CN203794974U - 一种蒸镀装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于蒸镀设备技术领域，尤其涉及一种蒸镀装置，包括支架、真空烧结装置、冷凝沉积装置和电源系统，真空烧结装置和冷凝沉积装置均设置于支架上，电源系统分别与真空烧结装置和冷凝沉积装置连接，并且真空烧结装置的一端和冷凝沉积装置的一端连通。相对于现有技术，本实用新型中真空烧结装置用于得到包覆材料的蒸汽，将被包覆材料置于冷凝沉积装置中，包覆材料的蒸汽到达冷凝沉积装置中，便可以在被包覆材料的表面沉积一层包覆材料，形成核-壳结构，从而可以增强包覆材料和被包覆材料之间的结合力。整个装置可以实现材料的连续化生产，简化了材料的生产流程，大大提高了生产效率，降低了生产成本，而且环境友好。
Description
技术领域
本实用新型属于蒸镀设备技术领域，尤其涉及一种用于制备具有核-壳结构材料的蒸镀装置。
背景技术
近年来，随着电子设备向着便携化和小型化方向发展，人们对作为这些电子设备的能量供应者的锂离子电池的能量密度提出了越来越高的要求，这就促使人们研究能量密度更高的材料或者从电池结构上加以改进以提高整个电池的能量密度。
目前商业化石墨的质量比容量有限，体积比容量提高的空间也非常小，无法满足市场对高能量密度电池的需求。在这样的背景下，人们开始对其他阳极材料进行大量研究，结果表明：可用作锂离子电池阳极材料的最有前途的材料是硅，其允许的最大锂嵌入量约为石墨允许的最大锂嵌入量的4倍，因此具有很高的体积比容量。例如，Li4.4Si和Li4.4Sn的理论克容量可分别高达4200mA·h/g和996mA·h/g，而硅的理论体积比容量甚至高达7200mA·h/cm3。
但是纯硅材料本身的较严重的体积膨胀效应严重限制了其在锂离子电池中的应用。为了应用硅材料的高能量密度的特性，同时规避其体积膨胀较大的缺陷，科研工作者经过不懈的摸索与开发，认为SiO和石墨的混合体能够达到上述目的。
然而，迄今为止，SiO和石墨的混合体仅是将二者单纯的机械混合，由于简单混合的SiO和石墨之间的结合力太小，从而大大影响该混合体在使用过程中的电化学性能。虽然有些文献报道过使用镀膜技术将锂离子电池阳极材料（如SiO和石墨等）溅镀到集流体衬底上，但其仅仅是停留在实验室阶段，其不仅对工艺条件要求苛刻，而且设备及制备成本昂贵，无法实现大规模的工业化生产。
在制备其他一些具有核-壳结构的材料时，也会遇到诸如上述SiO和石墨之间存在的问题。
有鉴于此，确有必要提供一种能够将包覆材料（如SiO）均匀地附着于被包覆材料（如石墨）表面，以增强包覆材料和被包覆材料之间的结合力的蒸镀装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种能够将包覆材料（如SiO）均匀地附着于被包覆材料（如石墨）表面，以增强包覆材料和被包覆材料之间的结合力的蒸镀装置。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种蒸镀装置，包括支架、真空烧结装置、冷凝沉积装置和电源系统，所述真空烧结装置和所述冷凝沉积装置均设置于所述支架上，所述电源系统分别与所述真空烧结装置和所述冷凝沉积装置连接，并且所述真空烧结装置的一端和所述冷凝沉积装置的一端连通。
作为本实用新型蒸镀装置的一种改进，所述真空烧结装置包括陶瓷炉膛和第一加热装置，所述第一加热装置与所述电源系统连接，所述第一加热装置围设于所述陶瓷炉膛外。
