CN212441165U - 一种大功率微波等离子体粉体处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率微波等离子体粉体处理装置，包括具有腔体的圆柱形金属壳体、钟罩和流化床杯，所述钟罩收容于所述腔体，所述钟罩的底端开口处通过O形胶圈密封形成反应室，所述流化床杯收容于所述反应室并穿过O形胶圈伸出反应室外；所述腔体和所述钟罩构成钟罩式微波等离子体源；所述金属壳体与其上方开口的上法兰和下方开口的短路盘共同构成微波谐振腔；所述装置还包括矩形波导和微波天线，所述矩形波导通过所述上法兰与所述金属壳体连接，所述微波天线穿过所述矩形波导伸入所述腔体。本实用新型提供的技术方案，扩大了处理规模和承载能力，实现大功率微波等离子体粉体处理，提升处理效率，提高了处理品质，适合大规模工业化生产。

Description

一种大功率微波等离子体粉体处理装置

技术领域

本实用新型涉及粉体处理技术领域，尤其涉及一种大功率微波等离子体粉体处理装置。

背景技术

无机材料粉体(如金刚石、石墨、立方氮化硼微粉和纳米粉)的表面净化、活化和功能化能改变粉体的分散性(解团聚性)、与溶液(水、油和其它液体) 的亲和性、与其它材料的粘附性以及增加其它表面功能性(催化性、敏感性、抗氧化性等)，对开拓粉体的应用极为重要。目前已有的微波等离子体处理粉体的装置由于结构尺寸限制，流化床杯容积较小(一般杯体内径只有25mm左右)，承载的粉体较少，微波功率也较低(一般不超过1KW)，处理效率和品质都一定限制，不适合大规模工业化生产。

发明内容

本实用新型旨在解决现有的等离子体粉体处理装置的结构限制，以提升处理效率和粉体处理品质。

为实现上述目的，本实用新型提供一种大功率微波等离子体粉体处理装置，包括具有腔体的圆柱形金属壳体、钟罩和流化床杯，所述钟罩收容于所述腔体，所述钟罩的底端开口处通过O形胶圈密封形成反应室，所述流化床杯收容于所述反应室并穿过O形胶圈伸出反应室外；所述腔体和所述钟罩构成钟罩式微波等离子体源；所述金属壳体与其上方开口的上法兰和下方开口的短路盘共同构成微波谐振腔；所述装置还包括矩形波导和微波天线，所述矩形波导通过所述上法兰与所述金属壳体连接，所述微波天线穿过所述矩形波导伸入所述腔体。

优选地，所述金属壳体的内径分为上小下大的两段或者多段，每两段之间的过渡采用内径逐渐增大或者直接增大。

优选地，所述金属壳体的内径范围在120mm到150mm之间。

优选地，所述金属壳体下端通过金属法兰连接一个带有使用冷却媒介进行冷却的金属下腔体，所述冷却媒介包括液体或气体。

优选地，所述金属下腔体的一侧与真空规管连接，所述真空规管用于连接真空计以通过真空计检测工作气压，所述金属下腔体的另一侧依次连接旋风分离器、粉体过滤器、粗调节流阀和细调节流阀、放气阀、接真空泵用的截断放气阀、真空管路和真空泵。

优选地，所述金属下腔体的下端设置KF快卸法兰接口。

优选地，所述装置还包括气路系统，所述气路系统包括气体钢瓶、流量控制器、截止阀以及输气管道，所述输气管道通过O形胶圈真空密封接头连接所述流化床杯。

优选地，所述流化床杯包括杯状容器和底部中空的介质细管，所述杯状容器由石英、陶瓷或耐热玻璃介质制成；所述介质细管装入一个与KF快卸法兰相连接的中空支撑管中，所述介质细管底端设置进气口，所述流化床杯底部与所述介质细管连接处放置一段甁塞状多孔陶瓷块或石英棉团以用于共同承载粉体，所述流化床杯顶部放置一片多孔陶瓷盖以防止粉体溢出杯外。

优选地，所述装置还包括设置在矩形波导一端的微波源和自微波源向所述微波天线方向依次设置的环形器和三销钉调节器，所述矩形波导的另一端连接可调节短路板。

优选地，所述钟罩由石英或陶瓷材料制成。

本实用新型提供的大功率微波等离子体粉体处理装置，通过钟罩式微波等离子体源和流化床杯，扩大处理规模和承载能力，实现大功率微波等离子体粉体处理，提升处理效率，提高了处理品质，适合大规模工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的大功率微波等离子体粉体处理装置的结构示意图；

