一种化学气相沉积负压状态下粉末前驱体的进料装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种化学气相沉积负压状态下粉末前驱体的进料装置，属于化学气相沉积技术领域；包括步进电机、传动组件、储料罐、球阀、金属真空管和化学气相沉积炉；传动组件同轴安装于储料罐内，其传动杆底端从端头处沿轴向依次固定安装有金属细针、金属螺纹塞和旋转叶片，其顶端穿过所述法兰盘的圆通孔与所述步进电机的转子同轴固定，通过所述步进电机带动所述传动组件旋转，所述传动杆与所述法兰盘之间为动密封结构；所述步进电机通过螺纹柱固定于所述法兰盘的上表面；采用动密封结构实现传动杆与法兰盘之间的密封，将法兰盘上方步进电机及螺纹柱隔绝在真空系统外，防止步进电机过热及防止步进电机被粉体腐蚀，且其方便安装、调试及拆卸。

A feeding device of powder precursor under negative pressure of CVD

【技术实现步骤摘要】
一种化学气相沉积负压状态下粉末前驱体的进料装置
本专利技术属于化学气相沉积
，具体涉及一种化学气相沉积负压状态下粉末前驱体的进料装置。
技术介绍
化学气相沉积技术由于其可绕性强，致密度高，制备温度低，结合力良好以及可设计性强等优点受到学术界和工程界的广泛关注。目前常见的化学气相沉积的前躯体多为气体或挥发性较强的液体。成来飞教授利用鼓泡法向反应装置内部输送甲基三氯硅烷(MTS)，成功制备出SiC涂层，并表征其抗氧化性能[ChengL,XuY,ZhangL,etal.OxidationanddefectcontrolofCVDSiCcoatingonthree-dimensionalC/SiCcomposites[J].Carbon,2002,40(12):2229-2234]。GuimonC等人利用气相输送前驱体的方法制备出BN陶瓷[GuimonC,GonbeauD,Pfister-GuillouzoG,etal.XPSstudyofBNthinfilmsdepositedbyCVDonSiCplanesubstrates[J].Surface&InterfaceAnalysis,2010,16(1-12):440-445]。但随着电子、航空、航天、车辆等行业的发展，单单的液态和气态的前驱体已经逐渐不能满足气相沉积的要求。以超高温陶瓷(HfC，ZrC，TaC等)为例，该类陶瓷化学气相沉积的前驱体大多是固态粉体状态，固态粉料稳定性高，对环境污染较小。针对该类固态粉末前驱体，中南大学熊翔课题组开发了机械螺旋送粉器，能够初步实现粉末状前驱体连续进料，并在碳/碳复合材料表面成功制备HfC涂层[WangY,LiZ,XiongX,etal.ActionmechanismofhydrogengasondepositionofHfCcoatingusingHfCl4-CH4-H2-Arsystem[J].AppliedSurfaceScience,2016,390:903-908]。然而，由于加工精度的限制，以及前驱体遇水较强的腐蚀性，现有技术送粉装置中圆柱状金属螺纹塞与储料漏斗圆锥状内壁总是存在间隙，无法形成紧密贴合，在负压化学气相沉积的过程中，由于储料漏斗内的气压与炉腔内部压力不均衡，使得气体存在对流，从而粉末的流动受到影响，导致送粉精度误差较大。针对送粉器压力难以操控，柱状金属螺纹塞与漏斗内壁之间存在缝隙使得送粉速率稳定性大幅下降等问题，本课题组提出一种新型负压状态下化学气相沉积粉末前驱体的进料装置。
技术实现思路
