专利名称：纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体的生产设备的制作方法
专利说明 本实用新型涉及一种生产纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体的设备，具体说是一种用锌锭及低熔点金属锭工业化生产纳米氧化锌和低熔点金属氧化物粉体的设备。纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体的生产在国内已有很多厂家，但国内企业以往一般是采用化学法生产，用化学法生产纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体有能耗大，污染严重，设备复杂，投资高等缺陷，为克服上述缺陷，我们选择了等离子汽相法来生产纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体。
1808年，Davy和Ritter历史上第一次在两个水平碳电极之间炽燃了电弧并进行观察，将其取名为“ElectrcAre”，意思是“电的拱形物”，这就是中文名词“电弧”的由来。之后，电弧，尤其是等离子电弧在工业上的应用越来越广泛，我们曾用等离子电弧制取过“银、铜、铁、镍”等金属材料的纳米级粉体材料，均已获得成功。但是，在用同样设备制取纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体时，因其熔点、汽化点均较低，大规模生产有一些问题，因此，特意设计了这样一套等离子电弧生产纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体的设备，以实现较大规模的工业化生产。本实用新型的目的在于提供一种具有工业化生产价值的新型设备，生产纳米级氧化锌及低熔点金属氧化物粉体。
本实用新型的目的可以通过如下措施实施该设备包括Z轴升降系统、X轴运动系统、Y轴运动系统、冷水铜坩锅、电极及其升降系统、汽化室及收集粉体装置六个部分。其中Z轴升降系统位于机架的下部，由电机及电机主轴上的升降丝杆、与该丝杆啮合的升降导轨、升降导轨顶部的托盘和托盘四周的滚珠组成，控制电机正、反转，可使托盘上的X轴、Y轴、冷水铜坩锅作上、下移动，装填锌锭及低熔点金属锭时能使坩锅移出汽化室外，制粉时使坩锅置于汽化室内。在机架的中部设有X轴运动系统，该系统由电机、电机主轴上的丝杆、与丝杆啮合的导轨和与托盘接触的滚珠组成；在X轴运动导轨上固定有Y轴运动总成，在Y轴运动总成上固定有用8～10mm厚紫铜板制成的具有双层体壁的方形的冷水铜坩锅，双层体壁间设有冷水通道，控制电机的旋转方向和转速，可使上面的冷水铜坩锅沿X轴方向移动。在机架的上部设有由电机、电机主轴上连接的电极及电极升降杆和与该升降杆啮合的导轨组成的Y轴运动系统，该系统能使上面放置的冷水铜坩锅沿Y轴方向移动；在冷水铜坩锅上方设有汽化室，汽化室顶部设有粉尘出口，经法兰和管道与粉尘收集器相连，将被冷水铜坩锅内汽化后的锌及低熔点金属氧化物粉体送入收集器内。
本实用新型有如下特点当X、Y、Z三轴均匀定位后，锌锭及低熔点金属锭被固定在汽化室中央，在锌锭及低熔点金属锭和电极之间引燃电弧后，X、Y轴在微处理机的控制下运动，使整块锌锭及低熔点金属锭能够均匀的被烧蚀、汽化，由于汽化锌锭及低熔点金属锭时采用了冷水铜坩锅，所以，不会被烧蚀。以锌为例，一块25kg的锌锭大约30分钟内就会被全部汽化，汽化后停机，更换新的锌锭，打扫汽化室。每8小时可制取约250kg纳米氧化锌。本实用新型结构简单，工艺流程便于控制，产量高，无污染，投资小，节省能源，适合生产粒径小于100nm的氧化锌或低熔点金属氧化物的纳米级粉体。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型装置的结构示意图。
图中1、Z轴升降电机；2、Z轴升降导轨；3、Z轴升降丝杆；4、Z轴托盘；5、Z轴滚珠；6、X轴滚珠；7、X轴运动导轨；8、Y轴运动总成；9、冷水铜坩锅进水口；10、电源；11、电极升降电机；12、电极升降丝杆；13、电极升降导轨；14、电极；15、汽化室出水口；16、汽化室；17、汽化室出口；18、连接法兰；19、管道；20、粉尘收集器；21、汽化室冷水入口；22、冷水铜坩锅出水口；23、锌锭；24、冷水铜坩锅；25、X轴运动电机；26、X轴运动丝杆；27、机架。参照附图在机架(27)的下部，装有Z轴升降电机(1)，Z轴升降导轨(2)，Z轴升降导轨(2)上，安装有Z轴升降丝杆(3)，在Z轴升降丝杆(3)的上部装有Z轴托盘(4)，Z轴托盘(4)的两边装有Z轴滚珠(5)，可使Z轴托盘(4)通过Z轴滚珠(5)上、下移动。Z轴托盘上装有X轴滚珠(6)，X轴运动导轨(7)和X轴运动电机(25)；与X轴运动电机(25)同轴相连的X轴运动丝杆(26)可作X方向运动。在X轴运动丝杆作X方向运动时，装在其上面的Y轴运动总成(8)亦可作Y方向运动。在Y轴运动总成(8)上，装置着用8～10mm厚的紫铜板制成的方形冷水铜坩锅(24)，冷却水可从冷水铜坩锅进水口(9)进入双层体壁结构的冷水铜坩锅(24)的夹层中，从冷水铜坩锅出水口(22)排出。冷水铜坩锅内可放置锌锭或低熔点金属锭(23)，其外壳与电源(10)正极相连。在机架(27)的上部，设有汽化室(16)，冷却水从汽化室冷水入口(21)进入汽化室双层体壁的夹层中，从汽化室出水口(15)排出。汽化室顶部设有汽化室出口(17)和连接法兰(18)，通过管道(19)与粉尘收集器(20)相连接，汽化后的金属粉体进入粉尘收集器(20)进行收集。
