40、冷却板；41、支撑腿；42、传送带；43、冷却管；44、进水管；45、出水管；46、冷却水箱；47、进口；48、推动壳；49、推动腔；50、推动板；51、推动杆；52、转动杆；53、凸轮盘。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供如下实施例
实施例1
本发明实施例提供了一种连续式氮化法制备氮化硅粉体生产线，如图1-图2所示，包括基板1，基板1的上端安装有氮化反应装置2和保温冷却装置，氮化反应装置2的进料口安装有预热进料机构，氮化反应装置2的出料口与保温冷却装置对应设置；
氮化反应装置2包括反应组件，反应组件包括电动伸缩杆5和支撑杆6，电动伸缩杆5和支撑杆6固定设置在基板1的上端，电动伸缩杆5远离基板1的一端与连接块一转动连接，连接块一与支撑板7的下端滑动连接，支撑杆6远离基板1的一端与连接块二转动连接，连接块二与支撑板7的下端固定连接，支撑板7的上端固定设有加热装置16，加热装置16环绕设置在反应炉管15的前侧，反应炉管15的出料口安装有密封盖，密封盖分别与出料斗25、气管23连通；
反应炉管15的左右两侧分别设有支撑轮21，支撑轮21与支撑座20转动连接，支撑座20分别设置在支撑板7的上端左右两侧，反应炉管15的前侧与从动齿轮17固定连接，从动齿轮17与主动齿轮18啮合，主动齿轮18与驱动电机19固定连接，驱动电机19固定设置在支撑板7的上端。
上述技术方案的有益效果为：
在制备氮化硅粉体时，首先通过预热进料机构对硅粉和氮气进行预热，并使得硅粉和氮气混合起来，然后将预热后的硅粉和氮气的混合物料送入反应炉管15中，反应炉管15为石墨炉管，电动伸缩杆5设置在支撑板7靠近预热进料机构的一端，从而可以将支撑板7靠近预热进料机构的一端抬升，通过设置支撑轮21，对反应炉管15的转动起到导向作用，在带动反应炉管15转动时，驱动电机19带动主动齿轮18转动，主动齿轮18带动从动齿轮17旋转，从动齿轮17带动反应炉管15转动，在旋转与重力作用下，反应炉管15中的混合物料不断被提升、抛下，同时向着密封盖的方向移动，加热装置16对其对应环绕的反应炉管15的区域进行加热，使得该区域形成高温区域，加热装置16的加热材料为金属加热丝，在混合物料经过反应炉管15的高温区域时，对混合物料进行进一步加热并反应合成氮化硅粉体，通过控制支撑板7的倾斜角度、反应炉管15的转速，可控制混合物料在反应炉管15高温区停留的时间，同时混合物料随着反应炉管15不断翻转，运动，能够使混合物料更加均匀，提高了反应效率，同时避免反应合成的氮化硅团聚，解决了现有氮化硅粉体生产主要由以下两种方法，钟罩炉电热或微波加热氮气渗透法、卧式粉带电热或微波加热自蔓延氮气渗透法，但是采用上述方法制备氮化硅粉体时是将硅粉堆放高温反应合成氮化硅，合成后的氮化硅容易团聚成块，还需后续的粉碎研磨步骤，增加了生产步骤，提高了成本的技术问题，反应合成的氮化硅粉体通过出料斗25进入保温冷却装置中，在对氮化硅粉体保温一段时间后进行冷却，完成了氮化硅粉体的生产，可通过预热进料机构自动向氮化反应装置2中送入氮气和硅粉，氮化反应装置2也能够自动将反应合成的氮化硅送入保温冷却装置中，无需停机就能进行进出料的步骤，有利于实现连续化生产的目的，提高了生产效率。
实施例2
在实施例1的基础上，如图1-图2所示，预热进料机构包括喷射器一9，喷射器一9的内部设有喷射腔，喷射腔中安装有加热火炬12，喷射器一9的进料口连通有喷射器二10，喷射器二10分别与氮气进气管11和硅粉喷射器连通，喷射器一9的出料口与盘型预热管13的进料部连通，喷射器一9的进料口和出料口分别与喷射腔连通，盘型预热管13安装在预热壳8的预热腔14中，盘型预热管13的出料部与反应炉管15的进料口连通，盘型预热管13的进料部、出料部均贯穿预热壳8的侧端与外界连通，且盘型预热管13和反应炉管15通过密封法兰密封。
