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一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统技术方案

技术编号：42756845 阅读：15 留言：0更新日期：2024-09-18 13:45

本发明专利技术公开的一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，包括坩埚主体、坩埚保温层、等离子炬加热系统、离子气传输装置、坩埚冷却系统、自动加料装置、温度控制装置、压力控制系统、液位探测装置和高效粒度控制装置；本发明专利技术通精确控制提高了纳米金属粉体的制备效率和质量，能够实时监测各项参数，确保生产的纳米粉体符合预定要求，可广泛应用于电子、材料科学、能源存储等领域，具有重要的经济和社会意义。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于单质或多质金属合金制备纳米粉体的系统，具体涉及一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统。

技术介绍

1、制备纳米金属粉体具有重要的应用价值，例如在电子行业中作为导电材料、在催化剂领域中作为活性组分，在通讯、3d打印、传感器等领域也极具应用价值。目前的制备方法有气雾法、化学法、电爆法等等。然而，这些方法存在粒径不均匀、生产效率低等的问题。因此，迫切需要一种高效、精确的制备方法来满足实际需求。

2、等离子法制备超细金属颗粒材料是指用等离子体作热源来提供能量条件的一种制粉工艺。等离子体是气体与电弧接触而产生的一种高温、离子化和传导性的气体状态。由于电离气体的导电性，使电弧能量迅速转移并变成气体的热能，形成一种高温气体射流（温度达5500℃以上）和高强度热源。采用等离子体法制取粒径微小的超细粉，普通工艺难以制备微粉，或者是具有某些特殊表面性能的材料。

3、采用高纯氧化锆坩埚具有以下优势。

4、1，高耐高温性：氧化锆的熔点较高，达到了2700℃，因此，高纯氧化锆坩埚可以在高温环境下保持稳定性能。

5、2，良好的化学稳定性：氧化锆具有良好的化学稳定性，不易与其他化学物质发生反应，因此，适用于各种化学腐蚀性较强的熔融金属和化合物。

6、3，无污染：氧化锆是一种环保材料，不会对锅内物料造成污染，有利于提高物料的纯度。

7、氧化锆坩埚在高温、高腐蚀性等特殊环境下具有不可替代的优势，因此在一些高端领域仍具有广泛的应用。

技术实现思路</p>

1、基于上述需求，本专利技术提供一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统。

2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，包括坩埚主体、设置在坩埚主体外的坩埚保温层和设置在坩埚保温层外的坩埚冷却系统，坩埚冷却系统外设置有连通坩埚主体的等离子炬加热系统、用于将氮气和氢气、氩气中一种或多种混合，按工艺配比传输至反应系统的离子气传输装置、用于自动投放原料的自动加料装置和有一定倾斜角度的高效粒度控制装置，所述的坩埚主体上分别设置有温度控制装置、用于维持工作环境气压的压力控制系统、液位探测装置和纳米粉体控制系统；所述的坩埚主体包括最高可耐3000～4000℃高温的高纯石墨坩埚底座和安装在坩埚底座上方的大坩埚和小坩埚；所述的坩埚保温层包括环绕在大小坩埚四周的保温棉和不锈钢炉体，坩埚底座与不锈钢炉体之间设有绝缘管组件，用来隔开坩埚与不锈钢炉体，起到绝缘作用；所述的离子气传输装置包括带氮气流量计的氮气传输管道、带氢气流量计的氢气传输管道和带氩气流量计的氩气传输管道；所述的坩埚冷却系统包括环绕在不锈钢炉体四周的冷水循环系统和设置在大坩埚、小坩埚之间夹层中的氮气气冷系统，通过冷却水和氮气气冷有效控制坩埚的温度；所述的自动加料装置用于自动投放原料，包括带加料进口和加料出口的加料仓、加料电机以及与坩埚液面呈一定夹角的加料管道，还包括带观察窗耐高温镜片的加料观察窗以及加料窗视频传输系统；所述的液位探测装置包括带有刻度尺的耐高温金属液位探针和与耐高温金属液位探针连接的液位控制电机，作业人员定时快速升降电机，再通过液位观察窗视频监视系统观察液位刻度变化；所述的纳米粉体控制系统包括工业控制机和plc及电磁阀；所述的高效粒度控制装置为内外双层夹层设计，其包括不锈钢管道的外层以及水平方向上均匀分布密集气孔的内层夹套，气孔内通入常温高压惰性气体，用来给蒸发后的粉体进行快速降温，防止粉体颗粒出炉后继续长大。

3、所述的一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，其大坩埚和小坩埚为石墨坩埚或耐高温陶瓷坩埚，其中坩埚的顶盖上设有专用的等离子枪入口、温度传感器入口、液位探测入口、加料入口和出气口，所述的陶瓷坩埚为最高可耐2000℃高温氧化铝/氧化锆混合坩埚。

4、所述的一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，其等离子炬加热系统包括顺序连接的交直流转换器、直流电源、等离子引弧柜、光通讯模块、脉冲发生器和等离子枪，用于产生高温等离子态以实现材料的熔化和气化。

