专利名称：金属烟气蒸发装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种金属纳米粉的制取设备，具体地说是一种用电弧在充满氦气的环境下将金属蒸发成烟气的金属烟气蒸发装置。
背景技术：
新材料合成(包括纳米材料)是80年代末发展起来的备受关注的高科技材料。它有着传统材料所不具备的变异性能。成为21世纪国际上竟相重点发展的材料之一。
在新材料合成中常见的合成方法是将金属蒸发成金属烟气。蒸发成金属烟气之后使其金属超细晶粒成形而制取纳米材料。另外还可以用物理气相沉积、化学相沉积方法或者其它合成方法合成具有变异性能的新材料。
将金属蒸发成金属烟气方法很多。如激光法、微波能法、电阻加热法、电爆法等。但国内现在利用上述方法蒸发金属烟气设备并不多，有些还存在许多缺点。如激光法设备价格昂贵，使用时只有15％-25％左右的电能转化光能去直接照射金属。微波能法、电阻加热法是利用微波能或电阻通过电流所产生热能在惰性气体中加热金属使其蒸发。所以只能对低熔点金属如Al、Cu、Mg等起作用。对高熔点低蒸气压金属不能适用。而且蒸发速度较慢。有些方法面市的设备其结构过于复杂，操作和使用很不方便，本项发明所表示的是利用电弧使金属蒸发成烟气的新型装置。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单合理、操作和使用方便，其电极可在前后、左右、上下三维空间自由运动的新型电弧法金属烟气蒸发装置，该设备在电路设施也做了重大改变，其中主要改进原有电源及增添高频引弧装置，使其操作更方便，安全性显著提高，适用于将各种形状金属蒸发成金属烟气。
本实用新型的目的是这样实现的，该装置采用可在三维空间自由运动的电极所产生电弧，使坩锅内的金属熔化、蒸发从而达到使所加工的金属气化目的。
该装置包括金属烟气蒸发装置主体、电极运动调整机构、抽真空机构和惰性气体输送机构，电路控制系统，所述的电极运动调整机构上的电极设置在金属烟气蒸发装置主体的内部，抽真空机构和惰性气体输送机构通过其上的抽真空与充气体管路、挡板阀、进气针阀、高压进气管和金属烟气蒸发装置主体相连，电路控制系统为金属烟气蒸发装置的电路控制部分。
所述的金属烟气蒸发装置主体包括金属蒸发室支架、金属蒸发室、坩锅、金属蒸发室外筒、金属蒸气出口，其金属蒸发室外筒设置在金属蒸发室支架上，金属蒸气出口设置在金属蒸发室外筒的上方，坩锅设置在金属蒸发室外筒的内部。
所述的电极靠电极运动来实现其三维空间运动，电极运动调整机构包括钨极、电极、回旋球座、球外密封圈、回旋球、球内密封圈、电缆紧固螺母、齿轮、手轮、螺母、上铰链架、调整螺母轮、左旋丝杠、销轴、下铰链座、转向板、底板、转向搬把、螺栓、齿轮轴、电极滑套、定位紧固销、紧固螺母、转向轴，其钨极设置在电极的一端，电极在回旋球的中心穿过、并由球内密封圈密封，回旋球设置在回旋球座内、并用球外密封圈密封；电极的另一端套装在电极滑套上，电极滑套下面带有有两个叉板，该叉板与上铰链架通过齿轮轴在其中心孔装入，电极滑套与齿轮均为聚四氟乙烯制成，以使电极与电极运动机构及金属蒸发室主体之间绝缘，齿轮安装在其齿轮轴中心，使其与电极上设置的齿条相啮合，齿轮轴的一端安装有手轮，并用螺母紧固，上铰链架的下部通过丝杠与其上带有手轮的调整螺母轮上部内螺纹连接，调整螺母的内部上、下加工有右、左旋螺纹，其上部右旋螺纹通过丝杠与上铰链架连接，下部左旋螺纹与左旋丝杠相连，左旋丝杠下面加工有横向孔，其孔与下铰链座通过销轴连接，下铰链座安装在转向板上面，转向板设置在底板上，转向板上插有转向轴，并用平键联接，转向轴穿过底板，并在其下面设置有转向搬把，用螺栓紧固在转向轴一端，转向板上面开有转向滑槽，其滑槽内设置有紧固定位销，并在其上安装紧固螺母。
所述的抽真空机构和惰性气体输送机构包括真空泵、抽真空与充气体管路、挡板阀、进气针阀、高压进气管、进气压力表、氦气瓶，其抽真空与充气体管路一端连接金属蒸发室外筒，另一端通过挡板阀的前口连接真空泵，挡板阀右侧输入口通过进气针阀、高压进气管和进气压力表与氦气瓶相连。
所述的金属蒸发室外筒的右侧后上方还设置有回风管接口，该回风管接口在用户使用时可根据需要连接回风管以形成封闭回路或者将其回风管接口封闭。
所述的电路控制系统通过交流380V供电，其主电路分成两路，一路由可控硅、触发电路、保护电路、电抗器GL及变压器T2等组成，其工作负载ZJ是由电极、钨极及坩埚构成，钨极安装在电极上。输出方式是电源经可控硅整流后正极经过阳极电缆与电极相联接并用电缆紧固螺母紧固，其负极通过阴极电缆与坩埚底部相连。上述作用是为电极及钨极和坩埚提供其正常工作电源；另一路由电源直接供给高频振荡装置，该高频振荡装置为串联式高频振荡器，该高频振荡器由高压变压器T1、整流器D、高压电容C1、电感L、火花发生器DH、控制回路(包括手动控制及利用时间控制模块KT自动控制)及外围电路组成的。
当金属蒸发室内的电极工作时，该高频振荡器中高压电容C1被充电，当充电电压达到一定数值后，火花发生器DH的电极被击穿(击穿模拟空气电阻)而产生振荡，该振荡频率由高压电容C1、电感L的容量所决定。进入正常的工作程序后，待正常点燃电弧经1-3秒时间后，由时间控制模块KT自动控制其关闭振荡电路，并为下一个工作周期作准备，在其高频振荡装置关闭后，被引燃的电弧进入正常工作状态。
本实用新型由于采用上述结构具有以下优点1、采用本实用新型的用来蒸发金属烟气时，其金属原料几何形状不受限制。
2、采用本实用新型用来蒸发金属烟气时，其电极可自由的在三维空间调整，其钨极可达到坩埚任何位置，所以，加工时无废料。全部金属均能被熔化蒸发。
3、该装置采用新改进的电路系统，增添高频引弧装置。在其引燃电弧后经1-3秒自动关闭，其操作方便。
4、该装置可连接收集装置，也可连接其它物理气相沉积、化学气相沉积或其他气相合成装置以形成其整套设备，所以，该装置具有其扩展面广泛等特点。
5、该装置结构简单合理、使用方便。
6、该装置加工除特活泼金属如K、Na等，具有放射性金属如铀等和熔点非常高金属如W、Mo等，几乎可以适用于所有金属，所以本实用新型使用面广泛。
图1为金属烟气蒸发装置整体结构示意图。
图2为本实用新型A-A局部剖示图。
图3为本实用新型电极运动调整机构K向投影图。
图4为本实用新型电路控制系统方框图。
图5为本实用新型电路控制系统电器原理图。
具体实施方式
由图1、图2、图3所示，该装置包括金属烟气蒸发装置主体I、电极运动调整机构II、抽真空机构和惰性气体输送机构III、电路控制系统IV，所述的电极运动调整机构II上的电极8设置在金属烟气蒸发装置主体I的内部，抽真空机构和惰性气体输送机构III通过其上的抽真空与充气体管路15、挡板阀16、进气针阀17、高压进气管18和金属烟气蒸发装置主体I相连，电路控制系统IV为金属烟气蒸发装置的电路控制部分。
所述的金属烟气蒸发装置主体I包括金属蒸发室支架3、金属蒸发室4、坩锅5、金属蒸发室外筒6、金属蒸气出9，其金属蒸发室外筒6设置在金属蒸发室支架3上，金属蒸气出9设置在金属蒸发室外筒6的上方，坩锅5设置在金属蒸发室外筒6的内部。
所述的电极靠电极运动来实现其三维空间运动，电极运动调整机构II包括钨极7、电极8、回旋球座10、球外密封圈11、回旋球12、球内密封圈13、电缆紧固螺母14、齿轮23、手轮24、螺母25、上铰链架26、调整螺母轮27、左旋丝杠28、销轴29、下铰链座30、转向板31、底板32、转向搬把33、螺栓34、齿轮轴35、电极滑套36、定位紧固销37、紧固螺母38、转向轴39，其钨极7设置在电极8的一端，电极8在回旋球12的中心穿过、并由球内密封圈13密封，回旋球12设置在回旋球座10内、并用球外密封圈11密封；电极8的另一端套装在电极滑套36上，电极滑套36下面带有有两个叉板，该叉板与上铰链架26通过齿轮轴35在其中心孔装入，电极滑套36与齿轮23均为聚四氟乙烯制成，以使电极8与电极运动机构及金属蒸发室主体之间绝缘，齿轮23安装在其齿轮轴35中心，使其与电极8上设置的齿条相啮合，齿轮轴35的一端安装有手轮24，并用螺母25紧固，上铰链架26的下部通过丝杠与其上带有手轮的调整螺母轮27上部内螺纹连接，调整螺母27的内部上、下加工有右、左旋螺纹，其上部右旋螺纹通过丝杠与上铰链架26连接，下部左旋螺纹与左旋丝杠28相连，左旋丝杠28下面加工有横向孔，其孔与下铰链座30通过销轴29连接，下铰链座30安装在转向板31上面，转向板31设置在底板32上，转向板31上插有转向轴39，并用平键41联接，转向轴39穿过底板32，并在其下面设置有转向搬把33，用螺栓34紧固在转向轴39一端，转向板31上面开有转向滑槽，其滑槽内设置有紧固定位销37，并在其上安装紧固螺母38。
所述的抽真空机构和惰性气体输送机构III包括真空泵1、抽真空与充气体管路15、挡板阀16、进气针阀17、高压进气管18、进气压力表20、氦气瓶21，其抽真空与充气体管路15一端连接金属蒸发室外筒6，另一端通过挡板阀16的前口连接真空泵1，挡板阀16右侧输入口通过进气针阀17、高压进气管18和进气压力表20与氦气瓶21相连。
所述的金属蒸发室外筒6的右侧后上方还设置有回风管接口40，该回风管接40在用户使用时可根据需要连接回风管42以形成封闭回路或者将其回风管接口40封闭。
由图4、图5及图1所示，所述的电路控制系统IV通过交流380V供电，其主电路分成两路，一路由可控硅、触发电路、保护电路、电抗器GL及变压器T2等组成，其工作负载ZJ是由电极8、钨极7及坩埚5构成，钨极7安装在电极8上。输出方式是电源经可控硅整流后正极经过阳极电缆19与电极8相联接并用电缆紧固螺母14紧固，其负极通过阴极电缆2与坩埚5底部相连。上述作用是为电极8及钨极7和坩埚5提供其正常工作电源；另一路由电源直接供给高频振荡装置，该高频振荡装置为串联式高频振荡器，该高频振荡器由高压变压器T1、整流器D、高压电容C1、电感L、火花发生器DH、控制回路(包括手动控制及利用时间控制模块KT自动控制)及外围电路组成的。