作为本实用新型蒸镀装置的一种改进，所述真空烧结装置还包括中空夹层，在中空夹层内可通循环冷却水，所述中空夹层围设于所述陶瓷炉膛外，并且所述第一加热装置设置于所述陶瓷炉膛和所述中空夹层之间。
作为本实用新型蒸镀装置的一种改进，所述冷凝沉积装置包括冷凝沉积旋转炉、第二加热装置和循环冷却装置，所述冷凝沉积旋转炉、所述第二加热装置和所述循环冷却装置均与所述电源系统连接，所述陶瓷炉膛的一端与所述冷凝沉积旋转炉的一端连通，所述循环冷却装置和所述第二加热装置均围设于所述冷凝沉积旋转炉外，并且所述循环冷却装置设置于所述冷凝沉积旋转炉和所述第二加热装置之间。
作为本实用新型蒸镀装置的一种改进，所述陶瓷炉膛和所述冷凝沉积旋转炉的连接处设置有可活动挡板。
作为本实用新型蒸镀装置的一种改进，所述第一加热装置设置为电阻加热装置，所述第二加热装置设置为电磁感应加热装置。
作为本实用新型蒸镀装置的一种改进，所述陶瓷炉膛的中心轴和所述冷凝沉积旋转炉的中心轴在同一直线上。
作为本实用新型蒸镀装置的一种改进，所述陶瓷炉膛的另一端设置有第一充气阀和第一抽气阀。
作为本实用新型蒸镀装置的一种改进，所述冷凝沉积旋转炉的另一端设置有第二充气阀和第二抽气阀。
相对于现有技术，本实用新型通过设置真空烧结装置和冷凝沉积装置，使用时可将包覆材料（如SiO），或者用于制备包覆材料的原料置于真空烧结装置中，以得到包覆材料的蒸汽，同时将被包覆材料（如石墨）置于冷凝沉积装置中，包覆材料的蒸汽到达冷凝沉积装置中，便可以在被包覆材料的表面沉积一层包覆材料，形成核-壳结构，从而可以增强包覆材料和被包覆材料之间的结合力。整个装置可以实现材料的连续化生产，简化了材料的生产流程，大大提高了生产效率，降低了生产成本，而且环境友好。
附图说明
图1为本实用新型的立体图。
图2为本实用新型的剖视图。
其中：
1-支架；
2-真空烧结装置；
21-陶瓷炉膛，22-第一加热装置，23-中空夹层；
3-冷凝沉积装置；
31-冷凝沉积旋转炉，32-第二加热装置，33-循环冷却装置；
4-电源系统；
5-可活动挡板；
6-第一充气阀；
7-第一抽气阀；
8-第二充气阀；
9-第二抽气阀。
具体实施方式
以下的具体实施方式中，包覆材料以SiO为例，被包覆材料以石墨为例，但是本实用新型的具体实施方式并不限于此。
如图1和2所示，本实用新型提供的一种蒸镀装置，包括支架1、真空烧结装置2、冷凝沉积装置3和电源系统4，真空烧结装置2和冷凝沉积装置3均设置于支架1上，电源系统4分别与真空烧结装置2和冷凝沉积装置3连接，并且真空烧结装置2的一端和冷凝沉积装置3的一端连通。
其中，真空烧结装置2包括陶瓷炉膛21和第一加热装置22，第一加热装置22与电源系统4连接，第一加热装置22围设于陶瓷炉膛21外。陶瓷炉膛21的陶瓷材质可以保证其较高的耐受温度。在陶瓷炉膛21内不仅可直接将SiO升华蒸发成蒸汽，还可将制备SiO的原材料SiO2和Si的混合物加入其内，直接加热该混合物，亦可形成SiO蒸汽。即该装置可将SiO的制备装置与将SiO附着于石墨表面的装置连为一体，如此就可以省去制备SiO的独立设备，降低了生产成本，简化了工艺流程，而且还可以在SiO与石墨之间形成强的结合力。
真空烧结装置2还包括中空夹层23，中空夹层23围设于陶瓷炉膛21外，并且第一加热装置22设置于陶瓷炉膛21和中空夹层23之间。在第一加热装置22外包覆中空夹层23，是为了在第一加热装置22和陶瓷炉膛21外围通上循环冷却水，使整个真空烧结装置2的外围温度不会过高，增加该装置的使用安全性，并避免设备的损坏。
