CN1396026A - 生产纳米金属粉工业装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生产金属纳米粒子装置技术领域。其为大批量生产纳米金属粒子而设计的。其包括有壳体，在壳体蒸发腔里安置有装盛金属液体的坩埚，同时壳体还开口连接有粒子控制器，粒子控制器另一出口连接有粒子收集器，粒子收集器有出料口和气相出口，气相出口通过管道和泵分别接壳体和粒子控制器的循环入口，其特征在于在壳体内的绝缘层中间安置有中频感应线圈，中频感应线圈同在壳体外的控制装置连接，在绝缘层里侧表面衬有绝热层，在绝热层的凹腔中安置该坩埚。它具有结构简单、产量大、粒度容易控制优点，适合在工业上推广使用。

Description

生产纳米金属粉工业装置

技术领域

本发明涉及一种生产纳米金属粉末装置技术领域。

背景技术

新材料是当今科技发展最为活跃的领域之一，世界上主要工业发达国家都把新材料研究作为科技进步和经济发展的一个重点。纳米材料由于颗粒尺度微小化，其对光、电、机械应力的反应不同于中毫米或微米结构颗粒构成的普通材料，如强度高出5倍的纳米铜、摔不破的纳米陶瓷、强度比钢铁高出100倍的纳米碳管等相继出现。粒度小于100纳米的超细金属材料，具有各种规格材料所无法达到的优良性能，在粉末冶金、精细化工、电子信息等领域有着广阔的前景，现在生产纳米金属粉末的方法主要有化学方法和物理方法，各有各优点和局限性，化学法如电解法、羰基热分解法、水浆加压氧还原法等，一般不能较大规模地生产，有一定污染性，物理法有激光法和等离子体法，一般转移弧等离子体法是在较高真空度下操作，并且没有粒子控制装置，所以具有生产产量低、粒子成长不容易、粒度分布较大等缺点，特别在电子行业如电路、电子元件涂层中需要是几百纳米以上的金属粉末，以防止纳米颗粒团聚，这样一个尺度范围的金属纳米粒子，采用化学法和一般激光法不太容易得到。在中国专利文献库中较多地集中报道纳米金属粒子生产方法，对于大批量生产金属纳米粒子粉末的生产装置报道不多，如专利号为00233180.2的中国专利“一种纳米金属的生产装置”，其是由电爆炸筒、阀门、冷却器、真空风机、输送管道、一号分离仓、回风管、二号分离仓、三号分离仓、包装箱、支架)、控制台、真空泵、电机所构成，其特征在于：电爆炸筒是由外壳、两端盖构成一简体，在其内分设有A、B、C腔和顶腔，在B、C腔内设有内壳，中间形成冷却层，在B腔上设有输出孔、观察孔、回气孔、抽真空孔、漏斗，电爆炸筒的A腔内设有料盘、支架、阴极接线柱、导管，料盘枢设在支架上，阴极接线柱与B腔内的阴极架导接，导管固设在A腔与B腔之间的隔板上；在B腔内设有阴极架、阴极头、绝缘体、绝缘子、阳极板，B腔内的阴极架上设阴极头，阳极板与阴极头之间的距离为可调的，阳极板设在阳极导电柱上，阳极导电柱靠近阳极板的一段上套设绝缘子，另一段包封绝缘体；C腔内的阳极导电柱之间连接阻尼放电架，阻尼放电架的放电距离是可调的，C腔内靠近来电一侧的阳极导电柱上套设绝缘子；在顶腔内设有绝缘体及阳极接线柱，阳极接线柱所连通的阳极导电柱上包封绝缘体；电爆炸筒置于支架上，其输出孔与阀门相接，阀门与管式冷却器相连接，冷却器的另一端连接输送管道，输送管道另一端与一号分离仓的进气孔相连接，一号分离仓下端设有真空包装箱，其上端设有出气孔连接输送管道，输送管道另一端连接阀门再连接二号分离仓的进气孔，同此连接三号分离仓，三号分离仓上端的出气孔再连接阀门、阀门再与回风管相连接，回风管的另一端与真空风机相连，真空风机再与输送管道相连，输送管道的另一端再与电爆炸筒的回气孔相连接，形成一循环的工作路线。其缺点是生产装置比较复杂，而且生产的纳米粒子尺度分布比较宽，产量不够大等。

为此发明人在专利申请号为01246486.4的中国专利“生产纳米金属粉装置”详细地报道了新的生产纳米金属粉装置，它在内衬耐高温材料的壳体的上部安置有等离子枪，对应地下部安置有装盛金属液体的坩锅构成了蒸发器，同时壳体还开口连接有粒子控制器，粒子控制器另一出口连接有粒子收集器，粒子收集器有出料口和气相出口，气相出口通过管道和泵分别接壳体和粒子控制器的循环入口，它具有结构简单、产量大、粒度容易控制优点，在工业上已经得到了推广使用。在实践中使用表明它还存在以下几个不足：

