專利名稱：氣相納米復(fù)合加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于氣相法制備納米產(chǎn)品的設(shè)備，特別涉及一種氣相納米復(fù) 合加熱器。
背景技術(shù)：
納米材料是近年來受到人們極大關(guān)注的新型領(lǐng)域，廣義地說，納米材料是指其中 任意一維的尺度小于IOOnm的晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體以及界面層結(jié)構(gòu)的材料。當(dāng)小粒子尺寸 加人納米量級時(shí)，其本身具有體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等， 從而使其具有奇異的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)活性、催化和超導(dǎo)特性，使納米材料在各 種領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。從Gleiter等(1951)首次應(yīng)用惰性氣體凝聚(IGC)結(jié)合原位冷壓成型法 (In-situ Com-Paction)在實(shí)驗(yàn)室制備出納米晶體樣品以來，氣相法得到了推進(jìn)與發(fā)展。氣 相法指直接利用氣體或者通過各種手段將固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)變?yōu)闅怏w，使之在一定條件下發(fā) 生物理或化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米微粒的方法。氣相法合成技術(shù)包 括物理氣相合成法和化學(xué)氣相合成法，在合成過程中會涉及到氣相粒子成核、晶核長大、凝 聚等一系列粒子生長的基本過程。氣相法可分為蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉淀法、化學(xué)氣相凝聚法 和濺射法等。納米材料的制備在當(dāng)前材料科學(xué)研究中占據(jù)極為重要的位置，新的材料制備工藝 和過程的研究對納米材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能具有重要的影響。氣相法合成納米材料反應(yīng) 速度快，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，而且制造的納米粉體純度高、分散性好、團(tuán)聚少、表面活性大， 特別適用精細(xì)陶瓷材料、催化劑材料、電子材料、生物材料等。但氣相合成反應(yīng)在高溫下瞬 間完成，要求反應(yīng)物料在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到氣態(tài)及微觀上的均勻混合，但現(xiàn)階段的加熱方 法加熱不均勻、不穩(wěn)定，不能保證物質(zhì)迅速升華成氣態(tài)，而且對前驅(qū)氣體和反應(yīng)物是分別加 熱，其兩者的溫度不能保持一致，導(dǎo)致后續(xù)反應(yīng)生成的納米材料達(dá)不到要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種氣相納米復(fù)合加熱器，目的是解決現(xiàn)有技術(shù)問題，提供一種 加熱簡單，同時(shí)能使反應(yīng)物迅速升華且維持在目標(biāo)溫度，且能使前驅(qū)氣體和反應(yīng)物溫度保 持一致的加熱器。本實(shí)用新型解決問題采用的技術(shù)方案是具有環(huán)形加熱器，環(huán)形加熱器內(nèi)部設(shè)有殼夾加熱器和物料升華器，殼夾加熱器和 物料升華器之間通過輸氣管相連通。