專利名稱：氣相納米復合加熱器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于氣相法制備納米產品的設備，特別涉及一種氣相納米復 合加熱器。
背景技術：
納米材料是近年來受到人們極大關注的新型領域，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、準晶體以及界面層結構的材料。當小粒子尺寸 加人納米量級時，其本身具有體積效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等， 從而使其具有奇異的力學、電學、光學、熱學、化學活性、催化和超導特性，使納米材料在各 種領域具有重要的應用價值。從Gleiter等(1951)首次應用惰性氣體凝聚(IGC)結合原位冷壓成型法 (In-situ Com-Paction)在實驗室制備出納米晶體樣品以來，氣相法得到了推進與發展。氣 相法指直接利用氣體或者通過各種手段將固態或液態物質變為氣體，使之在一定條件下發 生物理或化學反應，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米微粒的方法。氣相法合成技術包 括物理氣相合成法和化學氣相合成法，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。氣相法可分為蒸發法、化學氣相沉淀法、化學氣相凝聚法 和濺射法等。納米材料的制備在當前材料科學研究中占據極為重要的位置，新的材料制備工藝 和過程的研究對納米材料的微觀結構和性能具有重要的影響。氣相法合成納米材料反應 速度快，能實現連續化生產，而且制造的納米粉體純度高、分散性好、團聚少、表面活性大， 特別適用精細陶瓷材料、催化劑材料、電子材料、生物材料等。但氣相合成反應在高溫下瞬 間完成，要求反應物料在極短的時間內達到氣態及微觀上的均勻混合，但現階段的加熱方 法加熱不均勻、不穩定，不能保證物質迅速升華成氣態，而且對前驅氣體和反應物是分別加 熱，其兩者的溫度不能保持一致，導致后續反應生成的納米材料達不到要求。
發明內容本實用新型提供一種氣相納米復合加熱器，目的是解決現有技術問題，提供一種 加熱簡單，同時能使反應物迅速升華且維持在目標溫度，且能使前驅氣體和反應物溫度保 持一致的加熱器。本實用新型解決問題采用的技術方案是具有環形加熱器，環形加熱器內部設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外兩層殼體，內外殼體之間 形成密閉空間，該密閉空間的進口端與進氣管相連通，出口端與輸氣管的進口端相連通。沿 外層殼體至內層殼體上開設有數個導流孔，該導流孔包括通孔和導流板，通孔使內殼體內 部與外界相連通，同時保持密閉空間的密閉性，導流板夾設在內外兩層殼體之間，導流板底 端側邊固定在通孔壁上，且導流板軸線與水平線具有夾角，所有導流孔中的導流板設置方向相同。升華器底端設有加料口，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選15mm。內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，沿殼夾加熱器一周均勻分布。本實用新型的有益效果整個復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大功率環形加熱器內加熱，讓兩者被加熱的溫度相同，被加熱的 驅動氣體在驅動升華反應物氣體時，不會由于溫度的差別，造成升華氣體的溫度不夠，反應 生成的納米尺寸達不到要求。
圖1是本實用新型的結構示意圖具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1中所示的氣相納米復合加熱器，具有環形加熱器1，環形加熱器1內部設有 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。其中環形加熱器1是對驅動氣體和待升華反應物 進行加熱，本實施例中環形加熱器采用耐高溫物質制成，由于加熱時會產生很強的光，因此 還具有光輻射作用。所述殼夾加熱器2包括有內層殼體21和外層殼體22，內外殼體21、22之間形成密 閉空間20，該密閉空間20的進口端與進氣管5相連通，出口端與輸氣管4的進口端41相連 通。驅動氣體加熱時，驅動氣體通過進氣管5進入到密閉空間20內加熱。沿外層殼體22至內層殼體21上開設有數個導流孔6，該導流孔6包括通孔61和 導流板62。通孔61使內殼體內部210與外界相連通，同時保持密閉空間20的密閉性。導 流板62夾設在內外兩層殼體21、22之間，導流板62底端側邊固定在通孔壁610上，且導流 板軸線與水平線具有夾角Z A，導流板軸線與水平線的夾角Z A為20° -45°，優選45°。 所有導流孔6中的導流板62設置方向均相同。開設通孔6的目的是為了使內層殼體內部 210和外界相通，通過通孔6將外界的熱量傳入內層殼體210內部，使經過密閉空間20內 的驅動氣體能迅速加熱。而設置傾斜的導流板62的目的是為了使驅動氣體的溫度能上升 的更高。當驅動氣體經過導流孔6時，由于氣體要繞過通孔61，而傾斜設置的導流板62阻 擋了氣體垂直上升的路徑，因此氣體的上升路徑發生改變，需要沿導流板62下側面傾斜上 升，導致氣體在空間20內沿夾殼壁旋轉上升，其路徑增長，使其加熱過程增加，經多次試驗 證明，當導流板軸線與水平線的夾角Z A為20° -45°時，其氣體上升的溫度較高，其中夾 角Z A優選45°。