【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及粉体材料气相沉积法合成，具体讲是一种粉体冷却扰流成形装置及方法。
技术介绍
1、气相沉积法是现有技术中用于制备粉体材料的主要手段之一，其中的物理法通常是在稳定气氛环境下，通过热源加热使处于蒸发容器中的单质原料气化，并使所得中间产物气流在后续工段中冷却凝固得到粉体材料。该法的一个显著优点在于，可以通过调节加热温度、工作压力、气氛条件等参数实现对产品粉体粒径分布的调控。然而在实际生产过程中，由于管壁效应的存在和出于实际生产效率提高处理量的需要，设备管道内的温度和气速分布往往存在一个由中心向管壁递降的趋势，故难以使物料保持均匀的粉气或/和液气输送状态，这会极大地影响产品粉体的物理性能，如形貌和粒径分布区间等。尤其是在粉体粒子的成核生长固化工段如冷却成形管段，设备管壁处与中心处的温度与速度的不均匀，造成粒子成核几率与速度不同，从而造成了粒子的大小不均匀或称粒径不均匀，即同一批次收集得到的粉末粒径分布区间较宽，收集到的粉体也易产生粒子连体和团聚现象。
2、此外，随着制备过程的进行，部分粉体粒子的冷凝成形过程会不可避免地发生在温度相对较低的设备管道内壁上，即形成管道内壁固相沉积块或层；该固相沉积块或层随时间逐渐增厚，会改变管内气体原先的稳定流态，造成同一流段内粉体粒子的碰撞几率升高，从而形成大颗粒继续沉积到管壁上，进一步恶化流态，最终使管道堵塞，或者导致异形与连体粉的产生，影响持续稳定生产。针对上述问题，工业上传统的解决方法是由外部直接通入气体如氮气对管道内壁进行吹扫，以使上述固相沉积物脱落并随载气输送至后续废渣处
技术实现思路
1、本专利技术要解决的一个技术问题是，提供一种能相对缩小粉末粒径分布区间和相对减少粉体团聚现象的粉体冷却扰流成形装置。
2、本专利技术的一个技术解决方案是，提供一种粉体冷却扰流成形装置，包括冷却成形管，冷却成形管的入口与高温蒸发器连接，冷却成形管的出口与粉末收集器连接，冷却成形管靠近高温蒸发器的外壳上设有与冷却介质源连通的第一流体冷却夹套而构成冷却成形管前段的间接冷却区域，紧邻前段的冷却成形管的后段的外壳上有第一冷却气体通道，管内壁上有一个或多个连通第一冷却气体通道的第一冷却气体喷口使后段构成直接冷却区域；在冷却成形管内设有冷却扰流杆，冷却扰流杆内有连通冷却介质源的第二流体冷却夹套和/或与冷却气体源连通的第二冷却气体通道，所述的第二冷却气体通道与一个或多个向冷却成形管的管壁喷气的第二冷却气体喷口连通；冷却扰流杆位于冷却成形管的中心。
3、采用以上结构后，本专利技术一种粉体冷却扰流成形装置具有以下优点：
4、本装置在冷却成形管内设有冷却扰流杆，冷却扰流杆内有连通冷却介质源的第二流体冷却夹套和/或与冷却气体源连通的第二冷却气体通道，所述的第二冷却气体通道与一个或多个向冷却成形管的管壁喷气的第二冷却气体喷口连通，冷却扰流杆位于冷却成形管的中心，通过减小冷却成形管内部同一流段的中心轴线与管壁之间的温度差和气速差，也称径向温度差和径向气速差，为冷却成形管内超细粉体粒子成形提供了更均匀的温度场和速度场。或可表述为：为超细粉体粒子在同一流段内均匀成形和减少团聚提供了更均匀的温度场和速度场的分布条件，从而相对解决了同一批次收集得到的粉末粒径分布区间较宽的技术问题和粉体团聚的技术问题。即，能相对缩小粉末粒径分布区间，也相对减少粉体粒子在气路输送中的碰撞几率和粒子连体的团聚现象，同时也相对减少了冷却成形管内壁上的固相沉积的现象。