所述殼夾加熱器包括有內(nèi)外兩層殼體，內(nèi)外殼體之間 形成密閉空間，該密閉空間的進(jìn)口端與進(jìn)氣管相連通，出口端與輸氣管的進(jìn)口端相連通。沿 外層殼體至內(nèi)層殼體上開設(shè)有數(shù)個(gè)導(dǎo)流孔，該導(dǎo)流孔包括通孔和導(dǎo)流板，通孔使內(nèi)殼體內(nèi) 部與外界相連通，同時(shí)保持密閉空間的密閉性，導(dǎo)流板夾設(shè)在內(nèi)外兩層殼體之間，導(dǎo)流板底 端側(cè)邊固定在通孔壁上，且導(dǎo)流板軸線與水平線具有夾角，所有導(dǎo)流孔中的導(dǎo)流板設(shè)置方向相同。升華器底端設(shè)有加料口，頂端與出氣管相連通，加料器通過加料口置入升華器底 端，使升華器底端密閉。 導(dǎo)流板軸線與水平線的夾角為20° -45°。殼夾加熱器和物料升華器之間的輸氣管其出口端延伸至升華器的底部。所述輸氣管的管徑為5_20mm。所述輸氣管的管徑優(yōu)選15mm。內(nèi)外殼體間的間距與外殼體高度比為1 200。所述通孔具有三個(gè)，沿殼夾加熱器一周均勻分布。本實(shí)用新型的有益效果整個(gè)復(fù)合加熱器中殼夾加熱器和升華器為一體，使殼夾 加熱器和升華器同在一個(gè)大功率環(huán)形加熱器內(nèi)加熱，讓兩者被加熱的溫度相同，被加熱的 驅(qū)動氣體在驅(qū)動升華反應(yīng)物氣體時(shí)，不會由于溫度的差別，造成升華氣體的溫度不夠，反應(yīng) 生成的納米尺寸達(dá)不到要求。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1中所示的氣相納米復(fù)合加熱器，具有環(huán)形加熱器1，環(huán)形加熱器1內(nèi)部設(shè)有 殼夾加熱器2和物料升華器3，殼夾加熱器2和物料升華器3之間通過輸氣管4相連通，輸 氣管4的出口端延伸至升華器3的底部。其中環(huán)形加熱器1是對驅(qū)動氣體和待升華反應(yīng)物 進(jìn)行加熱，本實(shí)施例中環(huán)形加熱器采用耐高溫物質(zhì)制成，由于加熱時(shí)會產(chǎn)生很強(qiáng)的光，因此 還具有光輻射作用。所述殼夾加熱器2包括有內(nèi)層殼體21和外層殼體22，內(nèi)外殼體21、22之間形成密 閉空間20，該密閉空間20的進(jìn)口端與進(jìn)氣管5相連通，出口端與輸氣管4的進(jìn)口端41相連 通。驅(qū)動氣體加熱時(shí)，驅(qū)動氣體通過進(jìn)氣管5進(jìn)入到密閉空間20內(nèi)加熱。沿外層殼體22至內(nèi)層殼體21上開設(shè)有數(shù)個(gè)導(dǎo)流孔6，該導(dǎo)流孔6包括通孔61和 導(dǎo)流板62。通孔61使內(nèi)殼體內(nèi)部210與外界相連通，同時(shí)保持密閉空間20的密閉性。導(dǎo) 流板62夾設(shè)在內(nèi)外兩層殼體21、22之間，導(dǎo)流板62底端側(cè)邊固定在通孔壁610上，且導(dǎo)流 板軸線與水平線具有夾角Z A，導(dǎo)流板軸線與水平線的夾角Z A為20° -45°，優(yōu)選45°。 所有導(dǎo)流孔6中的導(dǎo)流板62設(shè)置方向均相同。開設(shè)通孔6的目的是為了使內(nèi)層殼體內(nèi)部 210和外界相通，通過通孔6將外界的熱量傳入內(nèi)層殼體210內(nèi)部，使經(jīng)過密閉空間20內(nèi) 的驅(qū)動氣體能迅速加熱。而設(shè)置傾斜的導(dǎo)流板62的目的是為了使驅(qū)動氣體的溫度能上升 的更高。當(dāng)驅(qū)動氣體經(jīng)過導(dǎo)流孔6時(shí)，由于氣體要繞過通孔61，而傾斜設(shè)置的導(dǎo)流板62阻 擋了氣體垂直上升的路徑，因此氣體的上升路徑發(fā)生改變，需要沿導(dǎo)流板62下側(cè)面傾斜上 升，導(dǎo)致氣體在空間20內(nèi)沿夾殼壁旋轉(zhuǎn)上升，其路徑增長，使其加熱過程增加，經(jīng)多次試驗(yàn) 證明，當(dāng)導(dǎo)流板軸線與水平線的夾角Z A為20° -45°時(shí)，其氣體上升的溫度較高，其中夾 角Z A優(yōu)選45°。