納米SiO2氣凝膠的製備裝置的製作方法

2023-05-29 16:12:56 1

本實用新型屬於納米SiO2氣凝膠領域，具體涉及一種納米SiO2氣凝膠的製備裝置。

背景技術：

納米SiO2氣凝膠是一種新型輕質多孔材料，具有低密度、高孔隙率、低熱導率和高透光率、低折射率和低的聲傳播速度，是一種新型高效透光隔熱保溫和隔音材料。本產品具有高透光率和低熱導率，特別適合用於太陽能光熱低溫平板熱水器、中溫平板集熱器、建築玻璃窗等既要求透光又要求高效保溫的運用場所。

目前國內外製備納米SiO2氣凝膠主要採用溶膠凝膠法，通過超臨界乾燥技術進行氣液置換後形成氣凝膠，生產效率較低，生產成本高。美國ASPEN公司對氣凝膠隔熱的研究較早，主要針對柔性氣凝膠隔熱產品的開發和應用。國內同濟大學側重於氣凝膠基礎研究，所製備的氣凝膠隔熱材料力學強度較小，成形性較差，只有少量的實際應用；北京科技大學利用矽酸鈣石二次粒子與氣凝膠複合製備隔熱複合材料，仍處於實驗室階段，無工程應用；納諾高科為代表的國內從事氣凝膠隔熱材料研究、生產的企業起步較晚，技術力量薄弱，且全部採用溶膠-凝膠法。由於目前國內外溶膠凝膠法生產的SiO2氣凝膠工藝流程長，生產效率較低，且因國外的技術封鎖國內產品品質較差、成本高，極大制約了該產品的廣泛應用。中國是太陽能光熱應用的大國，而目前相關研究已證實：納米SiO2氣凝膠是未來高效低溫熱水器和中、高溫平板集熱器革命性的關鍵核心材料，有廣闊的市場前景。為了更高效的製備納米SiO2氣凝膠，研發出通過等離子束蒸-凝法製備納米SiO2氣凝膠的方法。

目前沒有針對等離子束蒸-凝法製備納米SiO2氣凝膠的專用設備，導致了納米SiO2氣凝膠製備的效率以及質量受到影響。

技術實現要素：

為了解決上述現有技術存在的問題，本實用新型提出了納米SiO2氣凝膠的製備裝置，實現了專用於等離子束蒸-凝法製備納米SiO2氣凝膠的目的。

為了達到上述技術效果，本實用新型採用了以下技術方案：

納米SiO2氣凝膠的製備裝置，其特徵在於：包括依次連接的層流等離子體發生裝置、汽化裝置、冷凝裝置和靜電吸附成型裝置；所述層流等離子體發生裝置包括依次連接的氣路結構、發生器和電弧通道結構，其特徵在於：所述氣路結構包括依次連接的氣體輸入管、氣體混合腔和可調節直徑大小的氣體輸出管；所述發生器包括陽極結構和陰極結構；所述陽極結構包括陽極柱、陽極帽以及在陽極帽內依次安裝的密封絕緣墊片、螺旋導電彈簧和陽極噴嘴；所述陰極結構包括陰極柱和陰極罩；所述陽極結構位於中心，沿陽極結構周圍環形等距離設置至少三個陰極結構；所述汽化裝置包括送粉器、蒸發管和汽化管，其特徵在於：所述送粉器從蒸發管的側面通入；所述蒸發管位於所述汽化管的下方；所述蒸發管與汽化管連接且兩者的連接之處為分隔網；所述蒸發管與層流等離子體發生裝置的連接處設置有熱源通孔；所述汽化管上方橫向彎曲，彎曲處連接加壓裝置；所述汽化管和冷凝裝置連接；所述靜電吸附成型裝置包括送粉器、蒸發管和汽化管，其特徵在於：所述送粉器從蒸發管的側面通入；所述蒸發管位於所述汽化管的下方；所述蒸發管與汽化管連接且兩者的連接之處為分隔網；本實用新型所述氣體輸出管包括多個按照直徑大小遞減依次連接的伸縮節。

本實用新型所述送粉器包括粉末均勻室、粉末烘乾室、出粉通道和送粉嘴。

本實用新型所述粒子進口端從上至下逐漸變窄；所述粒子進口端的寬度大於等於基板的寬度。

本實用新型帶來的有益效果有：

1、本實用新型公開了納米SiO2氣凝膠的製備裝置，包括依次連接的層流等離子體發生裝置、汽化裝置、冷凝裝置和靜電吸附成型裝置，實現了專用於等離子束蒸-凝法製備納米SiO2氣凝膠的目的。使得等離子束蒸-凝法製備納米SiO2氣凝膠能夠連續化生產，一步到位。

2、本實用新型通過依次連接的氣路結構、發生器和電弧通道結構，將層流等離子的產生和輸送一步完成，中間不需要中斷，減少能量的損失和危險係數。氣路結構通過氣體輸入管輸入氣體，在氣體混合腔進行混合，對氣體進行混合且讓氣體壓強穩定，提高層流等離子產生的穩定性。所述的氣體輸出管直徑大小可以調節，調節範圍在50-300㎜，通過調節氣體輸出管的直徑從而調節層流等離子射束的直徑，提高層流等離子的適用範圍。本實用新型的螺旋導電彈簧通電時，形成一個電磁壓縮環，起到壓縮等離子電弧的作用，也能使等離子電弧著弧點處於動態均布狀態，延長了陽極的壽命和層流穩定。陽極噴嘴對電弧等離子體進行機械壓縮。本實用新型的密封絕緣墊片使得電弧等離子體穩定且集中，可形成高弧壓小電流層流長束等離子弧，陽極和陰極工作壽命長。本實用新型的陰極結構圍繞陽極結構等距離設置，增加反應的均勻性和穩定性。

3、本實用新型通過送粉器將納米SiO2粉末從側面送入蒸發管，納米SiO2粉末量少時直接蒸發成液體再到氣體到達汽化管，量多時混入已生成的液體中，受熱更加均勻。在蒸發管內被層流等離子射束加熱蒸發成液體，再加熱到一定程度成為氣體，氣體通過分隔網向上，在加壓裝置的作用下通向橫向的汽化管。本實用新型採用層流等離子射束，溫度高、熱量集中，能夠快速地對納米SiO2粉末進行汽化。本實用新型從熱源進行控制，層流等離子射束的溫度高且集中，使得納米SiO2粉末迅速蒸發汽化，防止凝結，生成的納米SiO2氣凝膠質地均勻。再通過冷凝裝置進行冷凝。

4、本實用新型採用高壓發生器產生高壓電場，通過靜電發生器讓基板帶電荷，納米SiO2粒子從粒子進口端進入，在靜電吸附下在基板上成型。傳送機構帶動負載有納米SiO2粒子的基板繼續運動，下一個基板接著來吸附納米SiO2粒子。從而實現連續化靜電吸附成型納米SiO2氣凝膠的目的。本實用新型採用了密封絕緣結構，減少外界雜質的幹擾，放置雜質被靜電吸附到基板上。

附圖說明

圖1為本實用新型的示意圖；

附圖標記：1、發生器，2、電弧通道結構，3、氣體輸入管，4、氣體混合腔，5、氣體輸出管，6、陽極結構，7、陰極結構，101、冷凝裝置，10、蒸發管，11、汽化管，12、熱源通孔，13、加壓裝置，16、粉末均勻室，17、粉末烘乾室，18、出粉通道，19、送粉嘴，30、密封絕緣機構，31、高壓發生器，32、靜電發生器，33、基板，34、傳送機構，35、粒子進口端，36、靜電發射棒。

具體實施方式

實施例1

納米SiO2氣凝膠的製備裝置，其特徵在於：包括依次連接的層流等離子體發生裝置、汽化裝置、冷凝裝置101和靜電吸附成型裝置；所述層流等離子體發生裝置包括依次連接的氣路結構、發生器1和電弧通道結構2，其特徵在於：所述氣路結構包括依次連接的氣體輸入管3、氣體混合腔4和可調節直徑大小的氣體輸出管5；所述發生器1包括陽極結構6和陰極結構7；所述陽極結構6包括陽極柱、陽極帽以及在陽極帽內依次安裝的密封絕緣墊片、螺旋導電彈簧和陽極噴嘴；所述陰極結構7包括陰極柱和陰極罩；所述陽極結構6位於中心，沿陽極結構6周圍環形等距離設置至少三個陰極結構7；所述汽化裝置包括送粉器、蒸發管10和汽化管11，其特徵在於：所述送粉器從蒸發管10的側面通入；所述蒸發管10位於所述汽化管11的下方；所述蒸發管10與汽化管11連接且兩者的連接之處為分隔網；所述蒸發管10與層流等離子體發生裝置的連接處設置有熱源通孔12；所述汽化管11上方橫向彎曲，彎曲處連接加壓裝置13；所述汽化管11和冷凝裝置101連接；所述靜電吸附成型裝置包括密封絕緣機構30、高壓發生器31、靜電發生器32、基板33、傳送機構34和粒子進口端35；所述基板33位於傳送機構34上且隨傳送機構34做水平運動；所述粒子進口端35設置在密封絕緣機構30的頂部且位於基板33上方；所述靜電發生器32包括靜電發射棒36和直流高壓電源；所述靜電發射棒36在水平方向上均勻排列且相互之間有間隙。