上述技术方案的有益效果为：
硅粉喷射器将硅粉料仓中的硅粉，氮气进气管11将氮气制备增压装置送出来的氮气经过喷射器二10送入喷射器一9的喷射腔中，加热火炬12为微波等离子火炬，微波等离子火炬将喷射腔中的氮气、硅粉喷进盘型预热管13中进行预热，最终从盘型预热管13送入反应炉管15中(参考CN201810324907-一种氮化硅粉体生产线)。
实施例3
在实施例1的基础上，如图1-图3所示，保温冷却装置包括保温设备4和冷却设备3，保温设备4和冷却设备3均安装在基板1的上端，保温设备4的进料口与氮化反应装置2的出料斗25对应设置；
冷却设备3包括冷却板40，冷却板40的周侧安装有密封盖26，密封盖26的上端贯穿设有入料口37，入料口37与保温设备4的出料口对应设置，密封盖26的下端设有冷却腔39，入料口37与冷却腔39连通，冷却板40的下端顶角处安装有四个支撑腿41，支撑腿41与基板1固定连接，冷却板40的下端中部设有安装槽，安装槽中安装有冷却管43，冷却管43的进水口与进水管44连通，冷却管43的出水口与出水管45连通，进水管44、冷却管43、出水管45和冷却水箱46依次连通，冷却水箱46与支撑腿41固定连接。
上述技术方案的有益效果为：
氮化反应装置2生成的氮化硅粉体经过出料斗25进入保温设备4(参考CN201820928832-一种保温炉炉盖及保温炉)中保温一定时间，在此进料过程中出料斗25与保温设备4的进料口对应设置，保温后的氮化硅粉体从保温设备4的出料口取出，然后经过冷却设备的入料口37落在冷却板40上，冷却水箱46(参考CN201922172981-一种用于铝合金铸件热处理的冷却水箱)、进水管44和出水管45的设置能够使得在冷却水沿着冷却管43循环流动，使得冷却板40对其上放置的氮化硅粉体进行冷却。
实施例4
在实施例3的基础上，如图3-图5所示，还包括功能机构，功能机构包括冷却板40的上端前后两侧滑动设置的推动板35，推动板35沿左右方向间隔均匀布设有若干转动轴36，转动轴36的前后两侧分别设有螺纹段，且转动轴36前后两侧的螺纹段与前后两侧的推动板35对应螺纹连接，转动轴36的中部圆柱段沿前后方向间隔均匀布设有若干转动板34，转动轴36的前侧圆柱段与齿轮32固定连接，相邻的转动轴36上连接的齿轮32相互啮合，其中一个转动轴36的前侧圆柱段贯穿密封盖26的前端并与外界的带轮一30和两个锥齿轮二31固定连接，两个锥齿轮二31之间啮合有锥齿轮一29，锥齿轮一29通过驱动轴28与电机27固定连接，电机27固定设置在密封盖26的前端；
密封盖26的右端为滑动设置的活动板，活动板与冷却板40滑动连接，活动板与筛分网38固定连接，筛分网滑动设置在冷却腔39中，活动板的下端连接有配合块一24，配合块一24的倾斜端与配合块二33的倾斜端滑动连接，配合块二33与冷却水箱46的下端滑动连接，配合块二33设置在前后两侧的支撑腿41之间，配合块二33远离倾斜端的一端与凸轮盘53接触，凸轮盘53通过连接轴与带轮二22固定连接，连接轴与连接杆转动连接，连接杆固定设置在冷却水箱46的下端，凸轮盘53与转动杆52偏心连接，转动杆52与推动杆51转动连接，推动杆51贯穿推动壳48的侧端进入推动腔49中并与推动板50固定连接，推动板50与推动腔49滑动连接，推动壳48固定设置在冷却水箱46的下端，推动腔49的上端进口47与冷却水箱46的出口连通，出水管45与冷却水箱46的进口连通，推动腔49远离推动杆51的一端与进水管44连通，带轮二22通过传送带42与带轮一30连接。
