一种实现稳态过程的热解炭材料制备系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种能够实现稳态过程的热解炭材料制备系统，包括反应装置、进料装置、出料装置、传感及控制装置、高频加热装置；其中反应装置，用于进行化学气相沉积反应；进料装置，用于周期性定量输送底层粒子进入反应装置，由传感及控制装置对进料周期进行控制，从而实现进料量的控制；出料装置，接收从反应装置中排出的底层粒子，并可检测在规定时间内的出料量，检测结果输入传感及控制装置；传感及控制装置，输出对进料装置的控制信号，控制其进料周期频率；高频加热装置，通过感应式加热，使反应装置中温度达到所需控制温度。
【专利说明】一种实现稳态过程的热解炭材料制备系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种制备热解炭材料的系统。
【背景技术】
[0002]各向同性热解炭(Isotropic pyrolytic carbon)材料是利用化学气相沉积方法
(chemical vapor deposition--CVD)制备的一种高性能碳质材料，由于其结构致密、晶
粒尺寸小，因此除具备一般碳质材料的耐高温、润滑、耐磨损、生物相容性好等共性优点外，还具有强度高、不透气、可加工性能优良等待点，不需任何浸溃等后处理就可直接用做高性能机械密封组件，其强度、耐磨、密封性能、生物相容性、可加工性能等都大大优于传统碳质材料。目前这种新型炭材料作为涂层材料已在原子能工业和生物工程中得到广泛应用。但由于现有流化床工艺或转动床工艺，沉积过程不能稳定控制等条件的制约，制备产品品质不闻。
实用新型内容
[0003]为了克服上述不足，本实用新型的目的在于提供一种能够实现稳态过程的热解炭材料制备系统。
[0004]本实用新型的技术方案是:一种热解炭材料制备系统，包括反应装置、进料装置、出料装置、传感及控制装置、高频加热装置；其特征在于:
[0005]其中反应装置，用于进行化学气相沉积反应；
[0006]进料装置，用于周期性定量输送底层粒子进入反应装置，由传感及控制装置对进料周期进行控制，从而实现进料量的控制；
[0007]出料装置，接收从反应装置中排出的底层粒子，并可检测在规定时间内的出料量，检测结果输入传感及控制装置；
[0008]传感及控制装置，输出对进料装置的控制信号，控制其进料周期频率；
[0009]高频加热装置，通过感应式加热，使反应装置中温度达到所需控制温度。
[0010]进一步地，其特征在于:进料装置具有进料筒及致动部件，进料筒存贮底层粒子，致动部件可周期性触碰进料筒，实现进料筒中粒子的定量排出。
[0011]通过选择进料筒底部进料孔的数量及尺寸，对单次粒子排出量进行调节。
[0012]致动部件的动作周期通过传感及控制装置调节，调整其单位时间内的粒子进料量。
[0013]致动部件采用电机驱动、电磁驱动、气压驱动或液压驱动方式之一。
[0014]当采用电机驱动时，电机采用正反向旋转方式工作，减小旋转机构占用空间及提高工作效率。
[0015]出料装置包括第一漏料瓶，按定量方式进行粒子排出，并输入出料量检测信号。
[0016]出料装置包括第一漏料瓶、电磁阀、第二漏料瓶、称重设备，利用称重设备对粒子排出量进行检测，检测信号输入传感及控制装置。[0017]电磁阀接受传感及控制装置的开关控制信号。
[0018]传感及控制装置还同时对反应装置的温度、气体流量进行信号采集及调节控制。
[0019]本实用新型的优点及有益效果是:本实用新型设计了应用于热解炭材料制备系统的进料装置、出料装置及控制装置。基于它们构成的制备系统实现了各向同性热解炭材料在沉积基体上的连续、稳态和长时间沉积，实时的保持床层面积、流态化状态等工艺参数的稳定，从而可获得品质优良的热解炭材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型实施例1系统示意图。
[0021]图2为本实用新型实施例2系统示意图。
[0022]图3为进料装置主视图
[0023]图4为进料装置俯视图
[0024]图5为进料孔板
[0025]1-进料装置固定架，2-进料筒固定螺钉，3-进料筒支撑弹簧，
[0026]4-进料孔板，5-进料筒，6_粒子，7-驱动电机，
[0027]8-偏心旋转部件，
[0028]10-反应气体入口，儿-高频加热电源，
[0029]12-反应区，13-废气排出口，14-反应装置，
[0030]15-进料筒，16-进料装置，17-驱动电机，
[0031]18-传感及控制装置，19-出料装置，20-漏料瓶，
[0032]21-高频加热电源，
[0033]22-反应区，23-废气排出口，24-反应装置，
[0034]25-进料筒，26-进料装置，27-驱动电机，
[0035]28-传感及控制装置，29-出料装置，30-反应气体入口，
[0036]31-第一漏料瓶、32-电磁阀、33-第二漏料瓶、34-电子天平
【具体实施方式】
[0037]本实用新型设备利用化学气相沉积工艺制备各向同性热解炭材料。图1是系统示意图，主要分为反应装置、进料装置、出料装置、传感及控制装置、高频加热装置五部分。在反应装置中，高频感应电源通过感应线圈对沉积装置进行加热，用光电高温计、温控系统测量和调控沉积温度。沉积装置是石墨锥形流化床沉积装置。反应气体为丙烷、丙烯等烃类气体，稀释气体为氩气、氮气等惰性气体，气体的流量由流量计和针阀测量控制。反应产生的尾气由尾气处理系统处理。