当金属蒸发室4内的电极8工作时，该高频振荡器中高压电容C1被充电，当充电电压达到一定数值后，火花发生器DH的电极被击穿(击穿模拟空气电阻)而产生振荡，该振荡频率由高压电容C1、电感L的容量所决定。进入正常的工作程序后，待正常点燃电弧经1-3秒时间后，由时间控制模块KT自动控制其关闭振荡电路，并为下一个工作周期作准备，在其高频振荡装置关闭后，被引燃的电弧进入正常工作状态。
工作原理需要将其蒸发的金属原料应放入金属蒸发室4内的坩埚5内作为阴极。钨极7为阳极，阳极接通直流电源正极，阴极接通直流电源负极，将其整个装置抽真空充入氦气，调整电极运动机构使其钨极7与金属原料相距一定的距离(引弧距离)，高频引弧装置所产生的高频、高压电使该距离之间氦气电离而引燃电弧。电弧引燃后经1-3秒时间自动关闭其高频引弧装置进入正常电弧工作状态，该状态电流强度可达400安培以上，在电弧的作用下金属原料开始熔化并蒸发形成金属烟气，该金属烟气由金属蒸气出9排出。上述为本装置的工作原理。
工作过程首先将金属原料放入金属蒸发室4内的坩埚5的内部，再将整个系统抽真空，真空度可按实际需求定，其最高真空可达5×10-2Pa，然后再向该装置内充入氦气，启动电源，调整电极运动机构22，使电极8带动钨极7与金属原料相距到引弧距离，高频引弧装置所产生的高频、高压电使其距离之内的氦气电离而引燃电弧，电弧引燃后经1-3秒时间自动关闭该高频引弧装置进入正常电弧工作状态，在电弧作用下，金属原料开始熔化并蒸发形成金属烟气，该金属烟气由金属蒸气出口9排出，随时调整电极运动机构22，该机构将通过电极8带动钨极7在坩埚5内的金属物料上方进行上、下、前、后、左、右运动，使其坩埚5内的金属物料全部熔化并蒸发。
权利要求1.一种金属烟气蒸发装置，其特征在于该装置包括金属烟气蒸发装置主体I、电极运动调整机构II、抽真空机构和惰性气体输送机构III、电路控制系统IV，所述的电极运动调整机构II上的电极(8)设置在金属烟气蒸发装置主体I的内部，抽真空机构和惰性气体输送机构III通过其上的抽真空与充气体管路(15)、挡板阀(16)、进气针阀(17)、高压进气管(18)和金属烟气蒸发装置主体I相连，电路控制系统IV为金属烟气蒸发装置的电路控制部分。
2.根据权利要求1所述的一种金属烟气蒸气装置，其特征在于所述的金属烟气蒸发装置主体I包括金属蒸发室支架(3)、金属蒸发室(4)、坩锅(5)、金属蒸发室外筒(6)、金属蒸气出口(9)，其金属蒸发室外筒(6)设置在金属蒸发室支架(3)上，金属蒸气出口(9)设置在金属蒸发室外筒(6)的上方，坩锅(5)设置在金属蒸发室外筒(6)的内部，坩埚(5)底部通过阴极电缆(2)连接负极。
3.根据权利要求1所述的一种金属烟气蒸气装置，其特征在于所述的电极运动调整机构II包括钨极(7)、电极(8)、回旋球座(10)、球外密封圈(11)、回旋球(12)、球内密封圈(13)、齿轮(23)、手轮(24)、螺母(25)、上铰链架(26)、调整螺母轮(27)、左旋丝杠(28)、销轴(29)、下铰链座(30)、转向板(31)、底板(32)、转向搬把(33)、螺栓(34)、齿轮轴(35)、电极滑套(36)、定位紧固销(37)、紧固螺母(38)、转向轴(39)，其钨极(7)设置在电极(8)的一端，电极(8)在回旋球(12)的中心穿过、并由球内密封圈(13)密封，回旋球(12)设置在回旋球座(10)内、并用球外密封圈(11)密封；电极(8)的另一端套装在电极滑套(36)上，电极滑套(36)下面带有有两个叉板，该叉板与上铰链架(26)通过齿轮轴(35)在其中心孔装入，电极滑套(36)与齿轮(23)均