上述技术方案的有益效果为：
密封盖26中除活动板外其余端面均与冷却板40固定连接，冷却腔39为密闭腔，通过设置功能机构，在对氮化硅粉体进行冷却时，启动电机27，电机27通过驱动轴28带动锥齿轮一29转动，锥齿轮一29为不完全锥齿轮，锥齿轮一29带动锥齿轮二31转动，锥齿轮二31对称啮合在锥齿轮一29的前后两侧，使得锥齿轮一29转动时能够带动与锥齿轮二31连接的转动轴36往复转动，该转动轴36带动对应连接的齿轮32转动，从而使得若干转动轴36连接的齿轮32均进行转动，若干转动轴36开始同步转动，转动轴36前后两侧的螺纹段旋向相反，同侧相邻的转动轴36上的螺纹段旋向相反，转动轴36带动转动板34转动，转动板34将下侧的氮化硅粉体翻到上边，上侧的氮化硅粉体翻到下边，能够均匀的对氮化硅粉体进行冷却，若干转动轴36同步转动时能够使前后两侧的推动板35相向移动，在推动板35向着相互靠近的方向移动时，能够推动冷却板40上的氮化硅粉体向着转动板34的方向移动，提高了对冷却板40上氮化硅粉体的混合效果；
在锥齿轮二31转动时还能够带动带轮一30往复转动，带轮一30通过传送带42带动带轮二22往复转动，带轮二22通过连接轴带动凸轮盘53往复转动，凸轮盘53带动转动杆52往复转动，转动杆52带动推动杆51往复移动，推动杆51带动推动板50沿着推动腔49往复滑动，推动板50向着进水管44方向移动时能够将推动腔49中的冷却水推入进水管44中，最终流入冷却管43，冷却管43中的冷却水通过出水管45流入冷却水箱46，在推动板50向着出水管45的方向移动时冷却水箱46中的水通过进口47进入推动腔49中，实现了对推动腔49进行补液的目的，从而实现了冷却水沿着进水管44、出水管45、冷却管43、推动壳48和冷却水箱46中冷却水循环的目的；
在凸轮盘53转动的同时凸轮盘53的凸出端与配合块二33接触，推动配合块二33移动，配合块二33带动配合块一24向上移动，配合块一24通过活动板带动筛分网38向上移动，在凸轮盘53的凸出端与配合块二33脱离接触后，在重力作用下筛分网38向下移动，使得配合块一24和配合块二33恢复原位，实现了筛分网38上下晃动的目的，使得功能机构具备筛分功能，能够将氮化硅粉体筛分到合适粒径在进行冷却，将筛分网38上粒径大的氮化硅粉体放入研磨装置进行研磨之后再进行冷却，功能机构的设置，仅需一个电机即能够实现冷却水的循环、冷却板40上氮化硅粉体的搅动以及氮化硅粉体的筛分功能，降低了成本，节省了资源。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.一种连续式氮化法制备氮化硅粉体生产线，其特征在于：包括基板（1），基板（1）的上端安装有氮化反应装置（2）和保温冷却装置，氮化反应装置（2）的进料口安装有预热进料机构，氮化反应装置（2）的出料口与保温冷却装置对应设置；
氮化反应装置（2）包括反应组件，反应组件包括电动伸缩杆（5）和支撑杆（6），电动伸缩杆（5）和支撑杆（6）固定设置在基板（1）的上端，电动伸缩杆（5）远离基板（1）的一端与连接块一转动连接，连接块一与支撑板（7）的下端滑动连接，支撑杆（6）远离基板（1）的一端与连接块二转动连接，连接块二与支撑板（7）的下端固定连接，支撑板（7）的上端固定设有加热装置（16），加热装置（16）环绕设置在反应炉管（15）的前侧，反应炉管（15）的出料口安装有密封盖，密封盖分别与出料斗（25）、气管（23）连通；
保温冷却装置包括保温设备（4）和冷却设备（3），保温设备（4）和冷却设备（3）均安装在基板（1）的上端，保温设备（4）的进料口与氮化反应装置（2）的出料斗（25）对应设置；