[0038]如图1所示。沉积装置的反应区设有倒锥形开口，实现床层粒子流态化。烃类气体和载气从气体入口通入吹动直径为0.2mm-0.5mm的床层粒子在反应器内形成流态化。在沉积过程中通过沉积装置下部的出料装置和上部的进料装置来实现床层粒子的稳定更换，通过进料装置和出料装置可以连续的向流化床内加入或放出床层粒子。
[0039]如图3-图5所示，进料装置具有容纳床层粒子的进料筒、偏心旋转部件和驱动电机，电机驱动偏心旋转部件进行转动，实现周期性触碰进料筒，并使进料筒发生周期性侧向振动位移，进料筒底部呈倒锥形，进料筒通过螺钉连接于进料装置固定架，在其下部采用弹簧进行支撑，可以使其进行振动位移；进料筒内部下方设置有进料孔板，进料孔板上具有一个或多个进料孔，进料孔直径一般可选床层粒子直径的1-5倍，正常情况下，进料筒内容纳的床层粒子相互间由于摩擦挤压作用，并不能顺利通过进料孔，在偏心旋转部件周期性触碰进料筒时，进料筒内容纳的床层粒子在振动力作用下，相互间摩擦挤压作用减弱，一定数量的床层粒子会顺利通过进料孔，当偏心旋转部件旋转通过后，由于振动力作用消失，进料筒内容纳的床层粒子会重新在摩擦挤压作用下恢复静止状态，无法通过进料孔。通过选择进料孔数量、直径尺寸及控制电机旋转速度，可实现有效控制进料粒子量。另外，电机可采用正反向旋转方式工作，减小旋转机构占用空间及提高工作效率。
[0040]进料粒子量通过传感及控制装置控制进料装置的电机旋转方向及转速调节，对进料装置的进料频率来调节，实时的保持床层面积、流态化状态等工艺参数的稳定。上述基于电机所实现的周期触动机构，还可采用常用的其它类似周期性致动机构，如电磁振动，气压或液压振动。
[0041]出料装置位于沉积装置下方，其具有漏料瓶，用于存储从反应区排出的床层粒子，并按定量方式排出，进一步地，出料装置还具有称重测量功能，称重测量的结果可输入传感及控制装置。
[0042]传感及控制装置进行系统控制，采用控制算法进行运算处理后，输出对进料装置的控制信号，控制其进料频率。进一步地，可基于出料装置的称重测量结果进行控制处理；另外，传感及控制装置还同时对反应区的温度、气体流量等进行信号采集及调节控制。
[0043]在另一实施例中，如图2所示，出料装置位于沉积装置下方，其从上至下具有第一漏料瓶、电磁阀、第二漏料瓶、电子天平。第一漏料瓶与第二漏料瓶之间粒子管路上设置有电磁阀。反应区的粒子出口管接第一漏料瓶，电子天平对第二漏料瓶进行称重测量。电磁阀在传感及控制装置控制下可进行开关操作，使粒子进入第二漏料瓶；电子天平对第二漏料瓶进行称重测量的结果可输入传感及控制装置。
[0044]传感及控制装置进行系统控制，对电磁阀进行开关操作，输出电子天平的测量结果，采用控制算法进行运算处理后，输出对进料装置的控制信号，控制其进料频率。另外，传感及控制装置还同时对反应区的温度、气体流量等进行信号采集及调节控制。
[0045]通过以上的系统设计，实时的保持床层面积、流态化状态等工艺参数的稳定，实现了热解炭材料在该装置中的长时间稳定沉积过程，从而可获得品质优良的热解炭材料。
【权利要求】
1.一种热解炭材料制备系统，包括反应装置、进料装置、出料装置、传感及控制装置、高频加热装置；其特征在于: 其中反应装置，用于进行化学气相沉积反应； 进料装置，用于周期性定量输送底层粒子进入反应装置，由传感及控制装置对进料周期进行控制，从而实现进料量的控制； 出料装置，接收从反应装置中排出的底层粒子，并可检测在规定时间内的出料量，检测结果输入传感及控制装置； 传感及控制装置，输出对进料装置的控制信号，控制其进料周期频率； 高频加热装置，通过感应式加热，使反应装置中温度达到所需控制温度。
2.如权利要求1所述的热解炭材料制备系统，其特征在于:进料装置具有进料筒及致动部件，进料筒存贮底层粒子，致动部件可周期性触碰进料筒，实现进料筒中粒子的定量排出。
3.如权利要求2所述的热解炭材料制备系统，其特征在于:通过选择进料筒底部进料孔的数量及尺寸，对单次粒子排出量进行调节。
4.如权利要求2所述的热解炭材料制备系统，其特征在于:致动部件的动作周期通过传感及控制装置调节，调整其单位时间内的粒子进料量。
5.如权利要求2所述的热解炭材料制备系统，其特征在于:致动部件采用电机驱动、电磁驱动、气压驱动或液压驱动方式之一。
6.如权利要求5所述的热解炭材料制备系统，其特征在于:当采用电机驱动时，电机采用正反向旋转方式工作，减小旋转机构占用空间及提高工作效率。
7.如权利要求1所述的热解炭材料制备系统，其特征在于:出料装置包括第一漏料瓶，按定量方式进行粒子排出，并输入出料量检测信号。
8.如权利要求1所述的热解炭材料制备系统，其特征在于:出料装置包括第一漏料瓶、电磁阀、第二漏料瓶、称重设备，利用称重设备对粒子排出量进行检测，检测信号输入传感及控制装置。
9.如权利要求8所述的热解炭材料制备系统，其特征在于:电磁阀接受传感及控制装置的开关控制信号。
10.如权利要求1所述的热解炭材料制备系统，其特征在于:传感及控制装置还同时对反应装置的温度、气体流量进行信号采集及调节控制。
【文档编号】C01B31/02GK203545684SQ201320538990
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】李海平, 郑光明 申请人:北京思达医用装置有限公司