CN219942795U - 一种氮化物粉末生产加工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种氮化物粉末生产加工设备，包括原材料输送装置、等离子体氮化室、化合室和收集装置，原料输送装置将物料输送至氮气保护下的等离子体氮化室中，在氮化装置的作用下原材料被蒸发和雾化形成离子、原子团簇和超细微粒；离子、原子团簇和超细微粒与氮等离子体相结合，骤冷后形成亚微米或纳米氮化物粉末，后再通过化合室球化和氮化，冷却后收集即可。本方案通过多级高速气动分离器对对纳米粉末进行分类分级的收集，设置引弧装置有效的提高了离子或原子云与氮等离子体之间的化合和球化效果；通过氮化装置、引弧装置和化合室对原材料进行至少两次化合和球化，保证了氮化物纳米粉末的球形度和纯度，提高了其结构强度和抗腐蚀性能。

Description

一种氮化物粉末生产加工设备

技术领域

本实用新型涉及氮化物粉末生产设备，特别是一种氮化物粉末生产加工设备。

背景技术

在目前高速发展的时代，各行业对材料的需求越来越大，特别是是对高质量纳米粉末的需求日益见长，非金氮化物粉末和金属氮化物粉末的在航空航天、电子产品的精细化加工、陶瓷、以及3D打印等领域中应用广泛，但是纳米粉末的生产加工确存在诸多问题，是目前需要去解决和克服的，比如：1、纳米粉末材料如氮化物粉末，包括氮化金属或非金属，纳米粉末的球形度不够或不成型，影响后续产品的各个性能；2、在加工生产过程中原材料容易被氧化，纳米粉末中的杂质过多，没法得到高纯度的纳米粉末；3、氮化物粉末的堆积密度不高，抗压能力差，球形粉末的结构在受到大量的堆积后容易出现碎裂，影响堆放存储运输。

公开号为CN111470481A公开了一种等离子体反应雾化制备高纯氮化铝球形粉末的方法，但是该方法使用过程中因原材料与等离子之间的化合不够充分，原材料存留在纳米粉末中形成杂质，影响纳米粉末的纯度，使其纯度不高，另外其冷却过程中出现急冷，冷却的速度过快，而使球形粉末在未完全成型时或初期其表面迅速形成包裹层，影响球形粉末的球形度的成型，另外，形成的球形粉末容易碎裂，其粉末颗粒的结构强度低，因此是目前急需解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是，克服现有技术的上述不足，而提供一种便于提高氮化物粉末球形度和化合效果，提高粉末纯度和粉末颗粒结构强度的氮化物粉末生产加工设备。

本实用新型的技术方案是：一种氮化物粉末生产加工设备，包括原材料输送装置、等离子体氮化室、化合室和收集装置，所述原料输送装置将物料输送至氮气保护下的等离子体氮化室中，在氮化装置的作用下原材料被蒸发和雾化形成离子、原子团簇和超细微粒；离子、原子团簇和超细微粒与氮等离子体相结合，骤冷后形成亚微米或纳米氮化物粉末，后再通过化合室球化和氮化，冷却后通过收集装置对氮化物粉末收集即可。

本实用新型的优地在于，将原材料直接输送或者在真空、惰性气体保护作用下输送至5000℃以上的高温氮气等离子体氮化室内进行蒸发和雾化，材料在氮化室内经过氮化装置的高温处理形成离子、原子团簇和超细微粒，离子、原子团簇和超细微粒与氮化等离子体结合，并在氮气氛围下进行至少两次或三次球化和氮化，最终冷却形成高纯度的纳米粉末材料，而采用该方法制备出的氮化物纳米粉末的球形度均匀，粒径可控；原材料可以为金属材料和非金属材料，具体可以根据实际生产进行选择，采用本方案能够有效的提高氮化物的球形度和生产质量，便于产率的提高；

另外，收集过程中，采用纳米粉末收集装置，其在使用过程中通过高效旋转的电机带动离心轴高速旋转，使收集装置的出口形成超级旋风，纳米粉末在高速旋转的过程中产生离心力，便于对纳米粉末进行分级收集，同时提高了对纳米级粉末的收集效果。

进一步，所述输送装置包括真空熔炼室，熔炼室内设有熔炼炉、中间包和导流管，中间包安装在熔炼室内，熔炼炉能够往中间包中倾倒熔炼后的熔液，导流管安装在中间包的下端并与等离子体氮化室连通。该输送装置将原材料在真空高温下熔融后输送至等离子体氮化室中，输送装置还可以采用粉末输送装置、丝材输送装置对粉末或丝材直接输送至等离子体氮化室中进行氮化和球化，输送过程中采用惰性气体进行保护。