冷凝沉积装置3包括冷凝沉积旋转炉31、第二加热装置32和循环冷却装置33，冷凝沉积旋转炉31、第二加热装置32和循环冷却装置33均与电源系统4连接，陶瓷炉膛21的一端与冷凝沉积旋转炉31的一端连通，循环冷却装置33和第二加热装置32均围设于冷凝沉积旋转炉31外，并且循环冷却装置33设置于冷凝沉积旋转炉31和第二加热装置32之间。冷凝沉积旋转炉31的旋转可以使得装入其中的石墨或类石墨材料不停地发生翻滚，从而使该材料与从陶瓷炉膛21逸出的SiO蒸汽充分接触，使得SiO能够均匀地沉积于该材料的表面。循环冷却装置33的设置是为了使处于冷凝沉积旋转炉31内的石墨或类石墨材料处于较低的温度，从而使从陶瓷炉膛21逸出的SiO蒸汽到达冷凝沉积旋转炉31时，能够快速地沉积于石墨或类石墨材料的表面上，且使沉积的SiO为无定形结构，形成复合材料的前驱体。第二加热装置32的设置是为了对复合材料的前驱体进行加热，使SiO与石墨或类石墨材料紧密结合，而且还能对形成的复合材料进行后处理。
陶瓷炉膛21和冷凝沉积旋转炉31的连接处设置有可活动挡板5，这样不仅可实现真空烧结装置2和冷凝沉积装置3的独立，还可有效地减少陶瓷炉膛21（加热区）对冷凝沉积旋转炉31（冷凝区）的热辐射，使冷凝沉积旋转炉31内的温度不至于太高，同时还可控制从加热区进入冷凝区的SiO蒸发量，以保证所制备材料结构的均一性。
第一加热装置22设置为电阻加热装置，因其所需的温度较高，一般大于1400℃，因此可选用钼丝进行加热。第一加热装置22不采用电磁感应加热的方式，是因为陶瓷炉膛21和所需蒸发的材料（SiO）均是电磁不良导体，采用电磁感应加热不能起到很好的加热效果，且会增加设备的复杂性与制造成本。
第二加热装置32设置为电磁感应加热装置。由于冷凝沉积旋转炉31使用的材料为不锈钢，而且冷凝沉积旋转炉31内放置的材料为石墨或类石墨的材料，这些材料均是电或磁的良导体，很容易在电磁感应中发热，从而实现加热作用。
由于制备的材料的物化性能与制备过程中的温度控制紧密相关，因此对加热速率及保温情况的控制至关重要。本实用新型中，第一加热装置22和第二加热装置32与电源系统4连接，通过电源系统4中的功率变换可实现加热速率和保温时间的控制，通过以上控制，可保证陶瓷炉膛21和冷凝沉积旋转炉31的内部温度的误差低于5℃。
陶瓷炉膛21的中心轴和冷凝沉积旋转炉31的中心轴在同一直线上。即陶瓷炉膛21和冷凝沉积旋转炉31为同心轴关系，这样就可保证陶瓷炉膛21中的蒸汽能够顺利地进入冷凝沉积旋转炉31中。
陶瓷炉膛21的另一端设置有第一充气阀6和第一抽气阀7。在陶瓷炉膛21上设置第一充气阀6和第一抽气阀7，可实现对整个蒸镀装置抽真空。在关闭抽真空系统后，可开通第一充气阀6，往陶瓷炉膛21里充入惰性气体，从而可以保护材料不被氧化，同时惰性气体还可以促使陶瓷炉膛21内的SiO蒸汽输送至冷凝沉积旋转炉31中，加快制备进程。
冷凝沉积旋转炉31的另一端设置有第二充气阀8和第二抽气阀9。第二充气阀8和第二抽气阀9的设置可实现对冷凝沉积旋转炉31进行独立的抽真空与充气操作。特别是对所制备的SiO-石墨材料做后处理，如热处理或者包覆碳处理，可直接在冷凝沉积旋转炉31中完成，而不需将SiO-石墨材料取出后再转移至其他的设备中做后处理，从而简化了工序，降低了生产成本。
使用时，先将SiO，或者SiO2和Si的混合物放置在真空烧结装置2的陶瓷炉膛21内，将石墨或者类石墨材料放置在冷凝沉积旋转炉21内，关闭可活动挡板5，使真空烧结装置2和冷凝沉积装置3之间阻隔成两个独立的系统。同时关闭第一充气阀6、第一抽气阀7、第二充气阀8和第二抽气阀9。
