CN113198702B - 适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，包括：基座；安装在基座上的平移升降装置，包括导向杆，导向杆与固定在基座上的定位块滑动连接，导向杆上设有沿竖直方向滑动的滑动组件；螺旋灯管，与滑动组件可拆卸连接，并与可编程恒流电源相连；支撑盒，通过若干支撑杆固定在基座上；输气装置，通过支撑柱固定在基座上，包括通过三通转换结构连通的第一进气管、第二进气管和出气管，出气管贯穿支撑盒延伸进待加工容器的内部。本发明可有效减少涂层的热应力，提高成膜寿命和成膜质量，能使得烧结时间缩短的同时能够保证涂层的完整性，改善对容器凹形底面的除水效果，提高除水成功率，降低微小容器内壁涂覆高分子涂料的难度。

Description

适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置

技术领域

本发明涉及高分子涂料涂敷烧结技术领域，更具体地涉及一种适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置。

背景技术

氢原子频率标准的原理就是将氢原子电离成原子，通过选态聚焦，将高能态的原子聚焦至储存泡内部。储存泡放入频率合适的微波谐振腔内部，高能态原子与腔内的辐射场相互作用，发生受激辐射跃迁。储存泡需要涂敷高分子涂料，如聚四氟乙烯，从而使得原子和泡壁碰撞而不发生能量状态，高能态的原子就能有足够的时间和辐射场发生作用从而得到很窄的原子谱线线宽和较强的微波辐射功率。

由于储存泡的体积为几升至几十毫升，往这些微小容器内壁涂敷高分子涂料的方式通常为：先采用液体振荡涂敷，然后进行除水，最后烧结，完成膜的成型。其中，目前常见的除水方式为真空抽水法，烧结方式为放入一般的干燥炉或者专门的烧结炉里完成烧结。

然而，目前的真空抽水法和烧结方法均具有较多缺陷。真空抽水法对容器内壁的平整度有较高要求：如果内壁平整度低，会造成内壁某处的涂料堆积，导致在抽气过程中由于涂料表面张力降低而开始起泡，最后泡因压差破裂而造成涂料表面残缺，从而导致涂敷失败。再者，真空抽水法一般采用油泵或者干泵作为抽气泵，但是由于管道导通的降低和微小容器抽气口径的限制，容器内部的极限真空只有几十帕斯卡，造成除水时间较长而无法抽取凹形底面容器的水分。除此之外，在真空室进气取出容器过程中也存在进气污染泡壁的几率，容器内部的涂料粉末掉落进抽气管道内部，也会影响二次抽气速率和泵组寿命。

当容器完成除水后，将其从真空室内取出放入烧结炉内进行烧结。在这过程中，存在再次安放容器和插管输气的步骤，输气管在插入容器内部过程中会伤害在容器抽气口附近的部分结晶态涂料层。并且，如果在真空除水的步骤中，水分未能完全除尽，则需在炉内对容器内部进行保温除气，该过程也会使部分结晶涂料层脱落，影响涂层厚度。而容器在烧结炉中烧结时，面临着温度不均匀的问题：由于温度传感器设于烧结炉的内壁上，因而烧结炉的中心和加热内壁必然会有一个温度梯度，且烧结炉体积越大该温度梯度越明显。虽然有循环风向补偿作用，但容器顶部、中段和底部存在由上至下的温度差，除了带来热应力之外还会使得整个涂料在凝胶态自上而下流动，可能会封死进气管道和进气壁之间的空隙。如果输气装置有泄压阀，那么氧气无法进入容器内部使得涂料的稳定剂无法充分燃烧而碳化，影响结晶后的膜的质量；如果输气装置无泄压阀，那么容器内部逐渐增压，涂料在加压环境中完成烧结，使得膜和容器壁之间存在较大的应力而影响成膜的寿命。

发明内容

为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，能够降低涂敷高分子涂料的难度，提高微小容器内的除水效率和除水成功率，并且能够保持微小容器内壁涂层的完整性，提高成膜质量和成膜寿命。

本发明提供的一种适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，包括：基座；平移升降装置，安装在所述基座上，所述平移升降装置包括一导向杆，所述导向杆与固定在所述基座上的定位块滑动连接，且所述导向杆上设有沿竖直方向滑动的滑动组件；螺旋灯管，与所述滑动组件可拆卸连接，并与一可编程恒流电源相连；支撑盒，通过若干支撑杆固定在所述基座上；输气装置，通过一支撑柱固定在所述基座上，所述输气装置包括通过三通转换结构连通的第一进气管、第二进气管和出气管，所述第一进气管与用于除水的惰性气体源连通，所述第二进气管与用于烧结的氧气源连通，所述出气管贯穿所述支撑盒延伸进所述待加工容器的内部。