图2为图1中流化床杯的结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

请参阅图1，本实用新型一实施例提供一种大功率微波等离子体粉体处理装置，所述装置包括具有腔体51的金属壳体5、钟罩6和流化床杯7，所述钟罩6 收容于所述腔体51，所述钟罩6由石英或陶瓷材料制成；所述钟罩6的底端开口处通过O形胶圈61密封形成反应室62，反应室62是真空室，也是激发等离子体进行粉体表面处理的反应室；所述流化床杯7收容于所述反应室62并穿过 O形胶圈61伸出反应室62外；所述腔体51和所述钟罩6构成钟罩式微波等离子体源；所述金属壳体5与其上方开口的上法兰52和下方开口的短路盘9共同构成微波谐振腔，作为优选的技术方案，短路盘9上可以设计成扼流结构防止微波泄漏；所述装置还包括矩形波导40和微波天线4，所述矩形波导40通过所述上法兰52与所述金属壳体5连接，所述微波天线4穿过所述矩形波导40伸入所述腔体51。所述装置还包括设置在矩形波导40一端的微波源1和自微波源 1向所述微波天线4方向依次设置的环形器2和三销钉调节器3，所述矩形波导 40的另一端连接可调节短路板41。

所述金属壳体5呈圆柱形，具体在一实施例中，金属壳体5使用带有观察网孔的金属管制成，所述金属壳体5的内径分为上小下大的两段或者多段，每两段之间的过渡采用内径逐渐增大或者直接增大，所述金属壳体5的内径范围在120mm到150mm之间。

所述金属壳体5下端通过金属法兰63连接一个带有使用冷却媒介进行冷却的金属下腔体8，所述冷却媒介包括液体和气体中的任意一种，具体在本实用新型提供的一些实施例中，冷却媒介使用空气或水。所述金属下腔体8的一侧与真空规管81连接，所述真空规管81用于连接真空计82以通过真空计82检测工作气压，所述金属下腔体8的另一侧依次连接旋风分离器10、粉体过滤器11、粗调节流阀12和细调节流阀13、放气阀14、接真空泵用的截断放气阀15、真空管路16和真空泵17；通过真空泵17的气体排出口将装置中抽出的无害气体用排气管道排出户外，或将有害气体排到废气处理器进行无害化处理。

请一并参阅图1和图2，所述流化床杯7包括杯状容器71和底部中空的介质细管72，所述杯状容器71由石英、陶瓷或耐热玻璃介质制成；所述介质细管 72装入一个与KF快卸法兰74相连接的中空支撑管73中，所述介质细管72底端设置进气口75，所述流化床杯7底部与所述介质细管72连接处放置一段瓶塞组件76，所述瓶塞组件76为甁塞状多孔陶瓷块或石英棉团以用于共同承载粉体，所述流化床杯7顶部放置一片多孔陶瓷盖77以防止粉体溢出杯外。

金属下腔体8的下端设置KF快卸法兰接口，通过KF快卸法兰卡箍，可将流化床杯7装入钟罩6构成的反应室62内。所述装置还包括气路系统18，所述气路系统18包括气体钢瓶、流量控制器、截止阀以及输气管道，所述输气管道通过O形胶圈真空密封接头连接所述流化床杯。具体地，通过O形胶圈真空密封接头将气路系统输气管道与流化床杯的进气口75连接起来。装卸粉体时，需要卸开锁紧KF快卸法兰的卡箍，从真空室中取出流化床杯，然后装卸粉体。

当粉体装入流化床杯后，再将流化床杯装入反应室，拧紧KF快卸法兰卡箍形成真空连接。用O形胶圈真空密封接头将气路系统的输气管道与流化床杯的细管进气口连接起来。然后开动真空泵，由调节阀控制抽气速率防止流化床杯内的粉体随抽气气流飞扬。抽至本底真空后由气路系统输入工作气体(参与反应的反应气体统称工作气体)。当有特殊需要时可能要使用液相单体，这时需要用载气(通常使用氩气)在加热的液相单体中通过，将单体分子送入反应室。

