CN216421070U - 一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置，包括内部安装的管状成核结构，与成核结构连通的耐高温蒸发器内部的坩埚盖，安装在坩埚盖下方的坩埚，以及与成核结构直接连通的粒子成型结构，或通过回流结构或回收结构间接连通的粒子成型结构；所述成核结构外侧设置有降温结构，内部出气口处温度低于入气口处温度；所述坩埚上方设置有加热装置。本实用新型通过带夹套的壳体结构与保温结构，控制成核结构内部的降温，并控制温度范围，同时设计成核装置的内部结构，控制金属蒸气成核顺利完成，为后续粒子成形控制提供成形核。
Description
技术领域
本实用新型属于超细粉制备技术领域，特别是指一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置。
背景技术
在使用物理蒸发冷凝气相法制备超细粉粒子时，是将所需制备的物质先经过高温加热气化后，再由气态经液态后固化成形的过程，因为所需制备的超细粉粒子为微观材料，多为纳米级、亚微米级或微米级粉末，成形的粒子尺寸较小，形成速度非常快，温度非常高，蒸气排出与成核的技术原理虽然简单，但是实际运用却非常困难。在将蒸气排出坩埚内腔后，极易出现遇冷凝聚为液体或固体的情况，液体易流出坩埚外，导致物料损失，固体的出现易造成出口堵塞影响连续生产的持续进行。
现有气相法在制备超细金属粉时，虽然都需要成核过程，但因成核速度快，设备结构的限制会导致很难单独控制金属蒸气的成核过程，有时会将成核与生长、固化及冷却集中在一个结构中一次性的完成，虽然最终会制备出超细颗粒，但基本是大小不均形态混乱的不良品，甚至出现联体现象。也有将成核、生长、固化及冷却分布在一个管道中，但是并未对各个阶段进行特别控制，导致成核过程中伴有大量生长，生长阶段仍有部份成核，同时固化也伴随其中，最终的产品中也会出现大小不均匀现象以及坩埚盖出口保温不良引起出口堵塞导致无法继续生产的现象发生。
实用新型内容
本实用新型针对背景技术中的问题，提供了一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置，连接蒸发器与粒子成型结构的中间段，以解决在将蒸出排出坩埚内腔后，极易出现遇冷凝聚为液体或固体的情况，液体易流出坩埚外，导致物料损失，固体的出现易造成出口堵塞影响连续生产的持续进行的问题；同时设计成核装置的内部结构，控制金属蒸气成核顺利完成，为后续粒子成形控制提供成形核。
为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置，所述成核装置包括内部安装的管状成核结构，与成核结构连通的耐高温蒸发器内部的坩埚盖，安装在坩埚盖下方的坩埚，以及与成核结构直接连通的粒子成型结构，或通过回流结构或回收结构间接连通的粒子成型结构；所述成核结构外侧设置有降温结构，内部出气口处温度低于入气口处温度；所述坩埚上方设置有加热装置。
进一步的，所述的管状成核结构为同径圆管状或进口小出口大的变径管状。
进一步的，所述的坩埚盖安装下口内径：坩埚安装上口内径比值为1：0.5-2；所述的管状成核结构内径：坩埚盖安装下口内径比值为1：1.5-6；所述的管状成核结构内径：后续直接或间接连通的粒子成型控制结构内径比值为1：1-10。
进一步的，所述的降温结构包括依次设置在管状成核结构外侧的保温材料和带冷却夹套壳体，用于控制成核结构内部的温度受控降温。
进一步的，所述带冷却夹套壳体上设置有与夹套结构连通的冷却液进口和冷却液出口。
进一步的，所述的管状成核结构管入口处下口需伸入坩埚盖的外侧壁。
本实用新型的有益效果是：
本技术方案通过对成核装置的结构内部的设计，通过带夹套的壳体结构与保温结构，控制成核结构内部的降温，并控制温度范围，以解决在将蒸出排出坩埚内腔后，极易出现遇冷凝聚为液体或固体的情况，液体易流出坩埚外，导致物料损失，固体的出现易造成出口堵塞影响连续生产的持续进行的问题；同时设计成核装置的内部结构，控制金属蒸气成核顺利完成，为后续粒子成形控制提供成形核。
附图说明
图1为本实用新型成核装置示意图。
图中：1、坩埚，2、坩埚盖，3、管状成核结构，4、带冷却夹套壳体，5、保温材料，6、加热装置，7、金属液体，8、高温蒸发器壳体，9、粒子成形结构9，10、成核结构入口处下口。
具体实施方式
