一種用于蒸發(fā)冷凝法制備金屬納米粉體的坩堝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及金屬納米粉體制備工具技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于蒸發(fā)冷凝法 制備金屬納米粉體的坩堝。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬納米材料是納米材料的一個(gè)重要分支，在導(dǎo)電漿料、印刷電子、高效催化劑、 吸波隱形材料、高密度磁記錄材料、固體推進(jìn)劑等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。目前，大批量制備 金屬納米粉體多采用物理法進(jìn)行，其中以蒸發(fā)-冷凝法最為常見。蒸發(fā)-冷凝法是在真空 蒸發(fā)室內(nèi)充入低壓的惰性氣體，通過蒸發(fā)源的加熱作用將金屬原料氣化，金屬原子蒸氣與 惰性氣體原子碰撞而失去能量，然后冷凝成金屬納米粒子。加熱的方式主要有電阻加熱、 感應(yīng)加熱、電弧等離子加熱、激光加熱和電子束加熱。其中，與其它加熱方式相比，感應(yīng)加熱 具有加熱效率高、速度快、非接觸式、工藝簡單、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、設(shè)備可大功率長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn) 等優(yōu)點(diǎn)。但是，目前在利用感應(yīng)加熱蒸發(fā)-冷凝法制備金屬納米粉體時(shí)，能量利用率仍然較 低。其原因歸根結(jié)底是現(xiàn)有的進(jìn)行感應(yīng)加熱蒸發(fā)-冷凝法制備金屬納米粉體的坩堝保溫性 能差，導(dǎo)致傳導(dǎo)散熱和輻射散熱大；同時(shí)，在高溫條件下，現(xiàn)有的坩堝也容易損壞，此兩種原 因是金屬納米粉體生產(chǎn)成本高的因素之一。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種用于蒸發(fā)冷凝法制備金屬 納米粉體的坩堝，該坩堝不僅能夠減少熱量耗散、提高能量利用率，而且具有改進(jìn)的耐用 性。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種用于蒸發(fā)冷凝法制備金屬納米 粉體的坩堝，包括坩堝主體、坩堝外套和填充于坩堝主體與坩堝外套之間的隔熱填料，所述 坩堝主體包括圓筒形容器和設(shè)置于圓筒形容器上部的坩堝蓋，所述坩堝蓋嵌設(shè)有用于導(dǎo)出 金屬蒸氣的噴嘴和用于導(dǎo)入惰性氣體的進(jìn)氣嘴。
[0005] 優(yōu)選地，所述坩堝蓋開設(shè)有第一圓孔和第二圓孔，所述噴嘴嵌設(shè)于所述第一圓孔 內(nèi)，所述進(jìn)氣嘴嵌設(shè)于所述第二圓孔內(nèi)。
[0006] 優(yōu)選地，所述噴嘴呈圓管狀，所述噴嘴的下段的外徑小于其上段的外徑，所述噴嘴 的下段嵌設(shè)于所述第一圓孔內(nèi)。
[0007] 優(yōu)選地，所述第二圓孔的上段的內(nèi)徑大于其下段的內(nèi)徑；所述進(jìn)氣嘴呈圓管狀， 所述進(jìn)氣嘴的下段的外徑小于其上段的外徑，所述進(jìn)氣嘴的下段嵌設(shè)于所述第二圓孔的上 段。
[0008] 優(yōu)選地，所述隔熱填料的填充高度高于所述坩堝蓋的頂部并低于所述噴嘴和進(jìn)氣 嘴的頂部。
[0009] 優(yōu)選地，所述坩堝蓋與所述圓筒形容器咬合連接。
[0010] 優(yōu)選地，所述坩堝外套包括圓筒形外套和與該圓筒形外套底端可拆卸連接的圓形 底板。
[0011] 優(yōu)選地，所述坩堝主體為石墨坩堝主體、氧化鋯坩堝主體、氮化鋯坩堝主體、二硼 化鋯坩堝主體、氧化鋁坩堝主體、氮化鋁坩堝主體、碳化鈦坩堝主體、二硼化鈦坩堝主體、氮 化硅坩堝主體、碳化硅坩堝主體、硼化硅坩堝主體、氮化硼坩堝主體或者碳化硼坩堝主體。
[0012] 優(yōu)選地，所述隔熱填料為氧化鋯隔熱填料或者氧化鋁隔熱填料。氧化鋯和氧化鋁 具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，有利于隔熱，減少熱量耗散，從而可提高能量利用率。
[0013] 優(yōu)選地，所述坩堝外套為氧化鋁坩堝外套、莫來石坩堝外套或者碳化硅坩堝外套。