打开电源系统4，打开第一抽气阀7和第二抽气阀9对陶瓷炉膛21和冷凝沉积旋转炉31进行抽真空，达到所需真空度后，接通第一加热装置22，对陶瓷炉膛21里的物料进行加热保温，使其升华蒸发。在此过程中要保证中空夹层23中通有冷却水，保证整个真空烧结装置2不会过热，避免损坏设备。与此同时，使冷凝沉积旋转炉31通电运行，并且打开循环冷却装置33，通入循环冷却水，保证冷凝沉积旋转炉31及里面所承载的物料处于低温。
关闭第一抽气阀7和第二抽气阀9，打开可活动挡板5，使陶瓷炉膛21中的蒸汽进入冷凝沉积旋转炉31中。为了加速蒸汽的进入量，可打开第一充气阀6，往陶瓷炉膛21里充入惰性气体，即通过惰性气体将蒸汽赶入冷凝沉积旋转炉31中。在此过程中，可打开第二抽气阀9，将惰性气体抽走，保证整个蒸镀过程的持续进行。蒸镀过程中，无定型结构的SiO均匀地沉积在石墨或类石墨材料的表面。
蒸镀结束后，关闭真空烧结装置2和可活动挡板5，开启第二加热装置32，对冷凝沉积旋转炉31及里面的物料进行加热，并关闭第二抽气阀9，打开第二充气阀8，往冷凝沉积旋转炉31中充入可裂解的有机气体或者惰性气体，实现碳包覆或者对物料的热处理，热处理后可形成SiO-石墨的紧密结合，大大提高SiO和石墨的结合力。
经过上述过程，便可连续制备或者处理物料，大大节省了成本，环境友好，可实现大规模生产。
当然，本实用新型的蒸镀装置除了可以用于将SiO蒸镀在石墨的表面，也完全可以应用在其他需要将一物质蒸镀到另一物质表面以形成具有核-壳结构的材料的场合。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
Claims (9)
1.一种蒸镀装置，其特征在于：包括支架、真空烧结装置、冷凝沉积装置和电源系统，所述真空烧结装置和所述冷凝沉积装置均设置于所述支架上，所述电源系统分别与所述真空烧结装置和所述冷凝沉积装置连接，并且所述真空烧结装置的一端和所述冷凝沉积装置的一端连通。
2.根据权利要求1所述的蒸镀装置，其特征在于：所述真空烧结装置包括陶瓷炉膛和第一加热装置，所述第一加热装置与所述电源系统连接，所述第一加热装置围设于所述陶瓷炉膛外。
3.根据权利要求2所述的蒸镀装置，其特征在于：所述真空烧结装置还包括中空夹层，所述中空夹层围设于所述陶瓷炉膛外，并且所述第一加热装置设置于所述陶瓷炉膛和所述中空夹层之间。
4.根据权利要求3所述的蒸镀装置，其特征在于：所述冷凝沉积装置包括冷凝沉积旋转炉、第二加热装置和循环冷却装置，所述冷凝沉积旋转炉、所述第二加热装置和所述循环冷却装置均与所述电源系统连接，所述陶瓷炉膛的一端与所述冷凝沉积旋转炉的一端连通，所述循环冷却装置和所述第二加热装置均围设于所述冷凝沉积旋转炉外，并且所述循环冷却装置设置于所述冷凝沉积旋转炉和所述第二加热装置之间。
5. 根据权利要求4所述的蒸镀装置，其特征在于：所述陶瓷炉膛和所述冷凝沉积旋转炉的连接处设置有可活动挡板。
6. 根据权利要求4所述的蒸镀装置，其特征在于：所述第一加热装置设置为电阻加热装置，所述第二加热装置设置为电磁感应加热装置。
7.根据权利要求4所述的蒸镀装置，其特征在于：所述陶瓷炉膛的中心轴和所述冷凝沉积旋转炉的中心轴在同一直线上。
8.根据权利要求4至7任一项所述的蒸镀装置，其特征在于：所述陶瓷炉膛的另一端设置有第一充气阀和第一抽气阀。
9.根据权利要求8所述的蒸镀装置，其特征在于：所述冷凝沉积旋转炉的另一端设置有第二充气阀和第二抽气阀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140827 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |