一種製備超細複合粉體的裝置的製作方法

2023-05-12 02:48:26

本實用新型涉及一種製備超細複合粉體的裝置，特別是一種微波輔助噴霧熱解工業化連續生產超細複合粉體的裝置。

背景技術：

噴霧熱分解製備複合粉體是將各金屬鹽按製備複合型粉體所需的化學計量比配成前驅體溶液，經霧化後由載氣帶入高溫反應腔體中，霧滴在腔體中快速運動，瞬間完成溶劑蒸發、溶質沉澱形成固體顆粒、顆粒乾燥、顆粒熱分解、燒結等一系列的物理化學過程的粉體製備方法。

噴霧熱分解具有很多優點，①原料在溶液狀態下混合，可保證組分分布均勻，而且工藝過程簡單，組元成分損失少，可精確控制化學計量比，尤其適合製備多組分複合粉體；②微粉由懸浮在空氣中的液滴乾燥而來，顆粒一般呈規則的球形，而且少團聚，無需後續的洗滌研磨，保證了產物的高純度、高活性、細晶粒和粒度的均勻性；③通過不同的工藝條件來製得各種不同形態和性能的超微粒子，此法製得的納米粒子表觀密度小、比表面積大、粉體燒結性能好；④整個過程在短短的幾秒鐘迅速完成，因此液滴在反應過程中來不及發生組分偏析，進一步保證組分分布的均一性；⑤工序簡單，一步即可獲得最終粉體，無過濾、洗滌、乾燥、粉碎過程，操作簡單方便，生產過程連續，產能大，生產效率高，安全無汙染、非常有利於大工業化生產和綠色經濟發展。

微波加熱具有加熱速度快、熱量損失小、操作方便等特點，既可以縮短工藝時間、提高生產率、降低成本，又可以提高產品質量。與傳統加熱方式相比，微波加熱有以下特點：①加熱均勻、速度快：一般的加熱方法憑藉加熱周圍的環境，以熱量的輻射或通過熱空氣對流的方式使物體的表面先得到加熱，然後通過熱傳導傳導物體的內部。這種方法效率低，加熱時間長。而微波是在被加熱物內部產生的，熱源來自物體內部，加熱均勻，不會造成「外焦裡不熟」的夾生現象，有利於提高產品質量，同時由於「裡外同時加熱」大大縮短了加熱時間，加熱效率高，有利於提高產品產量；②微波加熱的慣性很小，可以實現溫度升降的快速控制，有利於連續生產和自動控制，常規的加熱方法，如蒸汽加熱、電熱、紅外加熱等，要達到一定的溫度，需要一定的時間，在發生故障或停止加熱時，溫度下降又要較長時間，而微波加熱可在幾秒的時間內迅速將微波功率調到所需的數值，加熱到適當的溫度，便於自動化和連續化生產，控制及時、反應靈敏；③選擇性加熱：微波加熱所產生的熱量和被加熱物的損耗有著密切關係，各種介質的介電常數在0.0001到0.5的範圍內，所以不同物體，或物體中的不同組元吸收微波的能力差異很大；④非熱效應：與相同熱力學條件下的傳統加熱結果相比，微波加熱所獲得的具有顯著優勢的各種物理現象，這些現象包括物質原子擴散速率的提高、粉體材料的活化燒結、促進壓坯緻密化，促進晶粒生長，提高化學反應速率，以及由此而獲得的優異性能和特殊的顯微結構等；⑤微波加熱穿透能力強：穿透能力就是電磁波穿透到介質內部的本領，電磁波從表面進入介質並在其內部傳播時，由於能量不斷被吸收並能轉化為熱能，它所攜帶熱量就隨著深入介質表面的距離以指數形式衰減。電磁波的穿透深度和波長是同一數量級，除了較大的物體外，一般可以做到表裡一起加熱。而遠紅外加熱的波長很長，加熱時穿透能力差，在遠紅外線照射下，只有物體一薄層發熱，而熱量要到內部主要靠傳導，這樣不僅加熱時間長，而且容易造成加熱不均勻。根據對比，微波加熱的穿透能力比遠紅外加熱強的多；⑥清潔衛生、無汙染：一般工業加熱設備比較大，佔地多，周圍環境溫度也比較高，操作工人勞動條件差，強度大。而微波加熱佔地面積小，避免了環境高溫，工人的勞動條件得到了大大的改善。

隨著3D列印技術的迅速發展，對粉體冶金制粉技術的升級換代提出了越來越迫切的要求。複合粉體的製備是3D列印技術重要的物質基礎，而球形度好、純度高和組元分布均勻是粉體製備發展的重要方向。本實用新型結合了噴霧熱解和微波加熱的優勢互補作用，兩者的協同優勢為超細複合粉體的製備提供了技術支持和工藝基礎。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種製備超細複合粉體的裝置，所述裝置包括儲料器1、氣體發生器2、噴霧裝置3、高溫反應腔體4、微波加熱腔體5、微波發生裝置6、微波輔助加熱裝置7、流體輸送泵8、收塵裝置9、粉體收集裝置10、尾氣處理裝置11、淨化裝置12，儲料器1與噴霧裝置3連接，噴霧裝置3位於高溫反應腔體4的頂端；氣體發生器2與高溫反應腔體4的頂端連通，高溫反應腔體4的外部設有微波加熱腔體5，微波加熱腔體5上設有微波發生裝置6，微波加熱腔體5的內部設有微波輔助加熱裝置7；高溫反應腔體4底部通過流體輸送泵8與收塵裝置9連通，收塵裝置9的下面設有粉體收集裝置10，收塵裝置9通過泵與尾氣處理裝置11連通，尾氣處理裝置11與淨化裝置12連通。