[0014] 本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型的坩堝，制備金屬納米粉體時(shí)，將金屬原料置 于坩堝主體內(nèi)，并將整個(gè)坩堝放入蒸發(fā)室內(nèi)，坩堝周圍繞設(shè)有感應(yīng)加熱線圈。啟動(dòng)加熱設(shè)備 后，感應(yīng)加熱線圈中交流電產(chǎn)生的交變磁場作用在坩堝中的金屬原料上，并在金屬原料內(nèi) 產(chǎn)生渦電流，從而將金屬原料加熱并蒸發(fā)為金屬原子蒸氣。在蒸發(fā)過程中，惰性氣體經(jīng)坩 堝蓋上嵌設(shè)的進(jìn)氣嘴進(jìn)入到坩堝主體的內(nèi)部，并將坩堝主體內(nèi)的金屬原子蒸氣從坩堝蓋上 嵌設(shè)的噴嘴帶出至坩堝主體外。在此過程中，金屬原子蒸氣在惰性氣體介質(zhì)中擴(kuò)散、迀移， 并與惰性氣體原子碰撞而失去部分能量，從而凝聚成金屬納米粒子。本實(shí)用新型特別適用 于蒸發(fā)冷凝法制備金屬納米粉體，使用本實(shí)用新型的坩堝進(jìn)行蒸發(fā)冷凝法制備金屬納米粉 體，能夠減少熱量耗散，提高能量利用率，從而可以減少生產(chǎn)的能耗；同時(shí)，本實(shí)用新型實(shí)坩 堝具有良好的耐高溫性，并且可以進(jìn)行拆卸組裝，增加部件的可重復(fù)使用性，避免個(gè)別部件 損壞而造成坩堝整體的損壞，進(jìn)而可以降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2為本實(shí)用新型坩堝的坩堝主體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖3為本實(shí)用新型坩堝的坩堝外套的結(jié)構(gòu)分解示意圖。
[0018] 圖4為本實(shí)用新型坩堝的進(jìn)氣嘴與惰性氣體導(dǎo)管連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖5為金屬納米粉體在制備過程中能量分配的流程圖。
[0020] 附圖標(biāo)記包括：
[0021] 10 一i甘禍主體 11 一i甘禍蓋 12-圓筒形容器
[0022] 20-坩堝外套 21-圓筒形外套 22-圓形底板
[0023] 30-隔熱填料 40-噴嘴 50-進(jìn)氣嘴
[0024] 60-惰性氣體導(dǎo)管 111 一第一圓孔 112-第二圓孔
[0025] 211-底緣。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋 本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0027] 需要說明的是，本實(shí)施例中的左、右、上、下、頂、底等方位用語，僅是互為相對概念 或是以產(chǎn)品的正常使用狀態(tài)為參考的，而不應(yīng)該認(rèn)為是具有限制性的。
[0028] 實(shí)施例一：
[0029] 如圖1至圖4所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種用于蒸發(fā)冷凝法制備金屬納米 粉體的坩堝，包括坩堝主體10、坩堝外套20和填充于坩堝主體10與坩堝外套20之間的隔 熱填料30,坩堝主體10包括圓筒形容器12和設(shè)置于圓筒形容器12上部的坩堝蓋11，坩堝 蓋11嵌設(shè)有用于導(dǎo)出金屬蒸氣的噴嘴40和用于導(dǎo)入惰性氣體的進(jìn)氣嘴50。具體的，制備 金屬納米粉體時(shí)，將金屬原料置于坩堝主體10的圓筒形容器12內(nèi)，并將整個(gè)坩堝放入蒸發(fā) 室內(nèi)，坩堝周圍繞設(shè)有感應(yīng)加熱線圈，啟動(dòng)加熱設(shè)備，感應(yīng)加熱線圈中交流電產(chǎn)生的交變磁 場作用在坩堝中的金屬原料上，并在金屬原料內(nèi)產(chǎn)生渦電流，從而將金屬原料加熱并蒸發(fā) 為金屬原子蒸氣，惰性氣體經(jīng)坩堝蓋11上嵌設(shè)的進(jìn)氣嘴50進(jìn)入到坩堝主體10的內(nèi)部，并 將坩堝主體10內(nèi)的金屬原子蒸氣從坩堝蓋11上嵌設(shè)的噴嘴40帶出至坩堝主體10外，在 此過程中，金屬原子蒸氣在惰性氣體介質(zhì)中擴(kuò)散、迀移，并與惰性氣體原子碰撞而失去部分 能量，從而凝聚成金屬納米粒子。