这时启动微波源，在反应室中激发出微波等离子体。当调节工作气体流量、压强、微波功率等参数达到工艺要求后，粉体在杯状容器底部输入气流中流化，使粉体表面与等离子体相接触而得到均匀处理。在粉体处理至规定时间后，相继关闭工作气体、真空泵、微波源。

然后打开放气阀，使反应室内达到大气压，断开气路系统的输气管道与流化床杯的细管进气口之间的连接，就可卸去KF快卸法兰卡箍，取出流化床杯，并取出处理好的粉体。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

本实用新型的有益效果是：本实用新型用钟罩式微波等离子体源，增添放置处理粉体的流化床杯，构成一种大功率微波等离子体粉体处理装置，使用所述装置，将纳米级或微米级的金刚石粉体、石墨粉体、立方氮化硼粉体或其他无机物粉体放置入流化床杯，在钟罩式微波等离子体源的高活性等离子体区域进行表面刻蚀、净化、接枝、沉积等功能化处理。由于应用了圆柱谐振腔，增大了反应室的体积(本实用新型的流化床杯容积是管式设备的20倍)，也扩大了系统的功率承载能力(本实用新型的微波功率可达3KW，是管式设备的3倍)，扩大处理规模和承载能力，实现大功率微波等离子体粉体处理，提升处理效率，提高了处理品质，适合大规模工业化生产。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种大功率微波等离子体粉体处理装置，其特征在于，包括具有腔体的圆柱形金属壳体、钟罩和流化床杯，所述钟罩收容于所述腔体，所述钟罩的底端开口处通过O形胶圈密封形成反应室，所述流化床杯收容于所述反应室并穿过O形胶圈伸出反应室外；所述腔体和所述钟罩构成钟罩式微波等离子体源；所述金属壳体与其上方开口的上法兰和下方开口的短路盘共同构成微波谐振腔；所述装置还包括矩形波导和微波天线，所述矩形波导通过所述上法兰与所述金属壳体连接，所述微波天线穿过所述矩形波导伸入所述腔体。

2.如权利要求1所述的大功率微波等离子体粉体处理装置，其特征在于，所述金属壳体的内径分为上小下大的两段或者多段，每两段之间的过渡采用内径逐渐增大或者直接增大。

3.如权利要求2所述的大功率微波等离子体粉体处理装置，其特征在于，所述金属壳体的内径范围在120mm到150mm之间。

4.如权利要求1所述的大功率微波等离子体粉体处理装置，其特征在于，所述金属壳体下端通过金属法兰连接一个带有使用冷却媒介进行冷却的金属下腔体，所述冷却媒介包括液体或气体。

5.如权利要求4所述的大功率微波等离子体粉体处理装置，其特征在于，所述金属下腔体的一侧与真空规管连接，所述真空规管用于连接真空计以通过真空计检测工作气压，所述金属下腔体的另一侧依次连接旋风分离器、粉体过滤器、粗调节流阀和细调节流阀、放气阀、接真空泵用的截断放气阀、真空管路和真空泵。

6.如权利要求4所述的大功率微波等离子体粉体处理装置，其特征在于，所述金属下腔体的下端设置KF快卸法兰接口。

7.如权利要求1所述的大功率微波等离子体粉体处理装置，其特征在于，所述装置还包括气路系统，所述气路系统包括气体钢瓶、流量控制器、截止阀以及输气管道，所述输气管道通过O形胶圈真空密封接头连接所述流化床杯。

8.如权利要求1所述的大功率微波等离子体粉体处理装置，其特征在于，所述流化床杯包括杯状容器和底部中空的介质细管，所述杯状容器由石英、陶瓷或耐热玻璃介质制成；所述介质细管装入一个与KF快卸法兰相连接的中空支撑管中，所述介质细管底端设置进气口，所述流化床杯底部与所述介质细管连接处放置一段瓶塞状多孔陶瓷块或石英棉团以用于共同承载粉体，所述流化床杯顶部放置一片多孔陶瓷盖以防止粉体溢出杯外。

9.如权利要求1所述的大功率微波等离子体粉体处理装置，其特征在于，所述装置还包括设置在矩形波导一端的微波源和自微波源向所述微波天线方向依次设置的环形器和三销钉调节器，所述矩形波导的另一端连接可调节短路板。

10.如权利要求1所述的大功率微波等离子体粉体处理装置，其特征在于，所述钟罩由石英或陶瓷材料制成。

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