JP3244252U

JP3244252U - 物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置

Info

Publication number: JP3244252U
Application number: JP2023600038U
Authority: JP
Inventors: 趙登永
Original assignee: 江蘇博遷新材料股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2022-02-25
Publication date: 2023-10-23
Anticipated expiration: 2032-02-25
Also published as: WO2023065581A1; CN216421070U; TWM632164U

Abstract

本実用新案は、物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置であって、前記金属蒸気核生成装置は、内部に取り付けられた管状核生成構造と、管状核生成構造に連通された耐高温蒸発器内の坩堝蓋と、坩堝蓋の下方に取り付けられた坩堝と、管状核生成構造に直接連通される粒子成形構造と、を含み、前記管状核生成構造の外側には、降温構造が設けられ、前記坩堝の上部に加熱装置が設置される、物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置に関する。本実用新案は、冷却ジャケット付きのハウジング構造と保温構造により、管状核生成構造内部の降温を制御し、温度範囲を制御すると同時に、金属蒸気核生成装置の内部構造を設計し、金属蒸気核生成が順調に完了するように制御し、その後の粒子成形制御のために成形された核が提供される。【選択図】図１

Description

本実用新案は、超微粉末調製の技術分野に属し、特に物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置に関する。

物理的蒸発凝縮の気相法による超微粉体粒子の調製工程は、調製する材料をまず高温で加熱して気化させ、気体状態から液体状態へと固化・成形する工程である。調製する超微粉末粒子は、微小な物質であり、前記微粉末粒子について、ナノ、サブミクロン、またはミクロンの粉末がほとんどであり、成形された粒子に対して、サイズが小さく、成形速度が非常に速くであり、非常に高温で形成されるため、蒸気排出と核生成の技術原理は簡単であるが、実際に適用することは非常に困難である。坩堝のキャビティから蒸気が排出された後、冷えると蒸気が液体や固体に凝縮しやすく、液体は、坩堝から外に流出しやすく、そのため、材料ロスになり、固体物質が発生されて、排出口がふさがれて生産継続に影響されてしまう。

従来の超微金属粉末の調製における気相法には、核生成プロセスが必要であるが、核生成速度が速く、機器の構造には限界がある。具体的には、金属蒸気だけの核生成プロセスを制御することは困難であり、時には蒸発、核生成、成長、固化及び冷却を完了することは、一度に１つの構造に集中されて完了してしまう。最終的に、超微粒子を調製することは可能であるが、得られる超微粒子は本質的にサイズが不揃いで、形態的に乱れる不良品である。さらに、連体現象が出てしまう。また、核生成、成長、固化及び冷却を１本の配管に分散して行う操作もあるが、これらの操作では個々の段階を特に制御していないため、核生成時に大量の成長が起こり、成長のプロセスでも核生成が起こり、同時に固化して最終製品の大きさが不均一になったり、るつぼ蓋の断熱不良で出口が閉塞しまう原因で、生産が続けられなくなってしまう。

本実用新案は、背景技術における問題点に鑑み、物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置を提供し、金属蒸気核生成装置の管状核生成構造は、蒸発器と粒子成形構造とを接続する中間部であり、坩堝のキャビティから蒸気が排出された後、冷えると蒸気が液体や固体に凝縮しやすく、液体は、坩堝から外に流出しやすく、そのため、材料ロスになり、固体物質が発生されて、排出口がふさがれて生産継続に影響されてしまう問題を解決できる。同時に、金属蒸気核生成装置の内部構造を設計し、金属蒸気核生成が順調に完了するように制御し、その後の粒子成形制御のために成形された核が提供される。

上記の目的を達成するために、本実用新案は、以下の技術的解決策によって達成される。
物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置であって、前記金属蒸気核生成装置は、内部に取り付けられた管状核生成構造と、管状核生成構造に連通された耐高温蒸発器内の坩堝蓋と、坩堝蓋の下方に取り付けられた坩堝と、粒子成形構造と、を含み、前記粒子成形構造は、管状核生成構造に直接連通され、または、還流構造あるいは回収構造によって管状核生成構造に間接連通され、前記管状核生成構造の外側には、管状核生成構造の排気口の温度が吸気口の温度より低くなるようにする降温構造が設けられ、前記坩堝の上部に加熱装置が設置される。