为聚四氟乙烯制成，以使电极(8)与电极运动机构及金属蒸发室主体之间绝缘，齿轮(23)安装在其齿轮轴(35)中心，使其与电极(8)上设置的齿条相啮合，齿轮轴(35)的一端安装有手轮(24)，并用螺母(25)紧固，上铰链架(26)的下部通过丝杠与其上带有手轮的调整螺母轮(27)上部内螺纹连接，调整螺母(27)的内部上、下加工有右、左旋螺纹，其上部右旋螺纹通过丝杠与上铰链架(26)连接，下部左旋螺纹与左旋丝杠(28)相连，左旋丝杠(28)下面加工有横向孔，其孔与下铰链座(30)通过销轴(29)连接，下铰链座(30)安装在转向板(31)上面，转向板(31)设置在底板(32)上，转向板(31)上插有转向轴(39)，并用平键(41)联接，转向轴(39)穿过底板(32)，并在其下面设置有转向搬把(33)，用螺栓(34)紧固在转向轴(39)一端，转向板(31)上面开有转向滑槽，其滑槽内设置有紧固定位销(37)，并在其上安装紧固螺母(38)。
3.根据权利要求1所述的一种金属烟气蒸气装置，其特征在于所述的抽真空机构和惰性气体输送机构III包括真空泵(1)、抽真空与充气体管路(15)、挡板阀(16)、进气针阀(17)、高压进气管(18)、进气压力表(20)、氦气瓶(21)，其抽真空与充气体管路(15)一端连接金属蒸发室外筒(6)，另一端通过挡板阀(16)的前口连接真空泵(1)，挡板阀(16)右侧输入口通过进气针阀(17)、高压进气管(18)和进气压力表(20)与氦气瓶(21)相连。
4.根据权利要求1所述的一种金属烟气蒸气装置，其特征在于所述的电路控制系统通过交流380V供电，其主电路分成两路，一路由可控硅、触发电路、保护电路、电抗器GL及变压器T2等组成，其工作负载ZJ是由电极(8)、钨极(7)及坩埚(5)构成，钨极(7)安装在电极(8)上，输出方式是电源经可控硅整流后正极经过阳极电缆(19)与电极(8)相联接并用电缆紧固螺母(14)紧固，其负极通过阴极电缆(2)与坩埚(5)底部相连；另一路由电源直接供给高频振荡装置，该高频振荡装置为串联式高频振荡器，该高频振荡器由高压变压器T1、整流器D、微继电器KA1、KA2、高压电容C1、电感L、火花发生器DH、控制回路及外围电路组成的。
5.根据权利要求1所述的一种金属烟气蒸气装置，其特征在于所述的金属蒸发室外筒(6)的右侧后上方还设置有回风管接口(40)，该回风管接口(40)在用户使用时可根据需要连接回风管(42)以形成封闭回路或者将其回风管接口(40)封闭。
专利摘要本实用新型涉及一种金属烟气蒸发装置，具体的说是在充满氦气的环境下将金属蒸发成烟气的装置，该装置是采用高频、高压电引弧，引弧后1－3秒自动关闭而进入电弧正常工作状态，利用该电弧使坩埚内的金属熔化、蒸发、从而达到将金属蒸发成烟气的目的。其电极可以在三维空间自由调整以使电极带动钨极能达到坩埚的各角落，使坩埚内各角落的金属原料全部熔化、蒸发。该装置包括金属烟气蒸发装置主体、电极运动调整机构、抽真空机构、惰性气体输送机构、电路控制系统；采用本实用新型装置工作时，其金属原料几何形态不受限制，无金属废料，适用于加工除特活泼金属、具有放射性金属和熔点非常高金属之外几乎所有金属。
文档编号C23C14/24GK2758276SQ20042011673
公开日2006年2月15日 申请日期2004年11月30日 优先权日2004年6月28日
发明者王志平 申请人:王志平