專利名稱：納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體的生產設備的制作方法
專利說明 本實用新型涉及一種生產納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體的設備，具體說是一種用鋅錠及低熔點金屬錠工業化生產納米氧化鋅和低熔點金屬氧化物粉體的設備。納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體的生產在國內已有很多廠家，但國內企業以往一般是采用化學法生產，用化學法生產納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體有能耗大，污染嚴重，設備復雜，投資高等缺陷，為克服上述缺陷，我們選擇了等離子汽相法來生產納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體。
1808年，Davy和Ritter歷史上第一次在兩個水平碳電極之間熾燃了電弧并進行觀察，將其取名為“ElectrcAre”，意思是“電的拱形物”，這就是中文名詞“電弧”的由來。之后，電弧，尤其是等離子電弧在工業上的應用越來越廣泛，我們曾用等離子電弧制取過“銀、銅、鐵、鎳”等金屬材料的納米級粉體材料，均已獲得成功。但是，在用同樣設備制取納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體時，因其熔點、汽化點均較低，大規模生產有一些問題，因此，特意設計了這樣一套等離子電弧生產納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體的設備，以實現較大規模的工業化生產。本實用新型的目的在于提供一種具有工業化生產價值的新型設備，生產納米級氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體。
本實用新型的目的可以通過如下措施實施該設備包括Z軸升降系統、X軸運動系統、Y軸運動系統、冷水銅坩鍋、電極及其升降系統、汽化室及收集粉體裝置六個部分。其中Z軸升降系統位于機架的下部，由電機及電機主軸上的升降絲桿、與該絲桿嚙合的升降導軌、升降導軌頂部的托盤和托盤四周的滾珠組成，控制電機正、反轉，可使托盤上的X軸、Y軸、冷水銅坩鍋作上、下移動，裝填鋅錠及低熔點金屬錠時能使坩鍋移出汽化室外，制粉時使坩鍋置于汽化室內。在機架的中部設有X軸運動系統，該系統由電機、電機主軸上的絲桿、與絲桿嚙合的導軌和與托盤接觸的滾珠組成；在X軸運動導軌上固定有Y軸運動總成，在Y軸運動總成上固定有用8～10mm厚紫銅板制成的具有雙層體壁的方形的冷水銅坩鍋，雙層體壁間設有冷水通道，控制電機的旋轉方向和轉速，可使上面的冷水銅坩鍋沿X軸方向移動。在機架的上部設有由電機、電機主軸上連接的電極及電極升降桿和與該升降桿嚙合的導軌組成的Y軸運動系統，該系統能使上面放置的冷水銅坩鍋沿Y軸方向移動；在冷水銅坩鍋上方設有汽化室，汽化室頂部設有粉塵出口，經法蘭和管道與粉塵收集器相連，將被冷水銅坩鍋內汽化后的鋅及低熔點金屬氧化物粉體送入收集器內。
本實用新型有如下特點當X、Y、Z三軸均勻定位后，鋅錠及低熔點金屬錠被固定在汽化室中央，在鋅錠及低熔點金屬錠和電極之間引燃電弧后，X、Y軸在微處理機的控制下運動，使整塊鋅錠及低熔點金屬錠能夠均勻的被燒蝕、汽化，由于汽化鋅錠及低熔點金屬錠時采用了冷水銅坩鍋，所以，不會被燒蝕。以鋅為例，一塊25kg的鋅錠大約30分鐘內就會被全部汽化，汽化后停機，更換新的鋅錠，打掃汽化室。每8小時可制取約250kg納米氧化鋅。本實用新型結構簡單，工藝流程便于控制，產量高，無污染，投資小，節省能源，適合生產粒徑小于100nm的氧化鋅或低熔點金屬氧化物的納米級粉體。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是本實用新型裝置的結構示意圖。
圖中1、Z軸升降電機；2、Z軸升降導軌；3、Z軸升降絲桿；4、Z軸托盤；5、Z軸滾珠；6、X軸滾珠；7、X軸運動導軌；8、Y軸運動總成；9、冷水銅坩鍋進水口；10、電源；11、電極升降電機；12、電極升降絲桿；13、電極升降導軌；14、電極；15、汽化室出水口；16、汽化室；17、汽化室出口；18、連接法蘭；19、管道；20、粉塵收集器；21、汽化室冷水入口；22、冷水銅坩鍋出水口；23、鋅錠；24、冷水銅坩鍋；25、X軸運動電機；26、X軸運動絲桿；27、機架。參照附圖在機架(27)的下部，裝有Z軸升降電機(1)，Z軸升降導軌(2)，Z軸升降導軌(2)上，安裝有Z軸升降絲桿(3)，在Z軸升降絲桿(3)的上部裝有Z軸托盤(4)，Z軸托盤(4)的兩邊裝有Z軸滾珠(5)，可使Z軸托盤(4)通過Z軸滾珠(5)上、下移動。Z軸托盤上裝有X軸滾珠(6)，X軸運動導軌(7)和X軸運動電機(25)；與X軸運動電機(25)同軸相連的X軸運動絲桿(26)可作X方向運動。在X軸運動絲桿作X方向運動時，裝在其上面的Y軸運動總成(8)亦可作Y方向運動。在Y軸運動總成(8)上，裝置著用8～10mm厚的紫銅板制成的方形冷水銅坩鍋(24)，冷卻水可從冷水銅坩鍋進水口(9)進入雙層體壁結構的冷水銅坩鍋(24)的夾層中，從冷水銅坩鍋出水口(22)排出。冷水銅坩鍋內可放置鋅錠或低熔點金屬錠(23)，其外殼與電源(10)正極相連。在機架(27)的上部，設有汽化室(16)，冷卻水從汽化室冷水入口(21)進入汽化室雙層體壁的夾層中，從汽化室出水口(15)排出。汽化室頂部設有汽化室出口(17)和連接法蘭(18)，通過管道(19)與粉塵收集器(20)相連接，汽化后的金屬粉體進入粉塵收集器(20)進行收集。