其中導流孔6的個數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，因此本實施例中選擇三個通孔6，并沿殼夾加熱器2 —周均勻分布。為 方便將待升華反應物放入至升華器3內加熱升華，升華器3底端設有加料口 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。當對反應物進行加熱升華時，將反應物放置在加料器8內，然后將加料器8從加 料口 30置入升華器8內，使升華器3底端密閉，防止加熱過程中升華的反應物氣體流失。采 用加料口 30和加料器8的方式對反應物進行升華，在不流失升華的反應物氣體的同時方便 了將反應物放置在升華器3內。本實施例中為使驅動氣體能夠加熱至足夠高的溫度，其內殼體21和外殼體22間 的間距與外殼體22高度比為1 200，目的是使驅動氣體具有足夠的路徑進行升溫。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，因此可以充分驅動升華器3底部升華后的反 應物氣體向上升。同時將輸氣管4的管徑限定為5-20mm，使其管徑較小，目的是使驅動氣體 經過輸氣管4后壓力變大，從輸氣管4的出口端輸出時，其輸出的沖力比較大，能更充分的 驅動升華器3底部升華后的反應物氣體向上升，經實踐證明輸氣管4的管徑優選15mm。本實用新型中的納米復合加熱器，采用耐高溫、耐酸堿的材料制成。復合加熱器外 圍是大功率的環形加熱器1，使殼夾加熱器2與升華器3極速加溫。當驅動氣體如空體、氮 氣等通過進氣管5進入殼夾加熱器2底部后迅速向上運動，由于結構的設計，驅動氣體只能 在內外層殼體21、22間形成的密閉空間20中通過。驅動氣體在向上運動又受到導流孔6 的阻礙影響，迫使驅動氣體在密閉空間20改變驅動氣體運動路徑，充分將殼夾加熱器2內 外壁熱量進行吸收。同時又受到環形加熱器1加熱管的熱輻射和光輻射作用，驅動氣體在 殼夾加熱器2的整個行程中，驅動氣體溫度能夠達到400°C以上。加熱的驅動氣體到達殼夾加熱器2的頂部后，要通過輸氣管4進入到升華器3。輸 氣管4設計目的是讓驅動氣體流動暢通，同時對驅動氣體起到速流作用，讓驅動氣體充分 吸收熱量。驅動氣體到升華器3內繼續向下運動，在向下運動同時溫度也會繼續升高。驅動 氣體到達升華器3底部后，得以釋放，并快速帶動升華器3底部升華后的反應物氣體上升。升華器3設計了腹式加料口 30，是腹式加料器8的進出托口。當腹式加料器8裝 好反應物后，從此進出托口置入到升華器3內部，起到腹式加料器的穩定和密封效果。反應 物在升華器3內升華后，被驅動氣體帶動上升，其驅動氣體和升華后的反應物溫度保持一 致，同時在上升過程中，還會繼續被環形加熱器1加熱，氣體帶動升華原料通過出氣管7輸 出進入到下一程序中。整個復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 大功率環形加熱器內加熱，讓兩者被加熱的溫度相同，被加熱的驅動氣體在驅動升華反應 物氣體時，不會由于溫度的差別，造成升華氣體的溫度不夠，使后續反應生成的納米尺寸達 不到要求。
權利要求1.氣相納米復合加熱器，其特征在于具有環形加熱器，環形加熱器內部設有殼夾加 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 括有內外兩層殼體，內外殼體之間形成密閉空間，該密閉空間的進口端與進氣管相連通，出 口端與輸氣管的進口端相連通；沿外層殼體至內層殼體上開設有數個導流孔，該導流孔包 括通孔和導流板，通孔使內殼體內部與外界相連通，同時保持密閉空間的密閉性，導流板夾 設在內外兩層殼體之間，導流板底端側邊固定在通孔壁上，且導流板軸線與水平線具有夾 角，所有導流孔中的導流板設置方向相同；升華器底端設有加料口，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.如權利要求1中所述的氣相納米復合加熱器，其特征在于導流板軸線與水平線的 夾角為20° -45°。
3.如權利要求2中所述的氣相納米復合加熱器，其特征在于導流板軸線與水平線的 夾角的傾斜角度優選45°。
4.如權利要求1中所述的氣相納米復合加熱器，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.如權利要求1中所述的氣相納米復合加熱器，其特征在于所述輸氣管的管徑為 5-20mmo
6.如權利要求5中所述的氣相納米復合加熱器，其特征在于所述輸氣管的管徑優選 15mm0
7.如權利要求1中所述的氣相納米復合加熱器，其特征在于內外殼體間的間距與外 殼體高度比為1 200。
8.如權利要求1中所述的氣相納米復合加熱器，其特征在于所述通孔具有三個，沿殼 夾加熱器一周均勻分布。
專利摘要氣相納米復合加熱器，其特征在于具有環形加熱器，環形加熱器內部設有殼夾加熱器和物料升華器，殼夾加熱器包括有內外兩層殼體，內外殼體之間形成密閉空間。沿外層殼體至內層殼體上開設有數個導流孔，該導流孔包括通孔和導流板，通孔使內殼體內部與外界相連通，同時保持密閉空間的密閉性，導流板夾設在內外兩層殼體之間，導流板底端側邊固定在通孔壁上，且導流板軸線與水平線具有夾角，所有導流孔中的導流板設置方向相同。升華器底端設有加料口，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。整個復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 優先權日2010年11月3日
發明者崔忠信, 陳明華 申請人:北京聯合創美科技發展有限公司