进一步，所述等离子体氮化室内设有氮化装置，氮化装置包括直流等离子或射频等离子体炬。

进一步，所述氮化装置的下方设有等离子体电场加速延长高温区的引弧装置，引弧装置的设置能够对氮化装置第一次氮化和球化后的粉末进行第二次球化和氮化，进一步的提高氮化物粉末的球形度和纯度。

进一步，所述引弧装置包括引弧圈，引弧圈与电极连接，氮化装置与另一电极，引弧圈与氮化装置之间通过离子束导电形成高温电弧。

进一步，所述化合室包括夹层壳体，壳体上设有加压补气口，壳体上端通过第一高温高压阀与等离子体氮化室连接，壳体的下端通过第二高温高压阀连接出料管。

进一步，所述夹层壳体的夹层内设有发热体。化合室内设有发热体，能够降低氮化物粉末降温的速率，进而能够保证氮化物粉末下落的过程中粉末颗粒内部的温度，使原材料与氮等离子体在颗粒内部能够进行持续的反应，便于原材料能够与氮等离子体完全化合，进而实现第三次化合和球化，更进一步的提高了氮化物粉末的球形度和纯度。

进一步，所述收集装置包括多级高速气动分离器、精密过滤收集器和引风机，多级高速气动分离器的一端通过管道与出料管连接，多级高速气动分离器的另一端通过管道连接精密过滤收集器，精密过滤收集器的出风管连接引风机。

进一步，所述多级高速气动分离器的出风管内设有离心轴，离心轴通过驱动电机驱动高速旋转，多级高速气动分离器的设置有效的提高了对纳米粉末的收集和分离效果，多级高速气动分离器能够设置多级，进而对纳米粉末实现多级收集，便于氮化物粉末质量的提高。

进一步，所述离心轴的下端设有离心叶片，便于提高离心的效果，使纳米粉末在强离心力的作用下进行分离，便于对粉末进行分级收集。

本方案的原理为：将原材料直接输送或者在真空、惰性气体保护作用下输送至5000℃以上的高温氮气等离子体氮化室内进行蒸发和雾化，材料在氮化室内经过氮化装置的高温处理形成离子、原子团簇和超细微粒，离子、原子团簇和超细微粒与氮化等离子体结合，并在氮气氛围下进行至少两次或三次球化和氮化，具体的：

第一次球化和氮化，原材料在氮化装置的作用下蒸发和氮化形成离子、原子团簇和超细微粒，离子、原子团簇和超细微粒与氮化等离子体结合形成氮化物粉末，氮化物粉末的纯度为50-60%；

第二次球球化和氮化，氮化物粉末和未反应完全的离子、原子团簇和超细微粒一同进入等离子体电场加速延长高温区进行第二次氮化和球化，在骤冷系统形成亚微米和纳米球形颗粒，氮化物化学纯度和球形度得到大幅度提高，使氮化物粉末的纯度能够到达70-80%；

第三次球化和氮化，再然后形成的氮化物粉末在经过高浓度氮气氛的高温恒压的化合室内进行第三次氮化和球化，有效的保证了原材料与氮等离子之间的充分化合和球化，使氮化物粉末的纯度能够到达99%以上；在经过三次化合和球化后，氮化物粉末的颗粒的粒径均匀，颗粒的结构强度高，球形度和纯度都极高，堆积密度突出，进而氮化物粉末应用后，产品表面致密度高使其抗腐蚀性能大幅度的得到提高；第三次球化和氮化可以根据加工不同材料的需要进行选择，保证氮化物粉末的球形度和纯度。

本实用新型具有如下特点：本方案有效的提高了氮化物粉末的生产质量和产率，通过多级高速气动分离器对纳米粉末进行分级收集，便于对纳米粉末进行分类分级的收集，另外，雾化室下端设置化合室，有效的提高了氮化物粉末的化合持续反应，便于化合完全，提高氮化物粉末的纯度和球形度，另外在氮化装置的下端设置引弧装置有效的提高了离子、原子团簇和超细微粒与氮等离子体之间的化合和球化效果，进而保证了纳米粉末颗粒的结构强度；通过氮化装置、引弧装置和化合室对原材料进行至少两次化合和球化，有效的保证了氮化物纳米粉末的球形度和纯度，进而提高了氮化物纳米粉末的结构强度和抗腐蚀性能。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的详细结构作进一步描述。