5、进一步地，冷却扰流杆包括壳体，第二流体冷却夹套设在冷却扰流杆壳体内并通过进水管和回水管与所述冷却介质源连通；第二冷却气体喷口为多个，沿冷却扰流杆的管壁周向和轴向分布。采用以上结构后，使扰流效果更好，进一步减小了冷却成形管内部同一流段的中心轴线与管壁之间的径向温度差和径向气速差，进一步保证了相对缩小粉末粒径分布区间、相对减少粉体粒子在气路输送中的碰撞几率和粒子连体的团聚现象、减少冷却成形管内壁上的固相沉积现象的技术效果。还有，通过中心的第二冷却气体喷口和管壁上的第一冷却气体喷口协同配合冷却，更加适用于需强化急冷以快速结束粉体生长阶段的纳米级超细粉体生产，且消除了常规径向冷却进气条件下位于管道中心的粒子冷却速度相对较慢的问题，大幅度提高粉体生产效率。
6、进一步地，第二冷却气体喷口的轴线与冷却扰流杆的轴线之间的夹角为5°～90。采用以上结构后，喷口的轴线与冷却扰流杆的轴线之间的夹角为5度至其中的小于90度时，气体喷口方向可以为向后斜而朝向冷却成形管的出口，对物流起向后导向作用，进一步保证了相对缩小粉末粒径分布区间、相对减少粉体粒子在气路输送中的碰撞几率和粒子连体地团聚现象、减少冷却成形管内壁上的固相沉积现象的技术效果。
7、进一步地，第二冷却气体喷口的直径为0.1～10mm。采用以上结构后，使喷口直径保持在较佳的直径范围内，以防止直径过大喷口对冷却气体的约束效果变弱，而使冷却气体气速变慢或发散，也防止直径过小形成高压进气反而影响冷却管内温度和气速分布的现象发生，进一步保证了相对缩小粉末粒径分布区间、相对减少粉体粒子在气路输送中的碰撞几率和粒子连体的团聚现象、减少冷却成形管内壁上的固相沉积现象的技术效果。
8、进一步地，冷却扰流杆的轴线与冷却成形管的轴线在同一直线上。采用以上结构后，第二冷却气体喷口从中心轴线向管壁喷射的冷却气体更均匀、扰流效果更好，进一步减小了冷却成形管内部同一流段的中心轴线与管壁之间的径向温度差和径向气速差，进一步保证了相对缩小粉末粒径分布区间、相对减少粉体粒子在气路输送中的碰撞几率和粒子连体的团聚现象、相对减少冷却成形管内壁上的固相沉积现象的技术效果。
9、进一步地，第一冷却气体喷口为沿周向和轴向分布的多个，第一冷却气体喷口的轴线与冷却成形管的中心轴线之间的夹角为5°～90°，第一冷却气体喷口的直径为0.1～50mm。采用以上结构后，冷却成形管的急冷效果得到进一步加强，更加适用于需要较小粒径如几十纳米级粉体生产的场合，且中心扰流杆的的多个第二冷却气体喷口与管壁上的多个第一冷却气体喷口协同配合效果更好。以上夹角设置为5度至90度，可小于90度，这样，气体喷口方向可以为向后的斜向，对物流起向后导向作用，同时可使第一冷却气体喷口的直径保持在较佳的直径范围内，以防止直径过大喷口对冷却气体的约束效果变弱，而使冷却气体气速变慢或发散，也防止直径过小形成高压进气反而影响冷却管内温度和气速分布的现象发生，进一步保证了相对缩小粉末粒径分布区间、相对减少粉体粒子在气路输送中的碰撞几率和粒子连体的团聚现象、减少冷却成形管内壁上的固相沉积现象的技术效果。
10、进一步地，所述的冷却扰流杆为设在冷却成形管内的一字形的冷却扰流杆；所述的一字形的冷却扰流杆内端端本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种粉体冷却扰流成形装置，包括冷却成形管，冷却成形管的入口与高温蒸发器连接，冷却成形管的出口与粉末收集器连接，冷却成形管靠近高温蒸发器的外壳上设有与冷却介质源连通的第一流体冷却夹套而构成冷却成形管前段的间接冷却区域，紧邻前段的冷却成形管的后段的外壳上有第一冷却气体通道，管内壁上有一个或多个连通第一冷却气体通道的第一冷却气体喷口使后段构成直接冷却区域；其特征在于：在冷却成形管内设有冷却扰流杆，冷却扰流杆内有连通冷却介质源的第二流体冷却夹套和/或与冷却气体源连通的第二冷却气体通道，所述的第二冷却气体通道与一个或多个向冷却成形管的管壁喷气的第二冷却气体喷口连通；冷却扰流杆位于冷却成形管的中心。