结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述，虽然进行清楚完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置，包括内部安装的管状成核结构3，与成核结构3连通的耐高温蒸发器壳体8内部的坩埚盖2，安装在坩埚盖2下方的坩埚1，以及与成核结构3直接连通的粒子成型结构9；管状成核结构3外侧设置有保温材料5与带冷却夹套壳体4，通过保温材料和带冷却夹套壳体的配合控制降温程度。坩埚1内放有金属液体7，液体上方设置有加热装置6，用于对金属液体加热产生蒸气。成核结构入口处下口10需伸入坩埚盖2的外侧壁。
高温蒸发器内部金属液体液面中心位置温度高于2000摄氏度。成核结构内部中段中心轴处温度高于1200摄氏度，成核结构出口处低于所制备超细粉体材料的沸点。
本实用新型的成核结构是连接蒸发器与粒子成型结构的中间段，内部需保证金属蒸气或蒸汽顺利通过，同时其内部也是金属蒸气成核的重要场所，对于成核装置的结构控制，尺寸的控制及安装方法的控制，内部温度的控制，均是制备超细粉体材料成核过程的关键技术点。
实施例1
高温蒸发器内坩埚上口内径为5cm，坩埚盖下口内径为10cm，成核装置内的成核结构为直管状，直管内径为3.5cm，粒子成型控制结构内径为5cm，通过加热装置将坩埚内放置的金属铜加热至2500摄氏度左右，继续加热至沸腾，产生铜蒸气，在坩埚与坩埚盖之间通入3立方每小时惰性气体作为载流气，将金属铜蒸气迅速送入成核装置内部的管状成核结构内，成核管与成核装置的壳体之间设置5cm厚的石墨毡保温层，完成成核过程后，直接进入粒子成型控制完成生长与冷却，再进入气固收集装置中进行收集，得到平均粒径为50nm的圆球形纳米铜粉。
实施例2
高温蒸发器内坩埚上口内径为30cm，坩埚盖下口内径为30cm，成核装置内的成核结构为直管状，直管内径为6cm，粒子成型控制结构内径为10cm，通过加热装置将坩埚内放置的金属铁镍二元合金加热至2700摄氏度左右，继续加热至沸腾，产生铁镍二元蒸气，在坩埚与坩埚盖之间通入36立方每小时惰性气体作为载流气，将金属铁镍二元蒸气迅速送入成核装置内部的管状成核结构内，成核管与成核装置的壳体之间设置9cm厚的陶瓷毡保温层，完成成核过程后，直接进入粒子成型控制完成生长与冷却，再进入气固收集装置中进行收集，得到平均粒径为200nm的圆球形铁镍二元金属粉。
实施例3
高温蒸发器内坩埚上口内径为30cm，坩埚盖下口内径为30cm，成核装置内的成核结构为入口小出口大的喇叭管状，入口内径为20cm，出口内径为30cm，粒子成型控制结构内径为200cm，通过加热装置将坩埚内放置的金属铜合金加热至2500摄氏度左右，继续加热至沸腾，产生金属铜蒸气，在坩埚与坩埚盖之间通入18立方每小时惰性气体作为载流气，将金属铜蒸气迅速送入成核装置内部的喇叭管状成核结构内，成核管与成核装置的壳体之间设置5cm厚的陶瓷毡保温层，完成成核过程后，直接进入粒子成型控制完成生长与冷却，再进入气固收集装置中进行收集，得到平均粒径为700nm的圆球形金属铜粉。
Claims (5)
1.一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置，其特征在于：所述成核装置包括内部安装的管状成核结构，与成核结构连通的耐高温蒸发器内部的坩埚盖，安装在坩埚盖下方的坩埚，以及与成核结构直接连通的粒子成型结构，或通过回流结构或回收结构间接连通的粒子成型结构；所述成核结构外侧设置有降温结构，内部出气口处温度低于入气口处温度；所述坩埚上方设置有加热装置；所述坩埚盖安装下口内径：坩埚安装上口内径比值为1：0.5-2；所述管状成核结构内径：坩埚盖安装下口内径比值为1：1.5-6；所述管状成核结构内径：粒子成型结构内径比值为1：1-10。
2.如权利要求1所述的一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置，其特征在于：所述管状成核结构为同径圆管状或进口小出口大的变径管状。
3.如权利要求1所述的一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置，其特征在于：所述降温结构包括依次设置在管状成核结构外侧的保温材料和带冷却夹套壳体，用于控制成核结构内部的温度受控降温。
4.如权利要求3所述的一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置，其特征在于：所述带冷却夹套壳体上设置有与夹套结构连通的冷却液进口和冷却液出口。
5.如权利要求1所述的一种物理气相法制备超细粉体材料用的金属蒸气成核装置，其特征在于：所述管状成核结构管入口处下口伸入坩埚盖的外侧壁。
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