實施例2

納米SiO2氣凝膠的製備裝置，其特徵在於：包括依次連接的層流等離子體發生裝置、汽化裝置、冷凝裝置101和靜電吸附成型裝置；所述層流等離子體發生裝置包括依次連接的氣路結構、發生器1和電弧通道結構2，其特徵在於：所述氣路結構包括依次連接的氣體輸入管3、氣體混合腔4和可調節直徑大小的氣體輸出管5；所述發生器1包括陽極結構6和陰極結構7；所述陽極結構6包括陽極柱、陽極帽以及在陽極帽內依次安裝的密封絕緣墊片、螺旋導電彈簧和陽極噴嘴；所述陰極結構7包括陰極柱和陰極罩；所述陽極結構6位於中心，沿陽極結構6周圍環形等距離設置至少三個陰極結構7；所述汽化裝置包括送粉器、蒸發管10和汽化管11，其特徵在於：所述送粉器從蒸發管10的側面通入；所述蒸發管10位於所述汽化管11的下方；所述蒸發管10與汽化管11連接且兩者的連接之處為分隔網；所述蒸發管10與層流等離子體發生裝置的連接處設置有熱源通孔12；所述汽化管11上方橫向彎曲，彎曲處連接加壓裝置13；所述汽化管11和冷凝裝置101連接；所述靜電吸附成型裝置包括密封絕緣機構30、高壓發生器31、靜電發生器32、基板33、傳送機構34和粒子進口端35；所述基板33位於傳送機構34上且隨傳送機構34做水平運動；所述粒子進口端35設置在密封絕緣機構30的頂部且位於基板33上方；所述靜電發生器32包括靜電發射棒36和直流高壓電源；所述靜電發射棒36在水平方向上均勻排列且相互之間有間隙。

本實用新型所述氣體輸出管5包括多個按照直徑大小遞減依次連接的伸縮節。

實施例3

納米SiO2氣凝膠的製備裝置，其特徵在於：包括依次連接的層流等離子體發生裝置、汽化裝置、冷凝裝置101和靜電吸附成型裝置；所述層流等離子體發生裝置包括依次連接的氣路結構、發生器1和電弧通道結構2，其特徵在於：所述氣路結構包括依次連接的氣體輸入管3、氣體混合腔4和可調節直徑大小的氣體輸出管5；所述發生器1包括陽極結構6和陰極結構7；所述陽極結構6包括陽極柱、陽極帽以及在陽極帽內依次安裝的密封絕緣墊片、螺旋導電彈簧和陽極噴嘴；所述陰極結構7包括陰極柱和陰極罩；所述陽極結構6位於中心，沿陽極結構6周圍環形等距離設置至少三個陰極結構7；所述汽化裝置包括送粉器、蒸發管10和汽化管11，其特徵在於：所述送粉器從蒸發管10的側面通入；所述蒸發管10位於所述汽化管11的下方；所述蒸發管10與汽化管11連接且兩者的連接之處為分隔網；所述蒸發管10與層流等離子體發生裝置的連接處設置有熱源通孔12；所述汽化管11上方橫向彎曲，彎曲處連接加壓裝置13；所述汽化管11和冷凝裝置101連接；所述靜電吸附成型裝置包括密封絕緣機構30、高壓發生器31、靜電發生器32、基板33、傳送機構34和粒子進口端35；所述基板33位於傳送機構34上且隨傳送機構34做水平運動；所述粒子進口端35設置在密封絕緣機構30的頂部且位於基板33上方；所述靜電發生器32包括靜電發射棒36和直流高壓電源；所述靜電發射棒36在水平方向上均勻排列且相互之間有間隙。