附图说明

图1-为本实用新型结构示意图；

图2-为等离子体氮化室放大示意图；

图3-为多级高速气动分离器结构示意图；

1-真空熔炼室，2-熔炼炉，3-熔液，4-中间包，5-导流管，6-氮化装置，7-等离子体氮化室，8-第一高温高压阀，9-化合室，10-加压补气口，11-发热体，12-第二高温高压阀，13-高压真空阀，14-一级分离器，15-二级分离器，16-精密过滤收集器，17-第三料包，19-离心轴，20-第二料包，21-第一料包，22-引弧装置，23-出风管，24-驱动电机，25-离心叶片。

具体实施方式

如附图所示：一种氮化物粉末生产加工设备，包括原材料输送装置、等离子体氮化室7、化合室9和收集装置，原料输送装置将物料输送至氮气保护下的等离子体氮化室7中，在氮化装置的作用下原材料被蒸发和雾化形成离子、原子团簇和超细微粒，离子、原子团簇和超细微粒与氮等离子体相结合，骤冷后形成亚微米或纳米氮化物粉末，再通过化合室9球化和氮化，采用液氮或其他惰性冷却介质冷却后通过收集装置对氮化物粉末收集即可。

本方案将原材料直接输送或者在真空、惰性气体保护作用下输送至5000℃以上的高温氮气等离子体氮化室内进行蒸发和雾化，材料在氮化室内经过氮化装置的高温处理形成离子、原子团簇和超细微粒，离子、原子团簇和超细微粒与氮化等离子体结合，并在氮气氛围下进行至少两次或三次球化和氮化，原材料可以为金属材料和非金属材料，如：铝、铜、硅、硼、镉、钛等原材料，具体可以根据实际生产进行选择，采用本方案能够有效的提高氮化物的球形度和生产质量，便于产率的提高；另外，收集过程中，采用纳米粉末收集装置，其在使用过程中通过高效旋转的电机带动离心轴19高速旋转，使收集装置的出口形成超级旋风，纳米粉末在高速旋转的过程中产生离心力，便于对纳米粉末进行分级收集，同时提高了对纳米级粉末的收集效果。

在实施例中，输送装置包括真空熔炼室1，熔炼室内设有熔炼炉2、中间包4和导流管5，中间包4安装在熔炼室内，熔炼炉2能够往中间包4中倾倒熔炼后的熔液3，导流管5安装在中间包4的下端并与等离子体氮化室7连通。该输送装置将原材料在真空高温下熔融后输送至等离子体氮化室7中，输送装置还可以采用粉末输送装置、丝材输送装置对粉末或丝材直接输送至等离子体氮化室7中进行氮化和球化，输送过程中采用惰性气体进行保护。

在实施例中，等离子体氮化室7内设有氮化装置6，氮化装置6包括直流等离子或射频等离子体炬，优选地，本实用新型中采用的是射频等离子体火炬。

在实施例中，氮化装置6的下方设有等离子体电场加速延长高温区的引弧装置22，引弧装置22的设置能够对氮化装置6第一次氮化和球化后的粉末进行第二次球化和氮化，进一步的提高氮化物粉末的球形度和纯度；优选地，引弧装置22包括引弧圈，引弧圈与电极连接，氮化装置与另一电极连接，电极接通高压直流电源，使引弧圈与氮化装置之间通过离子束导电形成高温电弧；优选地，离子束为原材料在氮化装置下被蒸发和雾化形成离子、原子团簇和超细微粒，和/或氮化装置自身产生的氮等离子体，离子束形成导电体，使引弧圈与氮化装置之间形成高温电弧，进一步的对氮化物粉末进行氮化和球化，引弧圈通过绝缘体安装固定在雾化室内，并与氮化装置之间设置一定的间距，通过加工的需要可以对该间距进行调节，同时对电压进行调节，保证等离子体电场加速延长高温区的加热温度，保证球化和氮化的效果。

在实施例中，化合室9包括夹层壳体，壳体上设有加压补气口10，壳体上端通过第一高温高压阀8与等离子体氮化室7连接，壳体的下端通过第二高温高压阀12连接出料管，出料管上还设有高压真空阀13，便于提高化合室9的真空效果，保证氮化物的纯度；优选地，夹层壳体的夹层内设有发热体11，化合室9内设置发热体11，能够降低氮化物粉末降温的速率，进而能够保证氮化物粉末下落的过程中粉末颗粒内部的温度，使原材料与氮等离子体在颗粒内部能够进行持续的反应，便于原材料能够与氮等离子体完全化合，发热体11可以为电阻加热器或者高频感应加热器；进而实现第三次化合和球化，更进一步的提高了氮化物粉末的球形度和纯度；根据原材料的选择，化合室可以选择性的进行第三次化合，或者用于冷却处理用，提高对氮化物纳米粉末的收集。