1、等离子体开始加热点火时，升温速度过快，很难控制加温速度，容易造成陶瓷坩埚破裂，影响设备正常生产使用；

2、采用等离子体加热时，要提高金属的蒸发量往往受到等离子体加热功率大小的限制，而为了提高金属蒸发量，采用大电流工作情况下，等离子体枪的寿命就大大缩短；

3、等离子体枪由于喷嘴和电极是损耗元件，在使用过程中容易消耗掉，常常需要停产进行更换，所以限制了连续生产时间和设备的利用率；

4、等离子体枪加热不够均匀，容易造成局部温度过高，使坩埚破裂，影响坩埚的使用寿命；

5、等离子体枪加热需要将金属液体作为电极和电极连接装置，使坩埚形状不够简单化，所以坩埚的成本比较贵，影响到生产成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种进一步改进过的生产纳米金属粉工业装置，它能避免蒸发器升温过快造成坩埚破裂，同时提高金属蒸发量和延长连续生产时间，简化坩埚形状结构，从而降低其生产成本。

本发明的目的是这样实现的：该种生产纳米金属粉工业装置，其包括有壳体，在壳体蒸发腔里安置有装盛金属液体的坩锅，同时壳体还开口连接有粒子控制器，粒子控制器另一出口连接有粒子收集器，粒子收集器有出料口和气相出口，气相出口通过管道和泵分别接壳体和粒子控制器的循环入口，其特征在于在壳体内的绝缘层中间安置有中频感应线圈，中频感应线圈同在壳体外的控制装置连接，在绝缘层里侧表面衬有绝热层，在绝热层的凹腔中安置该坩埚。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1、可以控制加热升温过程，避免升温过快造成的坩埚破裂现象；2、中频感应加热装置中没有易消耗元件，克服了等离子体枪中的喷嘴和电极容易损耗原因造成的中间停产，提高了连续生产时间和设备的利用率；3、加热均匀，克服了等离子体枪加热造成的局部温度过高现象，提高了坩埚的使用寿命；4、避免了等离子体枪需要金属做电极和电极的连接装置，使坩埚的形状简单化，大大降低坩埚的造价，使生产成本下降；5、克服了等离子体枪加热功率的限制，提高了生产能力，如中频感应加热功率250千瓦，可以生产4千克的纳米镍粉/小时；等离子体枪加热功率60千瓦，可以生产2千克纳米镍粉/小时；等离子体加热功率60千瓦加上中频感应加热功率50千瓦，可以生产2.8千克镍粉/小时。

附图说明

图1生产纳米金属粉工业装置的结构原理图

具体实施方法

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图所示意，该生产纳米金属粉工业装置，其包括有壳体1，在壳体1内的绝缘层2中间安置有中频感应线圈3，中频感应线圈同在壳体外的控制装置相连接，来控制中频感应线圈加热，该控制装置在图中未示意，在绝缘层里侧表面衬有绝热层4，在绝热层的凹腔中安置该装有待加工处理金属6的坩埚5，同时壳体还开口连接有粒子控制器8，粒子控制器另一出口连接有粒子收集器9，粒子收集器有出料口和气相出口，气相出口通过管道和泵10分别接壳体1和粒子控制器8的循环入口，在这里，粒子控制器8是一管道，管道中分布有气体分布板，气体分布板与粒子控制器8的循环入口相连通。为了冷却，在壳体1和粒子控制器8、粒子收集器9外部分布有通循环冷却水的管道。壳体上方设置有金属加料口，并连接有金属固体加料机7，以方便加料。

当中频感应线圈3加热工作时，使金属汽化蒸发，在壳体1内产生蒸汽，壳体中上部还开口连接有粒子控制器8，来控制粒子生长，达到人们希望的尺度，在这里粒子控制器采用一中空管道，管道中依次分布有多个气体分布板，气体分布板与粒子控制器8的循环入口相通连接的，从壳体1中蒸发出来的金属蒸汽在粒子控制器8中受到温度较低气体激励，受冷凝聚，所以粒子会不断长大，所以通过调节气体温度，一定程度上能控制纳米粒子尺度，粒子控制器8另一出口连接有粒子收集器9，粒子收集器下部有出料口，符合我们需求的纳米金属粒子从这里导出，粒子收集器9上部是气相出口，气该相出口通过管道和泵10分别接壳体1和粒子控制器8的循环入口，使气体循环使用。该生产装置在点火升温阶段，使用中频感应线圈3来加热，可以控制升温速度，使加热到达一定的温度，这样能有效地防止陶瓷坩埚的破裂，使用中频感应加热，使金属蒸发量大大提高，来提高生产能力，又避免等离子枪通过大的工作电流，降低其工作寿命现象。

Claims (4)

1、一种生产纳米金属粉工业装置，其包括有壳体(1)，在壳体蒸发腔里安置有装盛金属液体的坩锅(5)，同时壳体还开口连接有粒子控制器(8)，粒子控制器另一出口连接有粒子收集器(9)，粒子收集器有出料口和气相出口，气相出口通过管道和泵(10)分别接壳体(1)和粒子控制器(8)的循环入口，其特征在于在壳体内的绝缘层(2)中间安置有中频感应线圈(3)，中频感应线圈同在壳体外的控制装置连接，在绝缘层里侧表面衬有绝热层(4)，在绝热层的凹腔中安置该坩埚(5)。

2、根据权利要求1所述的工业装置，其特征在于所述的粒子控制器(8)为一管道，管道中分布有气体分布板，气体分布板与粒子控制器(8)的循环入口相通连接的。

3、根据权利要求1所述的工业装置，其特征在于所述的壳体(1)和粒子控制器(8)、粒子收集器(9)外部分布有通循环冷却水的管道。

4、根据权利要求1所述的工业装置，其特征在于所述的壳体(1)设置有金属加料口并连接有金属固体加料机(7)。