在机架(27)上部，还设有电极升降电机(11)和电极升降导轨(13)，电极升降导轨(13)上装有电极升降丝杆(12)，电极(14)与电极升降丝杆(12)相连，并通过导线与电源(10)负极相联。当电极升降电机(11)转动时，电极(14)可作上、下移动，调整其与锌锭及低熔点金属锭(23)间的距离。
本设备的具体工作过程于下首先，启动Z轴升降电机(1)，电机启动后通过Z轴升降导轨(2)，Z轴升降丝杠(3)，带动Z轴托盘(4)和滚珠(5)在机架(27)内缓缓下降，当冷水铜坩锅(24)的锅面降至汽化室(16)的下边缘约10cm处时，使Z轴电机停止，将锌锭及低熔点金属锭(23)置入冷水铜坩锅内。再次启动Z轴升降电机，Z轴上升，使冷水铜坩锅上升至汽化室中央。
打开冷却门，使冷水从冷水铜坩锅进水口(9)进入冷水铜坩锅双层体壁的夹层中，从冷水铜坩锅的出水口(22)流出。同时，冷却水从双层体壁的汽化室入水口(21)进入，从汽化室出水口(15)流出。
启动电极升降电机(11)，带动电极升降丝杆(12)，在电极升降导轨(13)上上、下移动，调节好电极(14)与锌锭及低熔点金属锭(23)之间的距离，打开电源(10)，引燃电弧，同时启动X轴电机(25)，带动X轴运动丝杠(26)在X轴运动导轨(7)上运动，Y轴运动总成(8)亦作Y方向运动。这样，在微处理器的控制下，锌锭及低熔点金属锭跟随作X、Y方向运动，使得锌锭及低熔点金属锭能被等离子弧均匀的烧蚀、汽化。被汽化后的锌粉通过汽化室出口(17)，连接法兰(18)，管道(19)，进入粉尘收集器(20)。当一块锌锭被汽化完后，关闭电源，停止X、Y轴的运动，启动Z轴电机，使冷水铜坩锅缓缓降下，清扫汽化室和冷水铜坩锅重新置入锌锭，进行下一轮生产。
一块25kg的锌锭，当电源功率＞6Okw时，30分钟内可汽化完毕，每天开2班可生产约500kg纳米氧化锌，生产一吨纳米氧化锌约需耗电2500度。同理，该设备亦可用于纳米氧化铋、氧化锑、氧化铅粉等低熔点金属氧化物粉体的生产。生产出来的粉体粒径小于100nm，纯度高，质量好。
权利要求1.一种纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体的生产设备，包括Z轴升降系统、X轴运动系统、Y轴运动系统、冷水铜坩锅、电极及其升降系统、汽化室及收集粉体装置，其特征是Z轴升降系统设于机架的下部，由电机及电机主轴上的升降丝杆，与丝杆啮合的升降导轨、升降导轨顶端的托盘和托盘四周的滚珠组成；在机架的中部设有包括X轴运动电机，及该电机主轴上的X轴运动丝杆，与X轴运动丝杆啮合的导轨和与托盘接触的X轴滚珠组成的X轴运动系统，在X轴运动系统的运动导轨上固定有Y轴运动总成，在Y轴运动总成上固定有用厚铜板制成的具有双层体壁的方形冷水铜坩锅；在冷水铜坩锅的上方机架上设有由Y轴运动电机，该电机主轴上连接的电极及电极升降丝杆和与电极升降丝杆啮合的导轨组成的Y轴运动系统；在电极上连接有电源的正极，在冷水铜坩锅上连接有电源的负极；在冷水铜坩锅的上方还设有气化室，气化室的顶部设有粉尘出口并经法兰和管道与粉尘收集器相连接。
2.根据权利要求1所述的生产设备，其特征是所述冷水铜坩锅由8～10mm厚的紫铜板制成，锅体是方形，由两层体壁组成，两层体壁间为冷水通道，该通道的一端设有进水口，另一端设有出水口，锅体内为锌锭或低熔点金属的熔化室。
3.根据权利要求1所述的生产设备，其特征是所述气化室由双层体壁组成，在双层体壁之间为冷水通道，在气化室顶部的冷水通道上设有出水口，在气化室下部的冷水通道上设有进水口。
专利摘要一种纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体的生产设备，属冶金技术领域。本实用新型克服了以往采用化学法生产纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体带来的能耗大，污染严重，设备复杂，投资多等缺陷。采用等离子汽相法生产纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体，其结构是在机架下部设有Z轴升降系统，中部设有X轴运动系统，在X轴运动系统的导轨上固定有Y轴运动总成，在该总成上固定有双层体壁的冷水铜坩埚；在机架上部设有由电极、电极升降杆及其啮合的导轨组成。其中电极接电源的正极，电源负极与坩埚相接，坩埚上方设有带粉尘出口和法兰的汽化室。适合作生产纳米氧化锌及低熔点金属氧化物粉体的设备。
文档编号B22F9/02GK2808365SQ20052004986
公开日2006年8月23日 申请日期2005年4月22日 优先权日2005年4月22日
发明者陈致远, 陈志平 申请人:陈致远, 陈志平