さらに、前記管状核生成構造は、等径円管状、または入口が小さく、出口が大きい可変径管状である。

さらに、前記坩堝蓋の取り付け下口内径と坩堝の取り付け上口内径との比は、１／（０．５～２）であり、前記管状核生成構造の内径と坩堝蓋の取り付け下口内径との比は、１／（１．５～６）であり、前記管状核生成構造の内径とその後の直接または間接連通された粒子形成構造との内径の比は、１／（１～１０）である。

さらに、前記降温構造は、管状核生成構造の外側から順に設置された保温材と、冷却ジャケット付きのハウジングと、を含み、それにより、管状核生成構造内の温度の低下を制御する。

さらに、前記冷却ジャケット付きのハウジングには、冷却ジャケットに連通する冷却液入口と冷却液出口とが設置されている。

さらに、前記管状核生成構造の入口の下口は、坩堝蓋の外側壁に突出している。

本実用新案の有益な技術的効果は以下の通りである。
本技術的解決策は、金属蒸気核生成装置の構造内部を設計し、冷却ジャケット付きのハウジング構造と保温構造で管状核生成構造の内部の降温を制御しながら、温度の範囲を制御することにより、坩堝のキャビティから蒸気が排出された後、冷えると蒸気が液体や固体に凝縮しやすく、液体は、坩堝から外に流出しやすく、そのため、材料ロスになり、固体物質が発生されて、排出口がふさがれて生産継続に影響されてしまう問題を解決できる。同時に、金属蒸気核生成装置の内部構造を設計し、金属蒸気核生成が順調に完するように制御し、その後の粒子成形制御のために成形された核が提供される。

図１は本実用新案の金属蒸気核生成装置の概略図である。

本実用新案は、添付の図面及び実施形態を参照してさらに説明される。本実用新案を明確かつ完全に説明するが、説明された実施形態は、本実用新案の実施形態の一部に過ぎず、全ての実施形態ではないことは明らかである。本実用新案における実施例に基づいて、当業者は、進歩性に値する労働を行うことなく得たその他のすべての実施例は、本実用新案の保護範囲に属する。

図１に示すように、本実用新案は、物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置を提供する。前記金属蒸気核生成装置は、内部に取り付けられた管状核生成構造３と、管状核生成構造３に連通された耐高温蒸発器ハウジング８内の坩堝蓋２と、坩堝蓋２の下方に取り付けられた坩堝１と、管状核生成構造３に直接連通される粒子成形構造３と、を含み、前記管状核生成構造３の外側には、保温材５と冷却ジャケット付きのハウジング４とが設置され、保温材５と冷却ジャケット付きのハウジング４との配合により降温の度合いが制御される。坩堝１内には、金属液体７が収容され、金属液体７の上方には、金属液体７を加熱して蒸気を発生させるための加熱装置６が設置されている。管状核生成構造の入口の下口１０は、坩堝蓋２の外側壁に突出している。

耐高温蒸発器内の金属液体７の液面中心位置の温度は２０００℃より高い。管状核生成構造３内の中間部の中心軸の温度は１２００℃より高く、管状核生成構造３の出口の温度は原材料の沸点より低い。

本実用新案の管状核生成構造３は蒸発器と粒子成形構造を接続する中間部であり、管状核生成構造３の内部は、金属蒸気または蒸気が順調に通過することを確保する必要があり、同時にその内部は金属蒸気核生成の重要な場所でもあり、金属蒸気核生成装置の構造制御、サイズの制御、取り付け方法の制御、及び内部温度の制御はいずれも超微細粉体材料を調製する核生成工程での重要な技術ポイントである。

実施例１
耐高温蒸発器内の坩堝の上口内径は５ｃｍであり、坩堝蓋の下口内径は１０ｃｍであり、金属蒸気核生成装置内の管状核生成構造は直管状であり、直管の内径は３．５ｃｍであり、粒子成形制御構造の内径は５ｃｍである。坩堝内に置かれた金属銅を加熱装置により２５００℃程度に加熱して、銅蒸気を発生させるように引き続き沸騰まで加熱した。坩堝と坩堝蓋との間にキャリアガスとして３ｃｍ^３／ｈの不活性ガスを通し、金属銅蒸気を金属蒸気核生成装置内部の管状核形成構造内に速やかに送り込み、管状核生成構造と金属蒸気核形成装置のハウジングとの間に厚さ５ｃｍの黒鉛フェルト保温層が設置された。核生成プロセスが完了した後、微粒子は粒子成形構造に直接入って成長と冷却を完了し、更に気体固体収集装置に入って収集を行い、平均粒子径が５０ｎｍの円球形ナノ銅粉を得た。

