TWM632164U - 一種用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置 - Google Patents

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Abstract

本創作涉及一種用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置，其包括內部安裝的管狀成核結構，與管狀成核結構連通的耐高溫蒸發器內部的坩堝蓋，安裝在坩堝蓋下方的坩堝，以及與管狀成核結構直接連通的粒子成形結構；所述管狀成核結構的外側設置有降溫結構；所述坩堝上方設置有加熱裝置。本創作通過帶冷卻夾套的殼體結構與保溫結構，控制管狀成核結構內部的降溫，並控制溫度範圍，同時設計金屬蒸氣成核裝置的內部結構，控制金屬蒸氣成核順利完成，為後續粒子成形控制提供成形的核。

Description

一種用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置
本創作屬於超細粉製備技術領域，特別是指一種物理氣相法製備超細粉末材料用的金屬蒸氣成核裝置。
在使用物理蒸發冷凝氣相法製備超細粉粒子時，需將原材料先經過高溫加熱氣化，再將氣態物質轉變為液態後固化成形。因為製備的超細粉粒子為微觀材料，多為奈米級、亞微米級或微米級粉末，成形的粒子尺寸較小，形成速度非常快，溫度非常高，蒸氣排出與成核的技術原理雖然簡單，但是實際運用卻非常困難。在將蒸氣排出坩堝內腔後，極易出現遇冷凝聚為液體或固體的情況，液體易流出坩堝外，導致物料損失，固體易造成出口堵塞，影響連續生產的持續進行。
現有氣相法在製備超細金屬粉時，雖然都需要成核過程，但因成核速度快，設備結構的限制會導致很難單獨控制金屬蒸氣的成核過程，有時會將成核與生長、固化及冷卻集中在一個結構中一次性的完成。雖然最終能製備出超細顆粒，但得到的超細顆粒基本上是大小不均、形態混亂的不良品，甚至出現聯體現象。也有將成核、生長、固化及冷卻分佈在一個管道中的操作，但是這種操作並未對各個階段進行特別控制，導致成核過程中伴有大量生長，生長階段仍會發生成核，同時固化也伴隨其中，最終的產品中將會出現大小不均勻現象，以及坩堝蓋出口保溫不良引起出口堵塞所導致的無法繼續生產的問題。
本創作針對先前技術中的問題，提供了一種用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置，金屬蒸氣成核裝置的管狀成核結構為連接蒸發器和粒子成形結構的中間段，可解決在將蒸氣排出坩堝的內腔後，極易出現遇冷凝聚為液體或固體的情況，液體易流出坩堝外，導致物料損失，固體易造成出口堵塞，影響連續生產的持續進行的問題。同時設計金屬蒸氣成核裝置的內部結構，控制金屬蒸氣成核順利完成，為後續粒子成形控制提供成形的核。
為實現上述目的，本創作通過以下技術方案實現：
一種用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置，所述金屬蒸氣成核裝置包括內部安裝的管狀成核結構，與管狀成核結構連通的耐高溫蒸發器內部的坩堝蓋，安裝在坩堝蓋下方的坩堝，以及與管狀成核結構直接連通的粒子成形結構，或通過回流結構或回收結構與管狀成核結構間接連通的粒子成形結構；所述管狀成核結構的外側設置有降溫結構，以使得管狀成核結構的出氣口處的溫度低於入氣口處的溫度；所述坩堝上方設置有加熱裝置。
進一步的，所述管狀成核結構為等徑圓管狀或進口小出口大的變徑管狀。
進一步的，所述坩堝蓋的安裝下口內徑與坩堝的安裝上口內徑的比值為1:0.5至1:2；所述管狀成核結構的內徑與坩堝蓋的安裝下口內徑的比值為1:1.5至1:6；所述管狀成核結構的內徑與後續直接或間接連通的粒子成形結構的內徑比值為1:1至1:10。
進一步的，所述降溫結構包括依次設置在管狀成核結構外側的保溫材料和帶冷卻夾套的殼體，以控制管狀成核結構內部的溫度下降。
進一步的，所述帶冷卻夾套的殼體上設置有與冷卻夾套連通的冷卻液進口和冷卻液出口。
進一步的，所述管狀成核結構的入口處的下口伸入坩堝蓋的外側壁。
本創作的有益效果是：
本技術方案通過對金屬蒸氣成核裝置的結構內部的設計，通過帶冷卻夾套的殼體結構與保溫結構，控制管狀成核結構內部的降溫，並控制溫度範圍，以解決在將蒸氣排出坩堝的內腔後，極易出現遇冷凝聚為液體或固體的情況，液體易流出坩堝外，導致物料損失，固體易造成出口堵塞，影響連續生產的持續進行的問題。同時設計金屬蒸氣成核裝置的內部結構，控制金屬蒸氣成核順利完成，為後續粒子成形控制提供成形的核。
結合附圖和實施例對本創作做進一步描述，雖然進行清楚完整地描述，顯然所描述的實施例僅僅是本創作一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本創作中的實施例，本領域具有通常知識者在沒有做出進步性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬本創作保護的範圍。
如圖1所示，本創作提供了一種用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置，包括內部安裝的管狀成核結構3，與管狀成核結構3連通的耐高溫蒸發器殼體8內部的坩堝蓋2，安裝在坩堝蓋2下方的坩堝1，以及與管狀成核結構3直接連通的粒子成形結構9；管狀成核結構3的外側設置有保溫材料5和帶冷卻夾套的殼體4，通過保溫材料5和帶冷卻夾套的殼體4的配合控制降溫程度。坩堝1內放有金屬液體7，金屬液體7的上方設置有加熱裝置6，加熱裝置6用於對金屬液體7加熱以產生蒸氣。管狀成核結構的入口處的下口10伸入坩堝蓋2的外側壁。
耐高溫蒸發器內部的金屬液體7的液面中心位置溫度高於2000℃。管狀成核結構3內部的中段的中心軸處的溫度高於1200℃，管狀成核結構3出口處的溫度低於原材料的沸點。
本創作的管狀成核結構3為連接蒸發器和粒子成形結構的中間段，管狀成核結構3的內部需保證金屬蒸氣或蒸汽順利通過，同時其內部也是金屬蒸氣成核的重要場所，對於金屬蒸氣成核裝置的結構控制、尺寸的控制及安裝方法的控制和內部溫度的控制均是製備超細粉末材料成核過程的關鍵技術點。
實施例1
耐高溫蒸發器內的坩堝上口內徑為5cm，坩堝蓋下口內徑為10cm，金屬蒸氣成核裝置內的管狀成核結構呈直管狀，直管的內徑為3.5cm，粒子成形控制結構的內徑為5cm。通過加熱裝置將坩堝內放置的金屬銅加熱至2500℃左右，繼續加熱至沸騰，以產生銅蒸氣。在坩堝與坩堝蓋之間通入3cm 3/h的惰性氣體作為載流氣，將金屬銅蒸氣迅速送入金屬蒸氣成核裝置內部的管狀成核結構內，管狀成核結構與金屬蒸氣成核裝置的殼體之間設置5cm厚的石墨氈保溫層。成核過程完成後，微粒直接進入粒子成形結構完成生長與冷卻，再進入氣固收集裝置中進行收集，得到平均粒徑為50nm的圓球形奈米銅粉。
實施例2
耐高溫蒸發器內的坩堝上口內徑為30cm，坩堝蓋下口內徑為30cm，金屬蒸氣成核裝置內的管狀成核結構呈直管狀，直管的內徑為6cm，粒子成形控制結構的內徑為10cm。通過加熱裝置將坩堝內放置的金屬鐵鎳二元合金加熱至2700℃左右，繼續加熱至沸騰，以產生鐵鎳二元蒸氣。在坩堝與坩堝蓋之間通入36cm 3/h的惰性氣體作為載流氣，將金屬鐵鎳二元蒸氣迅速送入金屬蒸氣成核裝置內部的管狀成核結構內，管狀成核結構與金屬蒸氣成核裝置的殼體之間設置9cm厚的陶瓷氈保溫層。成核過程完成後，微粒直接進入粒子成形結構完成生長與冷卻，再進入氣固收集裝置中進行收集，得到平均粒徑為200nm的圓球形鐵鎳二元金屬粉。
實施例3
耐高溫蒸發器內的坩堝上口內徑為30cm，坩堝蓋下口內徑為30cm，金屬蒸氣成核裝置內的管狀成核結構呈入口小出口大的喇叭管狀，入口的內徑為20cm，出口的內徑為30cm，粒子成形結構的內徑為200cm。通過加熱裝置將坩堝內放置的金屬銅合金加熱至2500℃左右，繼續加熱至沸騰，產生金屬銅合金蒸氣。在坩堝與坩堝蓋之間通入18cm 3/h的惰性氣體作為載流氣，將金屬銅合金蒸氣迅速送入金屬蒸氣成核裝置內部的喇叭管狀成核結構內，管狀成核結構與金屬蒸氣成核裝置的殼體之間設置5cm厚的陶瓷氈保溫層。成核過程完成後，微粒直接進入粒子成形結構完成生長與冷卻，再進入氣固收集裝置中進行收集，得到平均粒徑為700nm的圓球形金屬銅合金粉。
1:坩堝 2:坩堝蓋 3:管狀成核結構 4:帶冷卻夾套的殼體 5:保溫材料 6:加熱裝置 7:金屬液體 8:耐高溫蒸發器殼體 9:粒子成形結構 10:管狀成核結構的入口處的下口
圖1為本創作的金屬蒸氣成核裝置的示意圖。
1:坩堝
2:坩堝蓋
3:管狀成核結構
4:帶冷卻夾套的殼體
5:保溫材料
6:加熱裝置
7:金屬液體
8:耐高溫蒸發器殼體
9:粒子成形結構
10:管狀成核結構的入口處的下口