2.根据权利要求1所述的粉体冷却扰流成形装置，其特征在于：冷却扰流杆包括壳体，第二流体冷却夹套设在冷却扰流杆壳体内并通过进水管和回水管与所述冷却介质源连通；第二冷却气体喷口为多个，沿冷却扰流杆的管壁周向和轴向分布。
3.根据权利要求2所述的粉体冷却扰流成形装置，其特征在于：第二冷却气体喷口的轴线与冷却扰流杆的轴线之间的夹角为5°～90°。
4.根据权利要求
5.根据权利要求1或2所述的粉体冷却扰流成形装置，其特征在于：冷却扰流杆的轴线与冷却成形管的轴线在同一直线上。
6.根据权利要求1所述的粉体冷却扰流成形装置，其特征在于：第一冷却气体喷口为沿周向和轴向分布的多个，第一冷却气体喷口的轴线与冷却扰流杆的中心轴线之间的夹角为5°～90°，第一冷却气体喷口的直径为0.1～50mm。
7.根据权利要求1所述的粉体冷却扰流成形装置，其特征在于：所述的冷却扰流杆为设在冷却成形管内的一字形的冷却扰流杆；所述的一字形的冷却扰流杆内端端部沿周向设有用于清除冷却成形管内圆周壁沉积物的刮刀组件，冷却扰流杆伸出冷却成形管外端的延伸部上有驱动冷却扰流杆轴向滑动和周向转动的驱动结构，冷却扰流杆与冷却成形管外端壁上的冷却扰流杆过孔处有动密封结构。
8.根据权利要求1所述的粉体冷却扰流成形装置，其特征在于：所述的冷却扰流杆为L字形冷却扰流杆，L字形冷却扰流杆的短杆部分经密封结构伸出冷却成形管的侧壁外。
9.一种粉体冷却扰流成形方法，采用权利要求1-8中任何一项所述的粉体冷却扰流成形装置，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的粉体冷却扰流成形方法，其特征在于：还包括步骤e、需清除冷却成形管内圆周壁沉积物时，在不停止粉体的蒸发、冷却和收集的同时，驱动冷却扰流杆轴向移动并周向转动而经刮刀组件清除冷却成形管内圆周壁的沉积物。
...【技术特征摘要】
1.一种粉体冷却扰流成形装置，包括冷却成形管，冷却成形管的入口与高温蒸发器连接，冷却成形管的出口与粉末收集器连接，冷却成形管靠近高温蒸发器的外壳上设有与冷却介质源连通的第一流体冷却夹套而构成冷却成形管前段的间接冷却区域，紧邻前段的冷却成形管的后段的外壳上有第一冷却气体通道，管内壁上有一个或多个连通第一冷却气体通道的第一冷却气体喷口使后段构成直接冷却区域；其特征在于：在冷却成形管内设有冷却扰流杆，冷却扰流杆内有连通冷却介质源的第二流体冷却夹套和/或与冷却气体源连通的第二冷却气体通道，所述的第二冷却气体通道与一个或多个向冷却成形管的管壁喷气的第二冷却气体喷口连通；冷却扰流杆位于冷却成形管的中心。
2.根据权利要求1所述的粉体冷却扰流成形装置，其特征在于：冷却扰流杆包括壳体，第二流体冷却夹套设在冷却扰流杆壳体内并通过进水管和回水管与所述冷却介质源连通；第二冷却气体喷口为多个，沿冷却扰流杆的管壁周向和轴向分布。
3.根据权利要求2所述的粉体冷却扰流成形装置，其特征在于：第二冷却气体喷口的轴线与冷却扰流杆的轴线之间的夹角为5°～90°。
4.根据权利要求2所述的粉体冷却扰流成形装置，其特征在于：第二冷却气体喷口的直径为0.1～10mm。
5.根据权利要求1或2所述的粉体冷却扰流成形装置，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建亮，赵登永，潘经珊，施伟，张仁东，
申请(专利权)人：宁波广新纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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