冷却设备（3）包括冷却板（40），冷却板（40）的周侧安装有密封盖（26），密封盖（26）的上端贯穿设有入料口（37），入料口（37）与保温设备（4）的出料口对应设置，密封盖（26）的下端设有冷却腔（39），入料口（37）与冷却腔（39）连通，冷却板（40）的下端顶角处安装有四个支撑腿（41），支撑腿（41）与基板（1）固定连接，冷却板（40）的下端中部设有安装槽，安装槽中安装有冷却管（43），冷却管（43）的进水口与进水管（44）连通，冷却管（43）的出水口与出水管（45）连通，进水管（44）、冷却管（43）、出水管（45）和冷却水箱（46）依次连通，冷却水箱（46）与支撑腿（41）固定连接；
还包括功能机构，功能机构包括冷却板（40）的上端前后两侧滑动设置的推动板（35），推动板（35）沿左右方向间隔均匀布设有若干转动轴（36），转动轴（36）的前后两侧分别设有螺纹段，且转动轴（36）的螺纹段与推动板（35）螺纹连接，转动轴（36）的中部圆柱段沿前后方向间隔均匀布设有若干转动板（34），转动轴（36）的前侧圆柱段与齿轮（32）固定连接，相邻的转动轴（36）上连接的齿轮（32）相互啮合，其中一个转动轴（36）的前侧圆柱段贯穿密封盖（26）的前端并与外界的带轮一（30）和两个锥齿轮二（31）固定连接，两个锥齿轮二（31）之间啮合有锥齿轮一（29），锥齿轮一（29）通过驱动轴（28）与电机（27）固定连接，电机（27）固定设置在密封盖（26）的前端；
密封盖（26）的右端为滑动设置的活动板，活动板与筛分网（38）固定连接，筛分网滑动设置在冷却腔（39）中，活动板的下端连接有配合块一（24），配合块一（24）的倾斜端与配合块二（33）的倾斜端滑动连接，配合块二（33）与冷却水箱（46）的下端滑动连接，配合块二（33）远离倾斜端的一端与凸轮盘（53）接触，凸轮盘（53）通过连接轴与带轮二（22）固定连接，凸轮盘（53）与转动杆（52）偏心连接，转动杆（52）与推动杆（51）转动连接，推动杆（51）贯穿推动壳（48）的侧端进入推动腔（49）中并与推动板（50）固定连接，推动板（50）与推动腔（49）滑动连接，推动壳（48）固定设置在冷却水箱（46）的下端，推动腔（49）的上端进口（47）与冷却水箱（46）的出口连通，推动腔（49）远离推动杆（51）的一端与进水管（44）连通，带轮二（22）通过传送带（42）与带轮一（30）连接。
2.根据权利要求1所述的一种连续式氮化法制备氮化硅粉体生产线，其特征在于：反应炉管（15）的左右两侧分别设有支撑轮（21），支撑轮（21）与支撑座（20）转动连接，支撑座（20）分别设置在支撑板（7）的上端左右两侧，反应炉管（15）的前侧与从动齿轮（17）固定连接，从动齿轮（17）与主动齿轮（18）啮合，主动齿轮（18）与驱动电机（19）固定连接，驱动电机（19）固定设置在支撑板（7）的上端。
3.根据权利要求1所述的一种连续式氮化法制备氮化硅粉体生产线，其特征在于：预热进料机构包括喷射器一（9），喷射器一（9）的内部设有喷射腔，喷射腔中安装有加热火炬（12），喷射器一（9）的进料口连通有喷射器二（10），喷射器二（10）分别与氮气进气管（11）和硅粉喷射器连通，喷射器一（9）的出料口与盘型预热管（13）的进料部连通，喷射器一（9）的进料口和出料口分别与喷射腔连通，盘型预热管（13）安装在预热壳（8）的预热腔（14）中，盘型预热管（13）的出料部与反应炉管（15）的进料口连通，盘型预热管（13）的进料部、出料部均贯穿预热壳（8）的侧端与外界连通。
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