Claims (6)

  1. 一種用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置，其包括：內部安裝的一管狀成核結構；與該管狀成核結構連通的一耐高溫蒸發器內部之一坩堝蓋；安裝在該坩堝蓋下方之一坩堝；以及一粒子成形結構，其與該管狀成核結構直接連通或通過一回流結構或一回收結構連通；該管狀成核結構的外側設置有一降溫結構，以使得該管狀成核結構的出氣口處的溫度低於入氣口處的溫度，而該坩堝上方設置有一加熱裝置。
  2. 如請求項1所述之用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置，其中該坩堝蓋的安裝下口內徑與該坩堝的安裝上口內徑的比值為1：0.5至1：2；該管狀成核結構的內徑與該坩堝蓋的安裝下口內徑的比值為1：1.5至1：6；該管狀成核結構的內徑與該粒子成形結構的內徑比值為1：1至1：10。
  3. 如請求項1所述之用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置，其中該管狀成核結構為等徑圓管狀或進口小出口大的變徑管狀。
  4. 如請求項1所述之用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置，其中該降溫結構包括依次設置在該管狀成核結構外側的保溫材料以及設有一冷卻夾套的一殼體，用以控制該管狀成核結構內部的溫度下降。
  5. 如請求項4所述之用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置，其中設有該冷卻夾套之該殼體上設置有與該冷卻夾套連通的一冷卻液進口和一冷卻液出口。
  6. 如請求項1所述之用於以物理氣相法製備超細粉末材料之金屬蒸氣成核裝置，其中該管狀成核結構之一入口處的下口伸入該坩堝蓋的外側壁。
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