要解决的技术问题：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种化学气相沉积负压状态下粉末前驱体的进料装置，具有自动调整储料漏斗和沉积炉腔压力的前驱体进料装置。该装置设计简单，稳定性高，可控性强，适用于负压化学气相沉积相关领域，在航空，航天以及光学成像等领域具有广泛的应用前景。本专利技术的技术方案是：一种化学气相沉积负压状态下粉末前驱体的进料装置，其特征在于：包括步进电机、传动组件、储料罐、第一球阀、第二球阀、第三球阀、金属真空管和化学气相沉积炉；所述储料罐包括玻璃罩和锥形漏斗，所述玻璃罩为两端开口的筒状结构，其上端口通过法兰盘密封安装，所述法兰盘中心处开有圆通孔，用于穿过所述传动组件；所述玻璃罩的下端口与所述锥形漏斗的大径端同轴密封安装，所述锥形漏斗的小径端与所述第一球阀的一端连接；所述玻璃罩侧壁上开有通孔，用于同轴固定玻璃细管，所述金属真空管一端通过橡胶塞与所述玻璃细管出口密封连接，使得所述金属真空管与所述玻璃罩内相通；所述金属真空管的另一端与所述化学气相沉积炉炉体通过所述第三球阀连接；所述化学气相沉积炉设置于整个装置的底端，其顶端进料口与所述第一球阀的另一端连接，所述第一球阀的侧壁通过所述第二球阀与沉积进气管连接；所述传动组件同轴安装于所述储料罐内，包括传动杆、旋转叶片、金属螺纹塞和金属细针；所述传动杆底端从端头处沿轴向依次固定安装有金属细针、金属螺纹塞和旋转叶片，其顶端穿过所述法兰盘的圆通孔与所述步进电机的转子同轴固定，通过所述步进电机带动所述传动组件旋转，所述传动杆与所述法兰盘之间为动密封结构；所述步进电机通过螺纹柱固定于所述法兰盘的上表面；所述金属螺纹塞为锥形结构，其锥角与所述锥形漏斗的锥角相同，能够通过真空压力保证所述金属螺纹塞与所述锥形漏斗小径端的内壁压紧贴合，使得前驱体粉料通过金属螺纹塞的螺纹凹槽向下输送；所述旋转叶片为梯形片状结构，两个所述旋转叶片对称固定于所述传动杆下部的两侧，用于搅拌粉料。本专利技术的进一步技术方案是：所述金属螺纹塞的螺距为2-4mm，螺纹数为5-8圈，锥角为40-80°。本专利技术的进一步技术方案是：所述旋转叶片与所述金属螺纹塞的轴向距离为10-15mm。本专利技术的进一步技术方案是：所述金属细针同轴焊接于所述传动杆的低端，长度为5-10mm，用于防止前驱体粉末在所述锥形漏斗小径端部塞积。本专利技术的进一步技术方案是：所述动密封结构为金属片压紧两组适配于所述传动杆尺寸的密封垫圈。本专利技术的进一步技术方案是：所述玻璃罩外壁沿轴向设置有刻度线，精确至1mm，用于观察粉料消耗情况。本专利技术的进一步技术方案是：所述步进电机的转子与所述传动杆之间通过连接头固定，所述连接头为套管结构，两端分别通过螺纹与所述步进电机的转子、所述传动杆连接。有益效果本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用机械旋转叶片和圆锥状金属螺纹塞配合进行搅拌送粉，转速可调，送粉连续，步进电机扭力大，储料罐压力可控，送粉稳定性高，在化学气相沉积制备陶瓷等方面具有重大意义。其中，采用步进电机代替普通电机，实现以较大扭力(100N)转动，增加粉体流动性。采用动密封结构实现传动杆与法兰盘之间的密封，将法兰盘上方步进电机及螺纹柱隔绝在真空系统外，防止步进电机过热及防止步进电机被粉体腐蚀，且其方便安装、调试及拆卸。带有玻璃细管的玻璃罩可以通过橡胶塞与金属真空管相连，保持送粉器内压力与炉体压力相等，防止送粉器因压力过高或过低导致粉体下落速度不均匀。锥状金属螺纹塞通过真空压合使其紧贴于金属漏斗内壁表面，使得粉体依靠金属螺纹塞表面金属螺纹实现精确定量连续送粉。在所述传动杆下部，锥状螺纹塞的上方设置有旋转叶片，能够搅动粉料，避免粉料在负压环境中出现压实结块现象；金属细针同轴焊接于所述传动杆的低端，能够防止前驱体粉末在所述锥形漏斗小径端部塞积。如图2所述，采用本专利技术装置所制备的HfC陶瓷相中无其他杂质，与HfC标准pdf卡基本完全对照。图中陶瓷相的特征峰峰型尖锐，证明沉积陶瓷颗粒结晶性良好。附图说明图1负压螺旋粉末送料装置3D立体图。