其中導(dǎo)流孔6的個(gè)數(shù)如果太少不能具有良好的傳熱效果，使氣體不能快 速升溫，若太多制造不方便，因此本實(shí)施例中選擇三個(gè)通孔6，并沿殼夾加熱器2 —周均勻分布。為 方便將待升華反應(yīng)物放入至升華器3內(nèi)加熱升華，升華器3底端設(shè)有加料口 30， 加料器8通過加料口 30置入升華器底端，使升華器3底端密閉。升華器3的頂端與出氣管 7相連通。當(dāng)對反應(yīng)物進(jìn)行加熱升華時(shí)，將反應(yīng)物放置在加料器8內(nèi)，然后將加料器8從加 料口 30置入升華器8內(nèi)，使升華器3底端密閉，防止加熱過程中升華的反應(yīng)物氣體流失。采 用加料口 30和加料器8的方式對反應(yīng)物進(jìn)行升華，在不流失升華的反應(yīng)物氣體的同時(shí)方便 了將反應(yīng)物放置在升華器3內(nèi)。本實(shí)施例中為使驅(qū)動氣體能夠加熱至足夠高的溫度，其內(nèi)殼體21和外殼體22間 的間距與外殼體22高度比為1 200，目的是使驅(qū)動氣體具有足夠的路徑進(jìn)行升溫。而前述將輸氣管4的出口端延伸至升華器3的底部的目的是將加熱后的驅(qū)動氣體 通入到升華器3底部，由于氣體是從下向上走，因此可以充分驅(qū)動升華器3底部升華后的反 應(yīng)物氣體向上升。同時(shí)將輸氣管4的管徑限定為5-20mm，使其管徑較小，目的是使驅(qū)動氣體 經(jīng)過輸氣管4后壓力變大，從輸氣管4的出口端輸出時(shí)，其輸出的沖力比較大，能更充分的 驅(qū)動升華器3底部升華后的反應(yīng)物氣體向上升，經(jīng)實(shí)踐證明輸氣管4的管徑優(yōu)選15mm。本實(shí)用新型中的納米復(fù)合加熱器，采用耐高溫、耐酸堿的材料制成。復(fù)合加熱器外 圍是大功率的環(huán)形加熱器1，使殼夾加熱器2與升華器3極速加溫。當(dāng)驅(qū)動氣體如空體、氮 氣等通過進(jìn)氣管5進(jìn)入殼夾加熱器2底部后迅速向上運(yùn)動，由于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，驅(qū)動氣體只能 在內(nèi)外層殼體21、22間形成的密閉空間20中通過。驅(qū)動氣體在向上運(yùn)動又受到導(dǎo)流孔6 的阻礙影響，迫使驅(qū)動氣體在密閉空間20改變驅(qū)動氣體運(yùn)動路徑，充分將殼夾加熱器2內(nèi) 外壁熱量進(jìn)行吸收。同時(shí)又受到環(huán)形加熱器1加熱管的熱輻射和光輻射作用，驅(qū)動氣體在 殼夾加熱器2的整個(gè)行程中，驅(qū)動氣體溫度能夠達(dá)到400°C以上。加熱的驅(qū)動氣體到達(dá)殼夾加熱器2的頂部后，要通過輸氣管4進(jìn)入到升華器3。輸 氣管4設(shè)計(jì)目的是讓驅(qū)動氣體流動暢通，同時(shí)對驅(qū)動氣體起到速流作用，讓驅(qū)動氣體充分 吸收熱量。驅(qū)動氣體到升華器3內(nèi)繼續(xù)向下運(yùn)動，在向下運(yùn)動同時(shí)溫度也會繼續(xù)升高。驅(qū)動 氣體到達(dá)升華器3底部后，得以釋放，并快速帶動升華器3底部升華后的反應(yīng)物氣體上升。升華器3設(shè)計(jì)了腹式加料口 30，是腹式加料器8的進(jìn)出托口。當(dāng)腹式加料器8裝 好反應(yīng)物后，從此進(jìn)出托口置入到升華器3內(nèi)部，起到腹式加料器的穩(wěn)定和密封效果。反應(yīng) 物在升華器3內(nèi)升華后，被驅(qū)動氣體帶動上升，其驅(qū)動氣體和升華后的反應(yīng)物溫度保持一 致，同時(shí)在上升過程中，還會繼續(xù)被環(huán)形加熱器1加熱，氣體帶動升華原料通過出氣管7輸 出進(jìn)入到下一程序中。整個(gè)復(fù)合加熱器中殼夾加熱器和升華器為一體，使殼夾加熱器和升華器同在一個(gè) 大功率環(huán)形加熱器內(nèi)加熱，讓兩者被加熱的溫度相同，被加熱的驅(qū)動氣體在驅(qū)動升華反應(yīng) 物氣體時(shí)，不會由于溫度的差別，造成升華氣體的溫度不夠，使后續(xù)反應(yīng)生成的納米尺寸達(dá) 不到要求。