进一步地，所述导向杆的底部具有向两侧延伸的凸缘，所述定位块设有截面为倒T形的第一滑动槽，所述导向杆的底部的一部分以及所述凸缘容置在所述第一滑动槽。

进一步地，所述滑动组件包括与所述螺旋灯管上端固定连接的上滑块以及与所述螺旋灯管下端固定连接的下滑块。

进一步地，所述上滑块和所述下滑块均设有第二滑动槽，且所述第二滑动槽的尺寸与所述导向杆的尺寸相匹配。

进一步地，所述上滑块和所述下滑块均具有一环部，所述环部内设有螺纹。

进一步地，所述出气管的直径为所述第一进气管和所述第二进气管的直径的1/4。

进一步地，所述支撑盒包括一盒体，所述盒体中自上而下依次设有箍件、挡板以及储气空间。

进一步地，所述待加工容器的容器口容置在所述箍件的内部空间中。

进一步地，所述挡板的中部设有与所述待加工容器的容器口对准的间隙，且所述间隙的尺寸小于所述待加工容器的容器口的直径并大于所述出气管的直径。

进一步地，所述储气空间中设有与外部连通的排气管。

本发明设置红外螺旋灯管，通过热辐射传导的方式对容器内壁进行加热，可避免容器口堵塞带来的一系列不良后果，也使得加热效率高且均匀性强，有效减少了涂层的热应力，提高了成膜寿命和成膜质量。并且，本发明的螺旋灯管的温度可控，能精确控制升温速率和降温速率，使得烧结时间缩短的同时能够保证涂层的完整性。本发明设置输气装置，通过容器内部的气体交换来实现除水，改善了对容器凹形底面的除水效果，提高了除水成功率。另外，本发明的装置可通过人眼观察来判断除水和烧结是否完成，提高了人在整个过程中的干涉度，从而降低了微小容器内壁涂覆高分子涂料的难度。本发明的装置还可控制有害气体的排放，具有节能环保的效果。

附图说明

图1是按照本发明的适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是沿图2中线A-A截开的剖视图。

图4是沿图2中线B-B截开的剖视图。

图5是沿图2中线C-C截开的剖视图。

图6是图1中支撑盒的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1-图3所示，本发明的适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，适用于微小的非金属容器，包括基座1、安装在基座1上的平移升降装置2以及通过支撑柱3固定在基座1上的输气装置4，其中，平移升降装置2与螺旋灯管5相连，输气装置4通过支撑盒6与待加工容器7连通，且支撑盒6通过若干支撑杆8固定在基座1上。使用时，通过平移升降装置2的移动使得待加工容器7置于螺旋灯管5内部而进行加热。

以下分别对上述各个装置进一步详细描述。

基座1包括安装平台11以及四个座脚12，平移升降装置2和支撑柱3均通过螺丝安装在安装平台11上，座脚12用于将整个装置平稳放置在操作台上。

平移升降装置2包括一竖直设置的导向杆21，导向杆21与固定在安装平台11上的定位块22滑动连接。具体地，导向杆21的底部具有向两侧延伸的凸缘211，使得整个导向杆21呈倒T形。定位块22设有截面为倒T形的第一滑动槽221，导向杆21底部的一部分以及凸缘211容置在第一滑动槽221中，使得导向杆21能够沿安装平台11的水平面定向平移。需要说明的是，第一滑动槽221的尺寸与导向杆21的宽度以及凸缘211的尺寸相匹配，以实现平滑稳定的移动。另外，当导向杆21平移到位时，通过L形的第一压片23将导向杆21的底部和定位块22固定，使得装置在使用过程中保持稳定。

