一种用于蒸发冷凝法制备金属纳米粉体的坩埚的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及金属纳米粉体制备工具技术领域，尤其涉及一种用于蒸发冷凝法 制备金属纳米粉体的坩埚。
【背景技术】
[0002] 金属纳米材料是纳米材料的一个重要分支，在导电浆料、印刷电子、高效催化剂、 吸波隐形材料、高密度磁记录材料、固体推进剂等领域有广泛应用前景。目前，大批量制备 金属纳米粉体多采用物理法进行，其中以蒸发-冷凝法最为常见。蒸发-冷凝法是在真空 蒸发室内充入低压的惰性气体，通过蒸发源的加热作用将金属原料气化，金属原子蒸气与 惰性气体原子碰撞而失去能量，然后冷凝成金属纳米粒子。加热的方式主要有电阻加热、 感应加热、电弧等离子加热、激光加热和电子束加热。其中，与其它加热方式相比，感应加热 具有加热效率高、速度快、非接触式、工艺简单、容易实现自动化、设备可大功率长时间运转 等优点。但是，目前在利用感应加热蒸发-冷凝法制备金属纳米粉体时，能量利用率仍然较 低。其原因归根结底是现有的进行感应加热蒸发-冷凝法制备金属纳米粉体的坩埚保温性 能差，导致传导散热和辐射散热大；同时，在高温条件下，现有的坩埚也容易损坏，此两种原 因是金属纳米粉体生产成本高的因素之一。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于针对现有技术的不足提供一种用于蒸发冷凝法制备金属 纳米粉体的坩埚，该坩埚不仅能够减少热量耗散、提高能量利用率，而且具有改进的耐用 性。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种用于蒸发冷凝法制备金属纳米 粉体的坩埚，包括坩埚主体、坩埚外套和填充于坩埚主体与坩埚外套之间的隔热填料，所述 坩埚主体包括圆筒形容器和设置于圆筒形容器上部的坩埚盖，所述坩埚盖嵌设有用于导出 金属蒸气的喷嘴和用于导入惰性气体的进气嘴。
[0005] 优选地，所述坩埚盖开设有第一圆孔和第二圆孔，所述喷嘴嵌设于所述第一圆孔 内，所述进气嘴嵌设于所述第二圆孔内。
[0006] 优选地，所述喷嘴呈圆管状，所述喷嘴的下段的外径小于其上段的外径，所述喷嘴 的下段嵌设于所述第一圆孔内。
[0007] 优选地，所述第二圆孔的上段的内径大于其下段的内径；所述进气嘴呈圆管状， 所述进气嘴的下段的外径小于其上段的外径，所述进气嘴的下段嵌设于所述第二圆孔的上 段。
[0008] 优选地，所述隔热填料的填充高度高于所述坩埚盖的顶部并低于所述喷嘴和进气 嘴的顶部。
[0009] 优选地，所述坩埚盖与所述圆筒形容器咬合连接。
[0010] 优选地，所述坩埚外套包括圆筒形外套和与该圆筒形外套底端可拆卸连接的圆形 底板。
[0011] 优选地，所述坩埚主体为石墨坩埚主体、氧化锆坩埚主体、氮化锆坩埚主体、二硼 化锆坩埚主体、氧化铝坩埚主体、氮化铝坩埚主体、碳化钛坩埚主体、二硼化钛坩埚主体、氮 化硅坩埚主体、碳化硅坩埚主体、硼化硅坩埚主体、氮化硼坩埚主体或者碳化硼坩埚主体。
[0012] 优选地，所述隔热填料为氧化锆隔热填料或者氧化铝隔热填料。氧化锆和氧化铝 具有较低的导热系数，有利于隔热，减少热量耗散，从而可提高能量利用率。
[0013] 优选地，所述坩埚外套为氧化铝坩埚外套、莫来石坩埚外套或者碳化硅坩埚外套。
[0014] 本实用新型的有益效果：本实用新型的坩埚，制备金属纳米粉体时，将金属原料置 于坩埚主体内，并将整个坩埚放入蒸发室内，坩埚周围绕设有感应加热线圈。启动加热设备 后，感应加热线圈中交流电产生的交变磁场作用在坩埚中的金属原料上，并在金属原料内 产生涡电流，从而将金属原料加热并蒸发为金属原子蒸气。在蒸发过程中，惰性气体经坩 埚盖上嵌设的进气嘴进入到坩埚主体的内部，并将坩埚主体内的金属原子蒸气从坩埚盖上 嵌设的喷嘴带出至坩埚主体外。在此过程中，金属原子蒸气在惰性气体介质中扩散、迀移， 并与惰性气体原子碰撞而失去部分能量，从而凝聚成金属纳米粒子。本实用新型特别适用 于蒸发冷凝法制备金属纳米粉体，使用本实用新型的坩埚进行蒸发冷凝法制备金属纳米粉 体，能够减少热量耗散，提高能量利用率，从而可以减少生产的能耗；同时，本实用新型实坩 埚具有良好的耐高温性，并且可以进行拆卸组装，增加部件的可重复使用性，避免个别部件 损坏而造成坩埚整体的损坏，进而可以降低生产成本。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型坩埚的结构示意图。
[0016] 图2为本实用新型坩埚的坩埚主体的结构示意图。
[0017] 图3为本实用新型坩埚的坩埚外套的结构分解示意图。
[0018] 图4为本实用新型坩埚的进气嘴与惰性气体导管连接的结构示意图。
[0019] 图5为金属纳米粉体在制备过程中能量分配的流程图。
[0020] 附图标记包括：
[0021] 10 一i甘祸主体 11 一i甘祸盖 12-圆筒形容器
[0022] 20-坩埚外套 21-圆筒形外套 22-圆形底板