在实施例中，收集装置包括多级高速气动分离器、精密过滤收集器16和引风机，多级高速气动分离器的一端通过管道与出料管连接，多级高速气动分离器的另一端通过管道连接精密过滤收集器16，精密过滤收集器16的出风管23连接引风机。优选地，多级高速气动分离器的出风管23内设有离心轴19，离心轴19通过驱动电机24驱动高速旋转，多级高速气动分离器的设置有效的提高了对纳米粉末的收集和分离效果，多级高速气动分离器能够设置多级，进而对纳米粉末实现多级收集，便于氮化物粉末质量的提高。更优地，离心轴19的下端设有离心叶片25，便于提高离心的效果，使纳米粉末在强离心力的作用下进行分离，便于对粉末进行分级收集。

优选地，本实用新型中多级高速气动分离器包括一级分离器14和二级分离器15，一级分离器14靠近化合室9安装，二级分离器15靠近精密过滤收集器16安装，一级分离器14的下端设有第二料包20，二级分离器15的下端设有第一料包21，料包用于收集氮化物纳米粉末；优选地，精密过滤收集器16的下端设有第三料包17。

本方案有效的提高了氮化物粉末的生产质量和产率，通过多级高速气动分离器对纳米粉末进行分级收集，便于对纳米粉末进行分类分级的收集，另外，雾化室下端设置化合室，有效的提高了氮化物粉末的化合持续反应，便于化合完全，提高氮化物粉末的纯度和球形度，另外在氮化装置的下端设置引弧装置有效的提高了离子或原子云与氮等离子体之间的化合和球化效果，进而保证了纳米粉末颗粒的结构强度；通过氮化装置、引弧装置和化合室对原材料进行至少两次化合和球化，有效的保证了氮化物纳米粉末的球形度和纯度，进而提高了氮化物纳米粉末的结构强度和抗腐蚀性能。

以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氮化物粉末生产加工设备，包括原材料输送装置、等离子体氮化室、化合室和收集装置，其特征在于：所述原材料输送装置将物料输送至氮气保护下的等离子体氮化室，等离子体氮化室内设有用于蒸发和雾化原材料的氮化装置，化合室的上端连接等离子体氮化室，化合室的下端通过出料管连接用于收集冷却后的氮化物粉末的收集装置。

2.根据权利要求1所述的氮化物粉末生产加工设备，其特征在于：所述原材料输送装置包括真空熔炼室，熔炼室内设有熔炼炉、中间包和导流管，中间包安装在熔炼室内，熔炼炉能够往中间包中倾倒熔炼后的熔液，导流管安装在中间包的下端并与等离子体氮化室连通。

3.根据权利要求1所述的氮化物粉末生产加工设备，其特征在于：所述等离子体氮化室内设有氮化装置，氮化装置包括直流等离子或射频等离子体炬。

4.根据权利要求3所述的氮化物粉末生产加工设备，其特征在于：所述氮化装置的下方设有等离子体电场加速延长高温区的引弧装置。

5.根据权利要求4所述的氮化物粉末生产加工设备，其特征在于：所述引弧装置包括引弧圈，引弧圈与电极连接，氮化装置与另一电极，引弧圈与氮化装置之间通过离子束导电形成高温电弧。

6.根据权利要求1所述的氮化物粉末生产加工设备，其特征在于：所述化合室包括夹层壳体，壳体上设有加压补气口，壳体上端通过第一高温高压阀与等离子体氮化室连接，壳体的下端通过第二高温高压阀连接出料管。

7.根据权利要求6所述的氮化物粉末生产加工设备，其特征在于：所述夹层壳体的夹层内设有发热体。

8.根据权利要求1-7任一项所述的氮化物粉末生产加工设备，其特征在于：所述收集装置包括多级高速气动分离器、精密过滤收集器和引风机，多级高速气动分离器的一端通过管道与出料管连接，多级高速气动分离器的另一端通过管道连接精密过滤收集器，精密过滤收集器的出风管连接引风机。

9.根据权利要求8所述的氮化物粉末生产加工设备，其特征在于：所述多级高速气动分离器的出风管内设有离心轴，离心轴通过驱动电机驱动高速旋转。

10.根据权利要求9所述的氮化物粉末生产加工设备，其特征在于：所述离心轴的下端设有离心叶片。