優選的，本實用新型所述裝置設有兩個以上收塵裝置9，多個收塵裝置9之間依次連通。

優選的，本實用新型所述噴霧裝置3為超聲霧化器或機械噴嘴，噴射液滴的粒度由超聲霧化器的頻率和功率，以及機械噴嘴的類型和設計參數等決定。

優選的，本實用新型所述高溫反應腔體為管式爐、氣體流化床或者迴轉窯爐。

本實用新型所述微波加熱腔體5為金屬封閉腔體，優選不鏽鋼金屬腔體，也可以是其他金屬腔體。

優選的，本實用新型所述微波加熱腔體5與高溫反應腔體4之間設有透波保溫材料，例如氧化鋁纖維、莫來石、剛玉等。

優選的，本實用新型所述收塵裝置為布袋收塵、靜電收塵、磁力收塵或者旋風收塵。

本實用新型所述微波發生裝置由產生微波的磁控管和供電系統組成，優選的加熱頻率為2450MHz、915MHz等。

本實用新型所述微波輔助加熱裝置為吸波材料組成，優選的有碳化矽、硼矽酸鋁、和鐵氧體等。

本實用新型的有益效果：本實用新型結合了噴霧熱解和微波加熱的優勢互補作用，噴霧的快速乾燥、分解和燒結結合微波快速升溫、加熱均勻和非熱效應的特點，有利於製備超細、納米晶、球形度高、純度高、組元分布均勻、粒度分布區間窄、燒結性好、安全可靠、可以工業化量產的製備複合粉體。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖中：1-儲料器；2-氣體發生器；3-噴霧裝置；4-高溫反應腔體；5-微波加熱腔體；6-微波發生裝置；7 -微波輔助加熱裝置；8-流體輸送泵；9-收塵裝置；10-粉體收集裝置；11-尾氣處理裝置；12-淨化裝置。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型的保護範圍並不限於所述內容。

實施例1

本實施例所述製備超細複合粉體的裝置包括儲料器1、氣體發生器2、噴霧裝置3、高溫反應腔體4、微波加熱腔體5、微波發生裝置6、微波輔助加熱裝置7、流體輸送泵8、收塵裝置9、粉體收集裝置10、尾氣處理裝置11、淨化裝置12，儲料器1與噴霧裝置3連接，噴霧裝置3位於高溫反應腔體4的頂端；氣體發生器2與高溫反應腔體4的頂端連通，高溫反應腔體4的外部設有微波加熱腔體5，微波加熱腔體5上設有微波發生裝置6，微波加熱腔體5的內部設有微波輔助加熱裝置7；高溫反應腔體4底部通過流體輸送泵8與收塵裝置9連通，收塵裝置9的下面設有粉體收集裝置10，收塵裝置9通過泵與尾氣處理裝置11連通，尾氣處理裝置11與淨化裝置12連通。

實施例2

本實施例所述製備超細複合粉體的裝置包括儲料器1、氣體發生器2、噴霧裝置3、高溫反應腔體4、微波加熱腔體5、微波發生裝置6、微波輔助加熱裝置7、流體輸送泵8、收塵裝置9、粉體收集裝置10、尾氣處理裝置11、淨化裝置12，儲料器1與噴霧裝置3連接，噴霧裝置3位於高溫反應腔體4的頂端；氣體發生器2與高溫反應腔體4的頂端連通，高溫反應腔體4的外部設有微波加熱腔體5，微波加熱腔體5上設有微波發生裝置6，微波加熱腔體5的內部設有微波輔助加熱裝置7；高溫反應腔體4底部通過流體輸送泵8與收塵裝置9連通，收塵裝置9設有3個，3個收塵裝置9依次連通，下面均設有粉體收集裝置10，最後一個收塵裝置9通過泵與尾氣處理裝置11連通，尾氣處理裝置11與淨化裝置12連通。

本實施例中噴霧裝置3為超聲霧化器，高溫反應腔體為管式爐，微波加熱腔體5為不鏽鋼金屬腔體，微波加熱腔體5與高溫反應腔體4之間設有氧化鋁纖維，收塵裝置為布袋收塵。

本實施例所述裝置的使用過程：將預先配製好的前軀體溶液放置到儲料槽1中，然後根據得到粉體的狀態選擇與通入氣氛相適應的發生裝置2，打開微波發生裝置6對微波腔體進行加熱，通過調整微波輸出功率和輔助加熱裝置7的分布來控制腔體內的溫度和溫度分布，然後開啟物料和氣體開關，將前驅體溶液通過霧化裝置3進行噴霧，霧滴通過將得到的粉體產品通過流體輸送裝置8輸送到收塵裝置9和粉體收集裝置10進行收集，多餘的氣體通過尾氣處理裝置11和淨化裝置12進行處理。