[0023] 30-隔热填料 40-喷嘴 50-进气嘴
[0024] 60-惰性气体导管 111 一第一圆孔 112-第二圆孔
[0025] 211-底缘。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0027] 需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念 或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
[0028] 实施例一：
[0029] 如图1至图4所示，本实用新型实施例提供的一种用于蒸发冷凝法制备金属纳米 粉体的坩埚，包括坩埚主体10、坩埚外套20和填充于坩埚主体10与坩埚外套20之间的隔 热填料30,坩埚主体10包括圆筒形容器12和设置于圆筒形容器12上部的坩埚盖11，坩埚 盖11嵌设有用于导出金属蒸气的喷嘴40和用于导入惰性气体的进气嘴50。具体的，制备 金属纳米粉体时，将金属原料置于坩埚主体10的圆筒形容器12内，并将整个坩埚放入蒸发 室内，坩埚周围绕设有感应加热线圈，启动加热设备，感应加热线圈中交流电产生的交变磁 场作用在坩埚中的金属原料上，并在金属原料内产生涡电流，从而将金属原料加热并蒸发 为金属原子蒸气，惰性气体经坩埚盖11上嵌设的进气嘴50进入到坩埚主体10的内部，并 将坩埚主体10内的金属原子蒸气从坩埚盖11上嵌设的喷嘴40带出至坩埚主体10外，在 此过程中，金属原子蒸气在惰性气体介质中扩散、迀移，并与惰性气体原子碰撞而失去部分 能量，从而凝聚成金属纳米粒子。
[0030] 本实用新型特别适用于蒸发冷凝法制备金属纳米粉体，使用本实用新型的坩埚进 行蒸发冷凝法制备金属纳米粉体，能够减少热量耗散，提高能量利用率，从而可以减少生产 的能耗；同时，本实用新型实坩埚具有良好的耐高温性，并且可以进行拆卸组装，增加部件 的可重复使用性，避免个别部件损坏而造成坩埚整体的损坏，进而可以降低生产成本。
[0031] 本实施例中，坩埚盖11开设有第一圆孔111和第二圆孔112,喷嘴40嵌设于第一 圆孔111内，进气嘴50嵌设于第二圆孔112内。具体的，通过在坩埚盖11上开设第一圆孔 111和第二圆孔112, 一方面，第二圆孔112可以作为进行制备金属纳米粉体时的惰性气体 导入，第一圆孔111可以将金属蒸气从坩埚主体10内带出至坩埚主体10外，并且在这个过 程中，金属蒸气可以冷凝成金属纳米粒子；另一方面，第一圆孔111和第二圆孔112可以分 别用于安装喷嘴40和进气嘴50,采用嵌设的方式，能够很好的固定好喷嘴40和进气嘴50， 避免喷嘴40和进气嘴50出现松脱，保证喷嘴40和进气嘴50可以发挥其作用。
[0032] 本实施例中，喷嘴40呈圆管状，喷嘴40的下段的外径小于其上段的外径，喷嘴40 的下段嵌设于第一圆孔111内。具体的，喷嘴40用于导出金属蒸气。将喷嘴40的下部嵌 入坩埚盖的第一圆孔111，喷嘴40的上部露出在坩埚盖外，由于喷嘴40的下部外径小于喷 嘴40的上部外径，可以有效地防止喷嘴40落入到坩埚主体10内。
[0033] 本实施例中，第二圆孔112的上段的内径大于其下段的内径；进气嘴50呈圆管状， 进气嘴50的下段的外径小于其上端的外径，进气嘴50的下段嵌设于第二圆孔112的上段。 具体的，进气嘴50的下部嵌入坩埚盖的第二圆孔112的上部，进气嘴50的上部内径大于进 气嘴50的下部内径，该较大的内径位置上可以插入惰性气体导管60 (参见图4)，进气嘴50 对惰性气体导管60起固定和支撑作用，保证惰性气体导管60的端部不会落入坩埚主体10 内。惰性气体经惰性气体导管60通入进气嘴50,再从进气嘴50进入到坩埚主体10内，将 坩埚主体10内的金属蒸气从喷嘴40带出坩埚主体10外，并在这个过程中将金属蒸气冷凝 成金属纳米粒子。另外，第二圆孔112的下部可以设计成斜圆孔，呈倾斜通向坩埚主体10 内。
[0034] 具体的，隔热填料30的填充高度高于坩埚盖11的顶部并低于喷嘴40和进气嘴50 的顶部，该种结构设计，可以确保隔热填料30不会从喷嘴40和进气嘴50掉落至坩埚主体 10内，同时，又能够覆盖坩埚主体10以及坩埚主体10上部设置的坩埚盖11，真正起到减少 热量耗散和提高能量利用率的作用。
[0035] 本实施例中，坩埚盖11与圆筒形容器12咬合连接。更具体的，坩埚主体10由相 互咬合的圆筒形容器12和坩埚盖11组成，使得坩埚主体10可以实现拆卸，便于填装金属 原料及对坩埚主体10内部的清理，以及增加坩埚主体10部分结构的重复使用次数，减少部 件的损耗，从而减少生产成本。
[0036] 其中，坩埚盖11与圆筒形容器12的咬合连接不限于具体的一种连接方式，只要坩 埚盖11与圆筒形容器12的连接能够实现拆卸，且保证坩埚盖11与圆筒形容器12连接后 能够实现密封即可。
[0037] 同样，坩埚外套20包括圆筒形外套21和与圆筒形外套21底端可拆卸连接的圆形 底板22。该种结构可以增加坩埚外套20部分结构的重复使用次数，减少部件的损耗，从而 减少生产成本。<