[0030] 本實(shí)用新型特別適用于蒸發(fā)冷凝法制備金屬納米粉體，使用本實(shí)用新型的坩堝進(jìn) 行蒸發(fā)冷凝法制備金屬納米粉體，能夠減少熱量耗散，提高能量利用率，從而可以減少生產(chǎn) 的能耗；同時(shí)，本實(shí)用新型實(shí)坩堝具有良好的耐高溫性，并且可以進(jìn)行拆卸組裝，增加部件 的可重復(fù)使用性，避免個(gè)別部件損壞而造成坩堝整體的損壞，進(jìn)而可以降低生產(chǎn)成本。
[0031] 本實(shí)施例中，坩堝蓋11開設(shè)有第一圓孔111和第二圓孔112,噴嘴40嵌設(shè)于第一 圓孔111內(nèi)，進(jìn)氣嘴50嵌設(shè)于第二圓孔112內(nèi)。具體的，通過在坩堝蓋11上開設(shè)第一圓孔 111和第二圓孔112, 一方面，第二圓孔112可以作為進(jìn)行制備金屬納米粉體時(shí)的惰性氣體 導(dǎo)入，第一圓孔111可以將金屬蒸氣從坩堝主體10內(nèi)帶出至坩堝主體10外，并且在這個(gè)過 程中，金屬蒸氣可以冷凝成金屬納米粒子；另一方面，第一圓孔111和第二圓孔112可以分 別用于安裝噴嘴40和進(jìn)氣嘴50,采用嵌設(shè)的方式，能夠很好的固定好噴嘴40和進(jìn)氣嘴50， 避免噴嘴40和進(jìn)氣嘴50出現(xiàn)松脫，保證噴嘴40和進(jìn)氣嘴50可以發(fā)揮其作用。
[0032] 本實(shí)施例中，噴嘴40呈圓管狀，噴嘴40的下段的外徑小于其上段的外徑，噴嘴40 的下段嵌設(shè)于第一圓孔111內(nèi)。具體的，噴嘴40用于導(dǎo)出金屬蒸氣。將噴嘴40的下部嵌 入坩堝蓋的第一圓孔111，噴嘴40的上部露出在坩堝蓋外，由于噴嘴40的下部外徑小于噴 嘴40的上部外徑，可以有效地防止噴嘴40落入到坩堝主體10內(nèi)。
[0033] 本實(shí)施例中，第二圓孔112的上段的內(nèi)徑大于其下段的內(nèi)徑；進(jìn)氣嘴50呈圓管狀， 進(jìn)氣嘴50的下段的外徑小于其上端的外徑，進(jìn)氣嘴50的下段嵌設(shè)于第二圓孔112的上段。 具體的，進(jìn)氣嘴50的下部嵌入坩堝蓋的第二圓孔112的上部，進(jìn)氣嘴50的上部內(nèi)徑大于進(jìn) 氣嘴50的下部內(nèi)徑，該較大的內(nèi)徑位置上可以插入惰性氣體導(dǎo)管60 (參見圖4)，進(jìn)氣嘴50 對惰性氣體導(dǎo)管60起固定和支撐作用，保證惰性氣體導(dǎo)管60的端部不會(huì)落入坩堝主體10 內(nèi)。惰性氣體經(jīng)惰性氣體導(dǎo)管60通入進(jìn)氣嘴50,再從進(jìn)氣嘴50進(jìn)入到坩堝主體10內(nèi)，將 坩堝主體10內(nèi)的金屬蒸氣從噴嘴40帶出坩堝主體10外，并在這個(gè)過程中將金屬蒸氣冷凝 成金屬納米粒子。另外，第二圓孔112的下部可以設(shè)計(jì)成斜圓孔，呈傾斜通向坩堝主體10 內(nèi)。
[0034] 具體的，隔熱填料30的填充高度高于坩堝蓋11的頂部并低于噴嘴40和進(jìn)氣嘴50 的頂部，該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以確保隔熱填料30不會(huì)從噴嘴40和進(jìn)氣嘴50掉落至坩堝主體 10內(nèi)，同時(shí)，又能夠覆蓋坩堝主體10以及坩堝主體10上部設(shè)置的坩堝蓋11，真正起到減少 熱量耗散和提高能量利用率的作用。
[0035] 本實(shí)施例中，坩堝蓋11與圓筒形容器12咬合連接。更具體的，坩堝主體10由相 互咬合的圓筒形容器12和坩堝蓋11組成，使得坩堝主體10可以實(shí)現(xiàn)拆卸，便于填裝金屬 原料及對坩堝主體10內(nèi)部的清理，以及增加坩堝主體10部分結(jié)構(gòu)的重復(fù)使用次數(shù)，減少部 件的損耗，從而減少生產(chǎn)成本。
[0036] 其中，坩堝蓋11與圓筒形容器12的咬合連接不限于具體的一種連接方式，只要坩 堝蓋11與圓筒形容器12的連接能夠?qū)崿F(xiàn)拆卸，且保證坩堝蓋11與圓筒形容器12連接后 能夠?qū)崿F(xiàn)密封即可。
[0037] 同樣，坩堝外套20包括圓筒形外套21和與圓筒形外套21底端可拆卸連接的圓形 底板22。該種結(jié)構(gòu)可以增加坩堝外套20部分結(jié)構(gòu)的重復(fù)使用次數(shù)，減少部件的損耗，從而 減少生產(chǎn)成本。<