本實用新型所述送粉器包括粉末均勻室16、粉末烘乾室17、出粉通道18和送粉嘴19。

實施例4

納米SiO2氣凝膠的製備裝置，其特徵在於：包括依次連接的層流等離子體發生裝置、汽化裝置、冷凝裝置101和靜電吸附成型裝置；所述層流等離子體發生裝置包括依次連接的氣路結構、發生器1和電弧通道結構2，其特徵在於：所述氣路結構包括依次連接的氣體輸入管3、氣體混合腔4和可調節直徑大小的氣體輸出管5；所述發生器1包括陽極結構6和陰極結構7；所述陽極結構6包括陽極柱、陽極帽以及在陽極帽內依次安裝的密封絕緣墊片、螺旋導電彈簧和陽極噴嘴；所述陰極結構7包括陰極柱和陰極罩；所述陽極結構6位於中心，沿陽極結構6周圍環形等距離設置至少三個陰極結構7；所述汽化裝置包括送粉器、蒸發管10和汽化管11，其特徵在於：所述送粉器從蒸發管10的側面通入；所述蒸發管10位於所述汽化管11的下方；所述蒸發管10與汽化管11連接且兩者的連接之處為分隔網；所述蒸發管10與層流等離子體發生裝置的連接處設置有熱源通孔12；所述汽化管11上方橫向彎曲，彎曲處連接加壓裝置13；所述汽化管11和冷凝裝置101連接；所述靜電吸附成型裝置包括密封絕緣機構30、高壓發生器31、靜電發生器32、基板33、傳送機構34和粒子進口端35；所述基板33位於傳送機構34上且隨傳送機構34做水平運動；所述粒子進口端35設置在密封絕緣機構30的頂部且位於基板33上方；所述靜電發生器32包括靜電發射棒36和直流高壓電源；所述靜電發射棒36在水平方向上均勻排列且相互之間有間隙。

本實用新型所述粒子進口端35從上至下逐漸變窄；所述粒子進口端35的寬度大於等於基板33的寬度。

實施例5

納米SiO2氣凝膠的製備裝置，其特徵在於：包括依次連接的層流等離子體發生裝置、汽化裝置、冷凝裝置101和靜電吸附成型裝置；所述層流等離子體發生裝置包括依次連接的氣路結構、發生器1和電弧通道結構2，其特徵在於：所述氣路結構包括依次連接的氣體輸入管3、氣體混合腔4和可調節直徑大小的氣體輸出管5；所述發生器1包括陽極結構6和陰極結構7；所述陽極結構6包括陽極柱、陽極帽以及在陽極帽內依次安裝的密封絕緣墊片、螺旋導電彈簧和陽極噴嘴；所述陰極結構7包括陰極柱和陰極罩；所述陽極結構6位於中心，沿陽極結構6周圍環形等距離設置至少三個陰極結構7；所述汽化裝置包括送粉器、蒸發管10和汽化管11，其特徵在於：所述送粉器從蒸發管10的側面通入；所述蒸發管10位於所述汽化管11的下方；所述蒸發管10與汽化管11連接且兩者的連接之處為分隔網；所述蒸發管10與層流等離子體發生裝置的連接處設置有熱源通孔12；所述汽化管11上方橫向彎曲，彎曲處連接加壓裝置13；所述汽化管11和冷凝裝置101連接；所述靜電吸附成型裝置包括密封絕緣機構30、高壓發生器31、靜電發生器32、基板33、傳送機構34和粒子進口端35；所述基板33位於傳送機構34上且隨傳送機構34做水平運動；所述粒子進口端35設置在密封絕緣機構30的頂部且位於基板33上方；所述靜電發生器32包括靜電發射棒36和直流高壓電源；所述靜電發射棒36在水平方向上均勻排列且相互之間有間隙。

本實用新型所述氣體輸出管5包括多個按照直徑大小遞減依次連接的伸縮節。

本實用新型所述送粉器包括粉末均勻室16、粉末烘乾室17、出粉通道18和送粉嘴19。

本實用新型所述粒子進口端35從上至下逐漸變窄；所述粒子進口端35的寬度大於等於基板33的寬度。