CN216632597U - 一种导电材料超细粉体制备装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种导电材料超细粉体制备装置，包括高温蒸发与成核炉体、生长与固化控温管、流体混合冷却器及粉体收集器；高温蒸发与成核炉体包括外部壳体，壳体内部安装的坩埚与坩埚盖，通过将成核与蒸发过程设计在同一炉体内的坩埚与坩埚盖组成的内腔中，更好的解决了高温下高沸点材料蒸气的温度难于长时间控制在其沸点以上，无需将成核过程远离蒸发区可快速而方便的完成；坩埚盖连接生长腔的出口的缩口设计，将成核后的微粒通过载流气携带通过缩口后的管道内，进行快速生长；流体混合冷却可以更快的使得超细粉体颗粒冷却便于后续的收集，实现制备出颗粒均匀、分散性好的粉体。
Description
技术领域
本实用新型属于超细粉制备技术领域，特别是指一种导电材料超细粉体制备装置。
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，虽然都需要经过蒸发、成核、生长、固化、冷却及收集的过程，但因蒸发、成核、生长与固化的过程速度快，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，有时会将蒸发、成核、生长及固化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、生长及固化分布在一个管道中，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，提供了一种导电材料制细粉体制备装置，通过壳体、保温材料的配合控制蒸发腔、成核腔、生长腔及固化腔内的温度区间；内部坩埚、坩埚盖及各个通道的配合设计，及坩埚盖出口的缩口设计，及生长与固化腔内径的变化设计，较好的控制了微粒的碰撞机率；以上设计方便而准确的控制各个区间内功能的实现，为批量制备颗粒球状好、颗粒均匀、分散性好的粉体提供了条件。
为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种导电材料超细粉体制备装置，包括高温蒸发与成核炉体、生长与固化控温管、流体混合冷却器及粉体收集器；所述高温蒸发与成核炉体包括外部壳体一，壳体一内部安装的坩埚与坩埚盖，穿过壳体一伸入坩埚盖内腔的等离子弧枪，穿过壳体一连通于内部坩埚与坩埚盖组成的内腔的加料装置及载流气预热输入管，所述坩埚与坩埚盖组成的内腔分为下部的蒸发腔与上部的成核腔；所述生长与固化控温管包括外部壳体二、内部供载流气、液相或/ 与固相微粒通过的内通道，内通道与壳体二之间设置用于控制生长与固化过程内部温度的保温材料，生长与固化控温管内部通道的前端与坩埚盖侧面出口连通，坩埚盖侧面出口内径小于坩埚盖安装下口内径；所述流体混合冷却器包括壳体三及穿过壳体三的流体输入通道及喷口。
进一步的，所述坩埚及坩埚盖与壳体一之间设置保温材料，用于控制坩埚与坩埚盖组成的内腔内部温度，使得坩埚内熔融状态可导电的所需制备材料的液面中心区域处于沸点或沸点以上温度，从而形成蒸发区；使得坩埚盖内及坩埚内液面边缘区域的成核腔温度处于沸点以下，从而形成成核区。
进一步的，所述炉体内坩埚与坩埚盖组成的内腔，下部的蒸发区主要处于坩埚内腔中，上部的成核区主要集中在坩埚盖内腔中，蒸发区与成核区的分界为一变化的曲面层，曲面层的位置由腔内温度及所需制备材料的沸点决定，生产过程中曲面层随着等离子弧枪枪头的上下移动而跟随移动，曲面层下口径随着等离子弧枪功率的增减而跟随变化。
进一步的，所述坩埚盖为安装时上小下大锥台或弧状台形状，坩埚盖的侧面设置有载流气及所需制备材料的微粒的出口，出口内径小于坩埚盖与坩埚安装连接处下口径，缩口结构设计，提高了成核后的微粒碰撞结合的机率，更加便于微粒在生长与固化控温管内的快速生长。
进一步的，所述生长与固化控温管包括生长腔与固化腔，生长腔位于靠近坩埚盖出口端，固化腔靠近流体混合冷却器，因载流气在管道内流动时形成的温度场及速度场，温度场的等温线与速度场的等速线均为子弹头状的曲形面，所以生长腔内为所需制备材料微粒碰撞结合的主要场所，仅在其边缘处有少量的固化，固化腔为所需制备材料已生长完成的颗粒固化主要场所，仅在其中心处有少量的生长。
进一步的，所述生长与固化控温管中，生长腔内腔内径小于等于固化腔内腔内径，并且生长腔内腔与固化腔内腔为圆管状，或喇叭管状或台阶管状等管状。
进一步的，所述的流体混合冷却器为管状或罐状，内径大于等于固化管内管内径。
进一步的，所述流体混合冷却器内用于冷却的流体为气体、或液体、或液体与气体的混合物。