在機架(27)上部，還設有電極升降電機(11)和電極升降導軌(13)，電極升降導軌(13)上裝有電極升降絲桿(12)，電極(14)與電極升降絲桿(12)相連，并通過導線與電源(10)負極相聯。當電極升降電機(11)轉動時，電極(14)可作上、下移動，調整其與鋅錠及低熔點金屬錠(23)間的距離。
本設備的具體工作過程于下首先，啟動Z軸升降電機(1)，電機啟動后通過Z軸升降導軌(2)，Z軸升降絲杠(3)，帶動Z軸托盤(4)和滾珠(5)在機架(27)內緩緩下降，當冷水銅坩鍋(24)的鍋面降至汽化室(16)的下邊緣約10cm處時，使Z軸電機停止，將鋅錠及低熔點金屬錠(23)置入冷水銅坩鍋內。再次啟動Z軸升降電機，Z軸上升，使冷水銅坩鍋上升至汽化室中央。
打開冷卻門，使冷水從冷水銅坩鍋進水口(9)進入冷水銅坩鍋雙層體壁的夾層中，從冷水銅坩鍋的出水口(22)流出。同時，冷卻水從雙層體壁的汽化室入水口(21)進入，從汽化室出水口(15)流出。
啟動電極升降電機(11)，帶動電極升降絲桿(12)，在電極升降導軌(13)上上、下移動，調節好電極(14)與鋅錠及低熔點金屬錠(23)之間的距離，打開電源(10)，引燃電弧，同時啟動X軸電機(25)，帶動X軸運動絲杠(26)在X軸運動導軌(7)上運動，Y軸運動總成(8)亦作Y方向運動。這樣，在微處理器的控制下，鋅錠及低熔點金屬錠跟隨作X、Y方向運動，使得鋅錠及低熔點金屬錠能被等離子弧均勻的燒蝕、汽化。被汽化后的鋅粉通過汽化室出口(17)，連接法蘭(18)，管道(19)，進入粉塵收集器(20)。當一塊鋅錠被汽化完后，關閉電源，停止X、Y軸的運動，啟動Z軸電機，使冷水銅坩鍋緩緩降下，清掃汽化室和冷水銅坩鍋重新置入鋅錠，進行下一輪生產。
一塊25kg的鋅錠，當電源功率＞6Okw時，30分鐘內可汽化完畢，每天開2班可生產約500kg納米氧化鋅，生產一噸納米氧化鋅約需耗電2500度。同理，該設備亦可用于納米氧化鉍、氧化銻、氧化鉛粉等低熔點金屬氧化物粉體的生產。生產出來的粉體粒徑小于100nm，純度高，質量好。
權利要求1.一種納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體的生產設備，包括Z軸升降系統、X軸運動系統、Y軸運動系統、冷水銅坩鍋、電極及其升降系統、汽化室及收集粉體裝置，其特征是Z軸升降系統設于機架的下部，由電機及電機主軸上的升降絲桿，與絲桿嚙合的升降導軌、升降導軌頂端的托盤和托盤四周的滾珠組成；在機架的中部設有包括X軸運動電機，及該電機主軸上的X軸運動絲桿，與X軸運動絲桿嚙合的導軌和與托盤接觸的X軸滾珠組成的X軸運動系統，在X軸運動系統的運動導軌上固定有Y軸運動總成，在Y軸運動總成上固定有用厚銅板制成的具有雙層體壁的方形冷水銅坩鍋；在冷水銅坩鍋的上方機架上設有由Y軸運動電機，該電機主軸上連接的電極及電極升降絲桿和與電極升降絲桿嚙合的導軌組成的Y軸運動系統；在電極上連接有電源的正極，在冷水銅坩鍋上連接有電源的負極；在冷水銅坩鍋的上方還設有氣化室，氣化室的頂部設有粉塵出口并經法蘭和管道與粉塵收集器相連接。
2.根據權利要求1所述的生產設備，其特征是所述冷水銅坩鍋由8～10mm厚的紫銅板制成，鍋體是方形，由兩層體壁組成，兩層體壁間為冷水通道，該通道的一端設有進水口，另一端設有出水口，鍋體內為鋅錠或低熔點金屬的熔化室。
3.根據權利要求1所述的生產設備，其特征是所述氣化室由雙層體壁組成，在雙層體壁之間為冷水通道，在氣化室頂部的冷水通道上設有出水口，在氣化室下部的冷水通道上設有進水口。
專利摘要一種納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體的生產設備，屬冶金技術領域。本實用新型克服了以往采用化學法生產納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體帶來的能耗大，污染嚴重，設備復雜，投資多等缺陷。采用等離子汽相法生產納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體，其結構是在機架下部設有Z軸升降系統，中部設有X軸運動系統，在X軸運動系統的導軌上固定有Y軸運動總成，在該總成上固定有雙層體壁的冷水銅坩堝；在機架上部設有由電極、電極升降桿及其嚙合的導軌組成。其中電極接電源的正極，電源負極與坩堝相接，坩堝上方設有帶粉塵出口和法蘭的汽化室。適合作生產納米氧化鋅及低熔點金屬氧化物粉體的設備。
文檔編號B22F9/02GK2808365SQ20052004986
公開日2006年8月23日 申請日期2005年4月22日 優先權日2005年4月22日
發明者陳致遠, 陳志平 申請人:陳致遠, 陳志平