5、进一步，所述的等离子枪包括枪外壳、枪内芯、电弧喷嘴、等离子枪水冷管、水流量计、等离子枪气冷管、保护气入口、保护气出口和气体流量计，枪外壳和枪内芯分别与直流电源的正负极连接，直流电源为多组并联式大功率电源，电源工作过程中若某台电源出现故障，不影响其他电源的正常工作，枪外壳和枪内芯上分别设有进水口和出水口，用于给等离子枪主体降温，延长等离子枪使用寿命。

6、所述的一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，其温度控制装置包括耐高温温度传感器和抗磁场信号传输模块。

7、所述的一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，其压力控制系统包括变频空气压缩机、变频罗茨风机、储气罐、数显压力计和变频真空泵。

8、本专利技术的有益效果是：本发通过大功率电源辅助于等离子枪产生电弧，从而将金属物料熔融并产生气化状态。在坩埚系统中产生金属气化、凝结和颗粒化等过程；通过循环气体的传输，纳米颗粒逐步冷却并进入材料收集装置，最终实现了高效制备纳米粉体的目标。

9、本专利技术的创新设计和精确控制使其成为一种高效制备纳米粉体的核心工具，具有广泛的应用前景，可在电子、材料科学和能源存储等领域中产生重要影响。

10、本专利技术通过创新设计和精确控制，提高了纳米金属粉体的制备效率和质量，能够实时监测各项参数，确保生产的纳米粉体符合预定要求，可广泛应用于电子、材料科学、能源存储等领域，具有重要的经济和社会意义。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

2.根据权利要求1所述的一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，其特征在于，所述的大坩埚（102）和小坩埚（103）为石墨坩埚或耐高温陶瓷坩埚，坩埚的顶盖上设有等离子枪入口（1201）、温度传感器入口（1202）、液位探测入口（1203）、加料入口（1204）和出气口（1205），所述的陶瓷坩埚为氧化铝/氧化锆混合坩埚。

3.根据权利要求1所述的一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，其特征在于，所述的等离子炬加热系统（3）包括顺序连接的交直流转换器（305）、直流电源（304）、等离子引弧柜（301）、光通讯模块（307）、脉冲发生器（308）和等离子枪（306）。

4.根据权利要求3所述的一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，其特征在于，所述的等离子枪（306）包括电弧喷嘴（3063）以及分别与直流电源（304）的正负极连接的枪外壳（3061）和枪内芯（3062），枪外壳（3061）和枪内芯（3062）上分别设有等离子枪水冷管（3064）以及进水口和出水口。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，其特征在于，所述的加料管道（603）上设置有加料观察窗（604）和加料窗视频传输系统（605）。

6.根据权利要求5所述的一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，其特征在于，所述的温度控制装置（7）包括耐高温温度传感器（701）和抗磁场信号传输模块（702）。

7.根据权利要求6所述的一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，其特征在于，所述的压力控制系统（8）包括变频空气压缩机（801）、变频罗茨风机（802）、储气罐（803）、数显压力计（804）和变频真空泵（805）。

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【技术特征摘要】

1.一种用于制造纳米金属粉体的坩埚系统，其特征在于：包括坩埚主体（1）、设置在坩埚主体（1）外的坩埚保温层（2）和设置在坩埚保温层（2）外的坩埚冷却系统（5），坩埚冷却系统（5）外设置有连通坩埚主体（1）的等离子炬加热系统（3）、用于将氮气和氢气、氩气中一种或多种混合气按配比传输的离子气传输装置（4）、用于自动投放原料的自动加料装置（6）和有一定倾斜角度的高效粒度控制装置（11），所述的坩埚主体（1）上分别设置有温度控制装置（7）、用于维持工作环境气压的压力控制系统（8）、液位探测装置（9）和纳米粉体控制系统（10）；所述的坩埚主体（1）包括坩埚底座（101）和安装在坩埚底座（101）上方的大坩埚（102）和小坩埚（103）；所述的坩埚保温层（2）包括环绕在坩埚四周的保温棉（201）和不锈钢炉体（202），坩埚底座（101）与不锈钢炉体（202）之间设有绝缘管组件（203）；所述的离子气传输装置（4）包括氮气传输管道（401）、氢气传输管道（402）和氩气传输管道（405）；所述的坩埚冷却系统（5）包括环绕在不锈钢炉体（202）四周的冷水循环系统（501）和设置在大坩埚（102）、小坩埚（103）之间夹层中的氮气气冷系统（502）；所述的自动加料装置（6）包括加料仓（601）、加料电机（602）以及与坩埚液面呈一定夹角的加料管道（603）；所述的液位探测装置（9）包括耐高温金属液位探针（901）和与耐高温金属液位探针（901）连接的液位控制电机（902）；所述的纳米粉体控制系统（10）包括工业控制机（1001）和plc（1002）；所述的高效粒度控制装置（11）包括不锈钢管道的外层（1101）以及水平方向上均匀分布密集气孔的内层夹套（1102），所述的气孔内通入惰性...

【专利技术属性】
技术研发人员：李震睿，陈大鹏，李逢杰，曾鹏，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶集团有限公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：

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