进一步的，所述收集器为固化成形后的超细粉体汇集的容器，当冷却流体为气体时，收集器内设置有过滤式气固分离器、或磁力分离器或旋风分离器；当冷却流体为液体或液体与气体的混合物时，收集器设置离心分离器或磁力分离器或气固液分离器。
进一步的，所述收集器底部设置有出粉口，用于超细粉体的排出，收集器的上部设置有出气口，用于载流气的排出，载流气经出气口排出后可以经增压后循环使用。
进一步的，所述高温蒸发与成核炉体、生长与固化控温管及流体混合冷却器均设置有壳体，各个壳体可以是一体式结构，也可以是分段式结构，或交叉共用段结构，各个壳体根据需要设置有冷却结构。
相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过将成核与蒸发过程设计在同一炉体内的坩埚与坩埚盖组成的内腔中的设计，更好的解决了高温下高沸点材料蒸气的温度难于长时间控制在其沸点以上，无需将成核过程远离蒸发区却可快速而方便的完成；坩埚盖连接生长腔的出口的缩口设计，将成核后的微粒通过载流气携带通过缩口后的管道内，进行快速生长；固化腔内的温度相较生长腔内的温度较低，温度下降后，载流气体体积收缩导致的流速变慢，以及固化腔内腔内径大于等于生长腔的设计，也使得载流气流速变慢，两者或共同的作用为固化提供充份的时间与空间；流体混合冷却可以更快的使得超细粉体颗粒冷却便于后续的收集。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型蒸发与成核炉体结构示意图。
图3为本实用新型生产与固化控温管结构示意图。
图中：1、蒸发与成核炉体，2、生长与固化控温管，3、流体混合冷却器，4、粉体收集器，10、蒸发与成核炉体壳体，11、坩埚，12、坩埚盖，13、等离子弧枪，14、加料装置，15、载流气预热输入管，16、坩埚盖侧面出口，17、保温材料，18、需制备的熔融状态下可导电材料，19、蒸发区与成核区分界曲面层，191、蒸发区，192、成核区，20、生长与固化控温管壳体，21、生长腔，22、固化腔，23、保温材料，30、流体混合冷却器壳体，31、流体混合冷却器流体输入通道，41、出粉口，42、出气口。
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，本实用新型的一种导电材料超细粉体制备装置，包括高温蒸发与成核炉体1、生长与固化控温管2、流体混合冷却器3及粉体收集器4。
如图1和图2所示，高温蒸发与成核炉体1包括外部蒸发与成核炉体壳体10，蒸发与成核炉体壳体10内部安装的坩埚11与坩埚盖12，穿过蒸发与成核炉体壳体10伸入坩埚盖内腔的等离子弧枪13，穿过蒸发与成核炉体壳体10连通于内部坩埚与坩埚盖组成的内腔的加料装置14及载流气预热输入管15。坩埚11及坩埚盖12与发与成核炉体壳体10之间设置保温材料17，用于控制坩埚与坩埚盖组成的内腔内部温度，使得坩埚内熔融状态可导电的所需制备材料的液面中心区域处于沸点及以上温度，从而形成蒸发区191；使得坩埚盖内及坩埚内液面边缘区域的成核腔温度处于沸点以下，从而形成成核区192，蒸发区191与成核区192的分界为一变化的蒸发区与成核区分界曲面层19，曲面层的位置由腔内温度及需制备的熔融状态下可导电材料18 的沸点决定，生产过程中曲面层随着等离子弧枪枪头的上下移动而跟随移动，曲面层下口径随着等离子弧枪功率的增减而跟随变化。
坩埚盖12为安装时上小下大锥台或弧状台形状，坩埚盖的侧面设置有载流气及所需制备材料的微粒的坩埚盖侧面出口16，出口内径小于坩埚盖与坩埚安装连接处下口径，缩口结构设计，提高了成核后的微粒碰撞结合的机率，更加便于微粒在生长与固化控温管内的快速生长。
如图1和图3所示，生长与固化控温管2包括外部生长与固化控温管壳体20、内部供载流气、液相或/与固相微粒通过的内通道，内通道与生长与固化控温管壳体20之间设置用于控制生长与固化过程内部温度的保温材料 23，生长与固化控温管内部通道的前端与坩埚盖侧面出口16连通。所述内通道内包括生长腔21与固化腔22，生长腔21位于靠近坩埚盖12出口端，固化腔22靠近流体混合冷却器3，生长腔内径小于等于固化腔内径；因载流气在管道内流动时形成的温度场及速度场，温度场的等温线与速度场的等速线均为子弹头状的曲形面，所以生长腔21内为所需制备材料微粒碰撞结合的主要场所，仅在其边缘处有少量的固化，固化腔22为所需制备材料已生长完成的颗粒固化主要场所，仅在其中心处有少量的生长。
如图1和图3所示，流体混合冷却器3包括流体混合冷却器壳体30及穿过混合冷却器壳体30的流体混合冷却器流体输入通道31,流体混合冷却器为管状或罐状，内径大于等于固化腔内径。