權(quán)利要求1.氣相納米復(fù)合加熱器，其特征在于具有環(huán)形加熱器，環(huán)形加熱器內(nèi)部設(shè)有殼夾加 熱器和物料升華器，殼夾加熱器和物料升華器之間通過輸氣管相連通；所述殼夾加熱器包 括有內(nèi)外兩層殼體，內(nèi)外殼體之間形成密閉空間，該密閉空間的進(jìn)口端與進(jìn)氣管相連通，出 口端與輸氣管的進(jìn)口端相連通；沿外層殼體至內(nèi)層殼體上開設(shè)有數(shù)個(gè)導(dǎo)流孔，該導(dǎo)流孔包 括通孔和導(dǎo)流板，通孔使內(nèi)殼體內(nèi)部與外界相連通，同時(shí)保持密閉空間的密閉性，導(dǎo)流板夾 設(shè)在內(nèi)外兩層殼體之間，導(dǎo)流板底端側(cè)邊固定在通孔壁上，且導(dǎo)流板軸線與水平線具有夾 角，所有導(dǎo)流孔中的導(dǎo)流板設(shè)置方向相同；升華器底端設(shè)有加料口，頂端與出氣管相連通， 加料器通過加料口置入升華器底端，使升華器底端密閉。
2.如權(quán)利要求1中所述的氣相納米復(fù)合加熱器，其特征在于導(dǎo)流板軸線與水平線的 夾角為20° -45°。
3.如權(quán)利要求2中所述的氣相納米復(fù)合加熱器，其特征在于導(dǎo)流板軸線與水平線的 夾角的傾斜角度優(yōu)選45°。
4.如權(quán)利要求1中所述的氣相納米復(fù)合加熱器，其特征在于殼夾加熱器和物料升華 器之間的輸氣管其出口端延伸至升華器的底部。
5.如權(quán)利要求1中所述的氣相納米復(fù)合加熱器，其特征在于所述輸氣管的管徑為 5-20mmo
6.如權(quán)利要求5中所述的氣相納米復(fù)合加熱器，其特征在于所述輸氣管的管徑優(yōu)選 15mm0
7.如權(quán)利要求1中所述的氣相納米復(fù)合加熱器，其特征在于內(nèi)外殼體間的間距與外 殼體高度比為1 200。
8.如權(quán)利要求1中所述的氣相納米復(fù)合加熱器，其特征在于所述通孔具有三個(gè)，沿殼 夾加熱器一周均勻分布。
專利摘要氣相納米復(fù)合加熱器，其特征在于具有環(huán)形加熱器，環(huán)形加熱器內(nèi)部設(shè)有殼夾加熱器和物料升華器，殼夾加熱器包括有內(nèi)外兩層殼體，內(nèi)外殼體之間形成密閉空間。沿外層殼體至內(nèi)層殼體上開設(shè)有數(shù)個(gè)導(dǎo)流孔，該導(dǎo)流孔包括通孔和導(dǎo)流板，通孔使內(nèi)殼體內(nèi)部與外界相連通，同時(shí)保持密閉空間的密閉性，導(dǎo)流板夾設(shè)在內(nèi)外兩層殼體之間，導(dǎo)流板底端側(cè)邊固定在通孔壁上，且導(dǎo)流板軸線與水平線具有夾角，所有導(dǎo)流孔中的導(dǎo)流板設(shè)置方向相同。升華器底端設(shè)有加料口，頂端與出氣管相連通，加料器通過加料口置入升華器底端，使升華器底端密閉。整個(gè)復(fù)合加熱器中殼夾加熱器和升華器為一體，使兩者被加熱的溫度相同，不會由于溫度的差別，造成生成的納米尺寸達(dá)不到要求。
文檔編號B01D7/00GK201880390SQ20102059597
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者崔忠信, 陳明華 申請人:北京聯(lián)合創(chuàng)美科技發(fā)展有限公司