実施例２
耐高温蒸発器内の坩堝の上口内径は３０ｃｍであり、坩堝蓋の下口内径は３０ｃｍであり、金属蒸気核生成装置内の管状核生成構造は直管状であり、直管の内径は６ｃｍであり、粒子成形制御構造の内径は１０ｃｍである。坩堝内に置かれた金属鉄ニッケル二元合金を加熱装置により２７００℃程度に加熱して、鉄ニッケル二元蒸気を発生させるように引き続き沸騰まで加熱した。坩堝と坩堝蓋との間に３６ｃｍ^３／ｈの不活性ガスをキャリアガスとして通し、金属鉄ニッケル二元蒸気を金属蒸気核生成装置内部の管状核生成構造内に速やかに送り込み、管状核生成構造と金属蒸気核生成装置のハウジングとの間に厚さ９ｃｍのセラミックフェルト保温層が設置された。核生成プロセスが完了した後、微粒子は粒子形成構造に直接入って成長と冷却を完了し、更に気体固体収集装置に入って収集を行い、平均粒子径が２００ｎｍの円球形鉄ニッケル二元金属粉を得た。

実施例３
耐高温蒸発器内の坩堝の上口内径は３０ｃｍであり、坩堝蓋の下口内径は３０ｃｍであり、金属蒸気核生成装置内の管状核形成構造は入口が小さく、出口が大きいホーン管状であり、入口の内径は２０ｃｍであり、出口の内径は３０ｃｍであり、粒子成形構造の内径は２００ｃｍである。坩堝内に置かれた金属銅合金を加熱装置により２５００℃程度に加熱し、金属銅合金蒸気を発生させるように引き続き沸騰まで加熱した。坩堝と坩堝蓋との間にキャリアガスとして１８ｃｍ^３／ｈの不活性ガスを通し、金属銅合金蒸気を金属蒸気核生成装置内部のホーン管状核生成構造内に速やかに送り込み、管状核生成構造と金属蒸気核生成装置のハウジングとの間に厚さ５ｃｍのセラミックフェルト保温層が設置された。核生成プロセスが完了した後、微粒子は粒子形成構造に直接入って成長と冷却を完了し、更に気体固体収集装置に入って収集を行い、平均粒子径が７００ｎｍの円球形金属銅合金粉を得た。

１、坩堝、２、坩堝蓋、３、管状核生成構造、４、冷却ジャケット付きのハウジング、５、保温材、６、加熱装置、７、金属液体、８、耐高温蒸発器ハウジング、９、粒子成形構造、１０、管状核生成構造の入口の下口

Claims

物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置であって、
前記金属蒸気核生成装置は、
内部に取り付けられた管状核生成構造と、
前記管状核生成構造に連通された耐高温蒸発器内の坩堝蓋と、
前記坩堝蓋の下方に取り付けられた坩堝と、
粒子成形構造と、を含み、
前記粒子成形構造は、前記管状核生成構造に直接連通され、または、還流構造あるいは回収構造によって前記管状核生成構造に間接連通され、
前記管状核生成構造の外側には、前記管状核生成構造の排気口の温度が吸気口の温度より低くなるようにする降温構造が設けられ、
前記坩堝の上部に加熱装置が設置されることを特徴とする物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置。
前記坩堝蓋の取り付け下口内径と前記坩堝の取り付け上口内径との比は、１/（０.５～２）であり、
前記管状核生成構造の内径と前記坩堝蓋の取り付け下口内径との比は、１/（１.５～６）であり、
前記管状核生成構造の内径と前記粒子成形構造との内径の比は、１/（１～１０）であることを特徴とする請求項１に記載の物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置。
前記管状核生成構造は、等径円管状、または入口が小さく、出口が大きい可変径管状であることを特徴とする請求項１または２に記載の物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置。
前記降温構造は、前記管状核生成構造の外側から順に設置された保温材と、冷却ジャケット付きのハウジングと、を含み、それにより、前記管状核生成構造内の温度の低下を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置。
冷却ジャケット付きのハウジングには、前記冷却ジャケットに連通する冷却液入口と冷却液出口とが設置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置。
前記管状核生成構造の入口の下口は、前記坩堝蓋の外側壁に突出していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理的気相法により超微粉体材料を製造するための金属蒸気核生成装置。