结合图4和图5，导向杆21上设有沿其轴向(即竖直方向)滑动的滑动组件24。具体地，滑动组件24包括与螺旋灯管5上端固定连接的上滑块241以及与螺旋灯管5下端固定连接的下滑块242。上滑块241和下滑块242均设有第二滑动槽243，第二滑动槽243的尺寸与导向杆21的尺寸相匹配，使得上滑块241和下滑块242能套设在导向杆21上，并沿导向杆21的轴向滑动。并且，上滑块241和下滑块242还具有一环部244，环部244内设有螺纹。两个螺丝分别穿过上滑块241和下滑块242的环部，而使得两滑块分别与螺旋灯管5的上端和下端固定连接，当需要更换螺旋灯管5时，将两个螺丝拧下即可。如此，可通过上滑块241和下滑块242的竖直移动而改变螺旋灯管5的高度，也可通过改变上滑块241和下滑块242的相对距离来适应不同型号的螺旋灯管5。当螺旋灯管5的高度确定，即上滑块241和下滑块242移动到位时，通过第二压片245将上滑块241和下滑块242固定在导向杆21上，使得装置在使用过程中保持稳定。具体地，第二压片245通过两个定位螺栓246与上滑块241和下滑块242相连，并且一螺丝247穿过第二压片245而紧紧抵顶在导向杆21上。

请再次参见图3，输气装置4包括第一进气管41、第二进气管42和出气管43，第一进气管41、第二进气管42和出气管43通过三通转换结构44连通而完成气体的输送。第一进气管41和第二进气管42均与存储有不同气体的高压气瓶(图未示)相连，高压气瓶上设有用于控制气压的减压阀。具体地，与第一进气管41相连的高压气瓶中存储有用于除水的惰性气体源(例如氮气)，与第二进气管42相连的高压气瓶中存储有用于烧结的氧气源。在本实施例中，第一进气管41和第二进气管42为并联进气结构，即，两个管道可单独输气，也可混合输气。出气管43贯穿支撑盒6而延伸进待加工容器7的内部，从而将从第一进气管41和第二进气管42输入的气体送入容器7内。在本实施例中，出气管43的直径大约为第一进气管41和第二进气管42的直径的1/4，该设置能够加快气体流速，使流出出气管43的气体能喷射至容器7的顶部(即凹形底面)，有助于增加气体在容器7内的循环率。

本发明的螺旋灯管5为红外螺旋灯管，其两端与外部的可编程恒流电源(图未示)相连，以控制加热过程中的温度和速率。对待加工容器7进行涂覆烧结时，螺旋灯管5通过平移升降装置2套设于容器7的外周而形成包裹，使得容器7能够均匀受热。在加热过程中，可使用激光红外测温探头(图未示)对容器7外壁的温度进行实时监控，从而进一步保证了容器7的可控制加热。

如图6所示，支撑盒6包括盒体61，盒体61中自上而下依次设有箍件62、挡板63以及储气空间64。箍件62的尺寸与容器7的容器口71的尺寸相匹配，以使容器口71容置在箍件62的内部空间中。挡板63的中部设有与容器口71对准的间隙631，该间隙631形成储气空间64的进气口。需要说明的是，间隙631的尺寸小于容器口71的直径并大于上述输气装置4的出气管43的直径，使得容器7内的气体能通过间隙631流出，同时使充满气体的容器7形成一增压器。当外部密度较大的气体不断进入容器7时，在不断增大的压力差作用下，推挤容器7内密度较小的气体排到储气空间64中。储气空间64中设有与外部连通的排气管65，使得暂存在储气空间64中的气体能顺利排出至装置外部。若使用的气体为有害气体，则可将排气管65外接一活性炭吸附容器(图未示)，使得有害气体被有效吸收，防止环境污染，避免安全隐患。另外，盒体61的底部还设有通孔66，即，输气装置4的出气管43依次穿过通孔66、储气空间64以及间隙631而延伸到容器7内部。

本发明的涂覆烧结装置通过上述设置，可实现不同容积的石英容器的涂覆烧结过程，具有很强的通用性。并且，上述各固定部件拆卸方便、维护简单。本发明的整个装置不超过25Kg，可方便移动，从而满足多场景的使用需求。

下面以待加工容器为微型石英容器为例，对本发明的涂覆烧结装置的使用过程进行说明。

首先，对石英容器涂覆高分子涂料，使得石英容器的内壁形成高分子涂层，并将涂覆完成的石英容器的容器口卡设在支撑盒6的箍件62中，使石英容器成倒置的状态。此时，石英容器内壁为透明色。

其次，通过移动平移升降装置2，调整螺旋灯管5的位置，使得石英容器完全置于螺旋灯管5的内部。

接着，打开与第一进气管41连接的高压气瓶，使得高纯氮气输入至石英容器内部。同时，打开可编程恒流电源的开关，使螺旋灯管5开始升温加热，并使用激光红外测温探头测量石英容器的温度，控制加热温度在120℃左右。输入高纯氮气可加快石英容器内部气体的交换，从而促进高分子涂层水分的蒸发，实现高分子涂层的脱水。