如图1所示，粉体收集器4为固化成形后的超细粉体汇集的容器，当冷却流体为气体时，收集器内设置有过滤式气固分离器、或磁力分离器或旋风分离器；当冷却流体为液体或液体与气体的混合物时，收集器内部设置离心分离器或磁力分离器或气固液分离器。收集器底部设置有出粉口41，用于超细粉体的排出，收集器的上部设置有出气口42，用于载流气的排出，载流气经排气口排出后可以经增压后循环使用。
具体工作过程：
导电材料由加料装置14通过加料管道输送进入坩埚内，启动等离子弧枪 13，等离子弧枪与导电材料之间通过等离子电弧进行电连通，进而产生能量对导电材料进行加热，导电材料受热后，融化并在蒸发区191范围内蒸发为蒸气，蒸气扩散至成核区192中，温度由沸点以上降至沸点以下，蒸气开始凝结为液核；通过载流气预热输入管15，将惰性载流气先在坩埚11或坩埚盖12与蒸发与成核炉体壳体10之间的保温材料17中进行预加热，再由载流气预热输入管15输送至坩埚11与坩埚盖12内腔，将成核的微粒携带，通过缩口设计的坩埚盖侧面出口16，进入生长与固化控温管2中，由于缩口设计，在生长腔21中，增加了成核微粒的碰撞机率，提高了生长效率，在完成生长后，进入固化腔，腔内温度降至熔点以下，生长完成的微粒固化为固体颗粒；固化后的颗粒再由载流气携带进入流体混合冷却器3内，使用冷却流体(液体或气体或气液混合雾)对高温的固体颗粒进行快速冷却；最后将冷却完成的超细粉末送入粉体收集器4中进行粉末收集，并通过出气口42排出载流气与/或冷却气，通过出粉口41排出粉体。
Claims (10)
1.一种导电材料超细粉体制备装置，其特征在于：包括高温蒸发与成核炉体、生长与固化控温管、流体混合冷却器及粉体收集器；所述高温蒸发与成核炉体包括外部壳体一，壳体一内部安装的坩埚与坩埚盖，穿过壳体一伸入坩埚盖内腔的等离子弧枪，穿过壳体一连通于内部坩埚与坩埚盖组成的内腔的加料装置及载流气预热输入管，所述坩埚与坩埚盖组成的内腔分为下部的蒸发腔与上部的成核腔；所述生长与固化控温管包括外部壳体二、内部供载流气、液相或/与固相微粒通过的内通道，内通道与壳体二之间设置用于控制生长与固化过程内部温度的保温材料，生长与固化控温管内部通道的前端与坩埚盖侧面出口连通；所述流体混合冷却器包括壳体三及穿过壳体三的流体输入通道及喷口。
2.如权利要求1所述的一种导电材料超细粉体制备装置，其特征在于：所述坩埚及坩埚盖与壳体一之间设置保温材料，用于控制坩埚与坩埚盖组成的内腔内部温度，使得坩埚内熔融状态可导电的所需制备材料的液面中心区域处于沸点或沸点以上温度，从而形成蒸发区；使得坩埚盖内及坩埚内液面边缘区域的成核腔温度处于沸点以下，从而形成成核区。
3.如权利要求2所述的一种导电材料超细粉体制备装置，其特征在于：所述壳体一内坩埚与坩埚盖组成内腔，下部的蒸发区主要处于坩埚内腔中，上部的成核区主要集中在坩埚盖内腔中，蒸发区与成核区的分界为一变化的曲面层，曲面层的位置由腔内温度及所需制备材料的沸点决定，生产过程中曲面层随着等离子弧枪枪头的上下移动而跟随移动，曲面层下口径随着等离子弧枪功率的增减而跟随变化。
4.如权利要求1所述的一种导电材料超细粉体制备装置，其特征在于：所述坩埚盖为安装时上小下大锥台或弧状台形状，坩埚盖的侧面设置有载流气及所需制备材料的微粒的出口，出口内径小于坩埚盖与坩埚安装连接处下口径，缩口结构设计。
5.如权利要求1所述的一种导电材料超细粉体制备装置，其特征在于：所述生长与固化控温管的内管道包括生长腔与固化腔，生长腔位于靠近坩埚盖出口端，固化腔靠近流体混合冷却器，生长腔内径小于等于固化腔内径，并且生长腔与固化腔为圆管状，或喇叭管状或台阶管状。
6.如权利要求5所述的一种导电材料超细粉体制备装置，其特征在于：所述流体混合冷却器为管状或罐状，内径大于等于固化腔内径。
7.如权利要求1所述的一种导电材料超细粉体制备装置，其特征在于：所述流体混合冷却器内用于冷却的流体为气体、或液体、或液体与气体的混合物。
8.如权利要求1所述的一种导电材料超细粉体制备装置，其特征在于：所述粉体收集器为固化成形后的超细粉体汇集的容器，当冷却流体为气体时，收集器内设置有过滤式气固分离器、或磁力分离器或旋风分离器；当冷却流体为液体或液体与气体的混合物时，收集器设置离心分离器或磁力分离器或气固液分离器。
9.如权利要求1或8所述的一种导电材料超细粉体制备装置，其特征在于：所述粉体收集器底部设置有出粉口，用于超细粉体的排出，收集器的上部设置有出气口，用于载流气的排出，载流气经出气口排出后可以经增压后循环使用。
10.如权利要求1所述的一种导电材料超细粉体制备装置，其特征在于：所述壳体一、壳体二和壳体三各个壳体为一体式结构，或是分段式结构，或是交叉共用段结构。
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