图2利用该装置化学气相沉积制备的HfC陶瓷XRD图谱。图3送粉器正视剖面图。图4送粉器左视剖面图。图5步进电机及下部连接头图片。图6送粉器上部法兰盘动密封零件图片。图7玻璃罩图片。图8传动杆及下部旋转叶片及金属螺纹塞图片。图9锥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学气相沉积负压状态下粉末前驱体的进料装置，其特征在于：包括步进电机、传动组件、储料罐、第一球阀、第二球阀、第三球阀、金属真空管和化学气相沉积炉；/n所述储料罐包括玻璃罩和锥形漏斗，所述玻璃罩为两端开口的筒状结构，其上端口通过法兰盘密封安装，所述法兰盘中心处开有圆通孔，用于穿过所述传动组件；所述玻璃罩的下端口与所述锥形漏斗的大径端同轴密封安装，所述锥形漏斗的小径端与所述第一球阀的一端连接；所述玻璃罩侧壁上开有通孔，用于同轴固定玻璃细管，所述金属真空管一端通过橡胶塞与所述玻璃细管出口密封连接，使得所述金属真空管与所述玻璃罩内相通；所述金属真空管的另一端与所述化学气相沉积炉炉体通过所述第三球阀连接；所述化学气相沉积炉设置于整个装置的底端，其顶端进料口与所述第一球阀的另一端连接，所述第一球阀的侧壁通过所述第二球阀与沉积进气管连接；/n所述传动组件同轴安装于所述储料罐内，包括传动杆、旋转叶片、金属螺纹塞和金属细针；所述传动杆底端从端头处沿轴向依次固定安装有金属细针、金属螺纹塞和旋转叶片，其顶端穿过所述法兰盘的圆通孔与所述步进电机的转子同轴固定，通过所述步进电机带动所述传动组件旋转，所述传动杆与所述法兰盘之间为动密封结构；所述步进电机通过螺纹柱固定于所述法兰盘的上表面；/n所述金属螺纹塞为锥形结构，其锥角与所述锥形漏斗的锥角相同，能够通过真空压力保证所述金属螺纹塞与所述锥形漏斗小径端的内壁压紧贴合，使得前驱体粉料通过金属螺纹塞的螺纹凹槽向下输送；所述旋转叶片为梯形片状结构，两个所述旋转叶片对称固定于所述传动杆下部的两侧，用于搅拌粉料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种化学气相沉积负压状态下粉末前驱体的进料装置，其特征在于：包括步进电机、传动组件、储料罐、第一球阀、第二球阀、第三球阀、金属真空管和化学气相沉积炉；
所述储料罐包括玻璃罩和锥形漏斗，所述玻璃罩为两端开口的筒状结构，其上端口通过法兰盘密封安装，所述法兰盘中心处开有圆通孔，用于穿过所述传动组件；所述玻璃罩的下端口与所述锥形漏斗的大径端同轴密封安装，所述锥形漏斗的小径端与所述第一球阀的一端连接；所述玻璃罩侧壁上开有通孔，用于同轴固定玻璃细管，所述金属真空管一端通过橡胶塞与所述玻璃细管出口密封连接，使得所述金属真空管与所述玻璃罩内相通；所述金属真空管的另一端与所述化学气相沉积炉炉体通过所述第三球阀连接；所述化学气相沉积炉设置于整个装置的底端，其顶端进料口与所述第一球阀的另一端连接，所述第一球阀的侧壁通过所述第二球阀与沉积进气管连接；
所述传动组件同轴安装于所述储料罐内，包括传动杆、旋转叶片、金属螺纹塞和金属细针；所述传动杆底端从端头处沿轴向依次固定安装有金属细针、金属螺纹塞和旋转叶片，其顶端穿过所述法兰盘的圆通孔与所述步进电机的转子同轴固定，通过所述步进电机带动所述传动组件旋转，所述传动杆与所述法兰盘之间为动密封结构；所述步进电机通过螺纹柱固定于所述法兰盘的上表面；
所述金属螺纹塞为锥形结构，其锥角与所述锥形漏斗的锥角相同，能够通过真空压力保证所述金属螺纹塞与所述锥形漏斗小径端的内壁压紧贴合，使得前...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯涛，童明德，姚朔天，温世峰，林红娇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61