然后，观察石英容器的容器口的颜色，当其变为乳白色时，说明石英容器内壁的高分子涂料已完全脱水。此时关闭与第一进气管41连接的高压气瓶，打开与第二进气管42连接的高压气瓶，往石英容器内部输入纯净氧气。

控制可编程恒流电源，使螺旋灯管5继续升温，直到石英容器的温度达到320摄氏度以上。在此温度下，高分子涂料由结晶型转变为无定形态，分散的单个树脂颗粒通过扩散熔融粘在一起，形成几十至几百微米厚的涂层膜，涂层由乳白色变成透明。与此同时，由于涂层中的稳定剂成分开始高温分解，因而需要不断往石英容器内输送氧气以需保持氧气充足，从而避免稳定剂快速碳化而被涂层吸附或者包裹。由于此时会产生有害气体，因此将排气管65连接至活性炭吸附容器，以吸收有害气体。

最后，观察整个石英容器的颜色，当其变为完全透明后，说明烧结过程已完成。此时，控制可编程恒流电源，使螺旋灯管5开始降温以缓慢冷却石英容器。控制螺旋灯管5的降温速率小于等于5℃/1min，以防止石英容器的冷却速率过快使得涂层产生应力而开裂或与石英容器分离。

本发明的装置既可完成高分子涂层的除水过程，也可完成其烧结过程，能够避免容器二次移动而对涂层产生损伤。本发明设置红外螺旋灯管，通过热辐射传导的方式对容器内壁进行加热，可避免容器口堵塞带来的一系列不良后果，也使得加热效率高且均匀性强，有效减少了涂层的热应力，提高了成膜寿命和成膜质量。并且，本发明的螺旋灯管的温度可控，能精确控制升温速率和降温速率，使得烧结时间缩短的同时能够保证涂层的完整性。本发明设置输气装置，通过容器内部的气体交换来实现除水，改善了对容器凹形底面的除水效果，提高了除水成功率。另外，本发明的装置可通过人眼观察来判断除水和烧结是否完成，提高了人在整个过程中的干涉度，从而降低了微小容器内壁涂覆高分子涂料的难度。本发明的装置还可控制有害气体的排放，具有节能环保的效果。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，其特征在于，包括：

基座；

平移升降装置，安装在所述基座上，所述平移升降装置包括一导向杆，所述导向杆与固定在所述基座上的定位块滑动连接，且所述导向杆上设有沿竖直方向滑动的滑动组件；

螺旋灯管，与所述滑动组件可拆卸连接，并与一可编程恒流电源相连；

支撑盒，用于支撑一待加工容器并通过若干支撑杆固定在所述基座上；

输气装置，通过一支撑柱固定在所述基座上，所述输气装置包括通过三通转换结构连通的第一进气管、第二进气管和出气管，所述第一进气管与用于除水的惰性气体源连通，所述第二进气管与用于烧结的氧气源连通，所述出气管贯穿所述支撑盒延伸进所述待加工容器的内部。

2.根据权利要求1所述的适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，其特征在于，所述导向杆的底部具有向两侧延伸的凸缘，所述定位块设有截面为倒T形的第一滑动槽，所述导向杆的底部的一部分以及所述凸缘容置在所述第一滑动槽。

3.根据权利要求1所述的适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，其特征在于，所述滑动组件包括与所述螺旋灯管上端固定连接的上滑块以及与所述螺旋灯管下端固定连接的下滑块。

4.根据权利要求3所述的适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，其特征在于，所述上滑块和所述下滑块均设有第二滑动槽，且所述第二滑动槽的尺寸与所述导向杆的尺寸相匹配。

5.根据权利要求3所述的适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，其特征在于，所述上滑块和所述下滑块均具有一环部，所述环部内设有螺纹。

6.根据权利要求1所述的适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，其特征在于，所述出气管的直径为所述第一进气管和所述第二进气管的直径的1/4。

7.根据权利要求1所述的适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，其特征在于，所述支撑盒包括一盒体，所述盒体中自上而下依次设有箍件、挡板以及储气空间。

8.根据权利要求7所述的适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，其特征在于，所述待加工容器的容器口容置在所述箍件的内部空间中。

9.根据权利要求7所述的适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，其特征在于，所述挡板的中部设有与所述待加工容器的容器口对准的间隙，且所述间隙的尺寸小于所述待加工容器的容器口的直径并大于所述出气管的直径。

10.根据权利要求7所述的适用于微小容器内壁的高分子涂料涂敷烧结装置，其特征在于，所述储气空间中设有与外部连通的排气管。

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