专利名称：气相纳米复合加热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于气相法制备纳米产品的设备，特别涉及一种气相纳米复 合加热器。
背景技术：
纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，广义地说，纳米材料是指其中 任意一维的尺度小于IOOnm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸 加人纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等， 从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在各 种领域具有重要的应用价值。从Gleiter等(1951)首次应用惰性气体凝聚(IGC)结合原位冷压成型法 (In-situ Com-Paction)在实验室制备出纳米晶体样品以来，气相法得到了推进与发展。气 相法指直接利用气体或者通过各种手段将固态或液态物质变为气体，使之在一定条件下发 生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。气相法合成技术包 括物理气相合成法和化学气相合成法，在合成过程中会涉及到气相粒子成核、晶核长大、凝 聚等一系列粒子生长的基本过程。气相法可分为蒸发法、化学气相沉淀法、化学气相凝聚法 和溅射法等。纳米材料的制备在当前材料科学研究中占据极为重要的位置，新的材料制备工艺 和过程的研究对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。气相法合成纳米材料反应 速度快，能实现连续化生产，而且制造的纳米粉体纯度高、分散性好、团聚少、表面活性大， 特别适用精细陶瓷材料、催化剂材料、电子材料、生物材料等。但气相合成反应在高温下瞬 间完成，要求反应物料在极短的时间内达到气态及微观上的均勻混合，但现阶段的加热方 法加热不均勻、不稳定，不能保证物质迅速升华成气态，而且对前驱气体和反应物是分别加 热，其两者的温度不能保持一致，导致后续反应生成的纳米材料达不到要求。
发明内容本实用新型提供一种气相纳米复合加热器，目的是解决现有技术问题，提供一种 加热简单，同时能使反应物迅速升华且维持在目标温度，且能使前驱气体和反应物温度保 持一致的加热器。本实用新型解决问题采用的技术方案是具有环形加热器，环形加热器内部设有壳夹加热器和物料升华器，壳夹加热器和 物料升华器之间通过输气管相连通。所述壳夹加热器包括有内外两层壳体，内外壳体之间 形成密闭空间，该密闭空间的进口端与进气管相连通，出口端与输气管的进口端相连通。沿 外层壳体至内层壳体上开设有数个导流孔，该导流孔包括通孔和导流板，通孔使内壳体内 部与外界相连通，同时保持密闭空间的密闭性，导流板夹设在内外两层壳体之间，导流板底 端侧边固定在通孔壁上，且导流板轴线与水平线具有夹角，所有导流孔中的导流板设置方向相同。升华器底端设有加料口，顶端与出气管相连通，加料器通过加料口置入升华器底 端，使升华器底端密闭。 导流板轴线与水平线的夹角为20° -45°。壳夹加热器和物料升华器之间的输气管其出口端延伸至升华器的底部。所述输气管的管径为5_20mm。所述输气管的管径优选15mm。内外壳体间的间距与外壳体高度比为1 200。所述通孔具有三个，沿壳夹加热器一周均勻分布。本实用新型的有益效果整个复合加热器中壳夹加热器和升华器为一体，使壳夹 加热器和升华器同在一个大功率环形加热器内加热，让两者被加热的温度相同，被加热的 驱动气体在驱动升华反应物气体时，不会由于温度的差别，造成升华气体的温度不够，反应 生成的纳米尺寸达不到要求。
图1是本实用新型的结构示意图具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。如图1中所示的气相纳米复合加热器，具有环形加热器1，环形加热器1内部设有 壳夹加热器2和物料升华器3，壳夹加热器2和物料升华器3之间通过输气管4相连通，输 气管4的出口端延伸至升华器3的底部。其中环形加热器1是对驱动气体和待升华反应物 进行加热，本实施例中环形加热器采用耐高温物质制成，由于加热时会产生很强的光，因此 还具有光辐射作用。所述壳夹加热器2包括有内层壳体21和外层壳体22，内外壳体21、22之间形成密 闭空间20，该密闭空间20的进口端与进气管5相连通，出口端与输气管4的进口端41相连 通。驱动气体加热时，驱动气体通过进气管5进入到密闭空间20内加热。沿外层壳体22至内层壳体21上开设有数个导流孔6，该导流孔6包括通孔61和 导流板62。通孔61使内壳体内部210与外界相连通，同时保持密闭空间20的密闭性。导 流板62夹设在内外两层壳体21、22之间，导流板62底端侧边固定在通孔壁610上，且导流 板轴线与水平线具有夹角Z A，导流板轴线与水平线的夹角Z A为20° -45°，优选45°。 所有导流孔6中的导流板62设置方向均相同。开设通孔6的目的是为了使内层壳体内部 210和外界相通，通过通孔6将外界的热量传入内层壳体210内部，使经过密闭空间20内 的驱动气体能迅速加热。而设置倾斜的导流板62的目的是为了使驱动气体的温度能上升 的更高。当驱动气体经过导流孔6时，由于气体要绕过通孔61，而倾斜设置的导流板62阻 挡了气体垂直上升的路径，因此气体的上升路径发生改变，需要沿导流板62下侧面倾斜上 升，导致气体在空间20内沿夹壳壁旋转上升，其路径增长，使其加热过程增加，经多次试验 证明，当导流板轴线与水平线的夹角Z A为20° -45°时，其气体上升的温度较高，其中夹 角Z A优选45°。其中导流孔6的个数如果太少不能具有良好的传热效果，使气体不能快 速升温，若太多制造不方便，因此本实施例中选择三个通孔6，并沿壳夹加热器2 —周均勻分布。为 方便将待升华反应物放入至升华器3内加热升华，升华器3底端设有加料口 30， 加料器8通过加料口 30置入升华器底端，使升华器3底端密闭。升华器3的顶端与出气管 7相连通。当对反应物进行加热升华时，将反应物放置在加料器8内，然后将加料器8从加 料口 30置入升华器8内，使升华器3底端密闭，防止加热过程中升华的反应物气体流失。采 用加料口 30和加料器8的方式对反应物进行升华，在不流失升华的反应物气体的同时方便 了将反应物放置在升华器3内。本实施例中为使驱动气体能够加热至足够高的温度，其内壳体21和外壳体22间 的间距与外壳体22高度比为1 200，目的是使驱动气体具有足够的路径进行升温。而前述将输气管4的出口端延伸至升华器3的底部的目的是将加热后的驱动气体 通入到升华器3底部，由于气体是从下向上走，因此可以充分驱动升华器3底部升华后的反 应物气体向上升。同时将输气管4的管径限定为5-20mm，使其管径较小，目的是使驱动气体 经过输气管4后压力变大，从输气管4的出口端输出时，其输出的冲力比较大，能更充分的 驱动升华器3底部升华后的反应物气体向上升，经实践证明输气管4的管径优选15mm。本实用新型中的纳米复合加热器，采用耐高温、耐酸碱的材料制成。复合加热器外 围是大功率的环形加热器1，使壳夹加热器2与升华器3极速加温。当驱动气体如空体、氮 气等通过进气管5进入壳夹加热器2底部后迅速向上运动，由于结构的设计，驱动气体只能 在内外层壳体21、22间形成的密闭空间20中通过。驱动气体在向上运动又受到导流孔6 的阻碍影响，迫使驱动气体在密闭空间20改变驱动气体运动路径，充分将壳夹加热器2内 外壁热量进行吸收。同时又受到环形加热器1加热管的热辐射和光辐射作用，驱动气体在 壳夹加热器2的整个行程中，驱动气体温度能够达到400°C以上。加热的驱动气体到达壳夹加热器2的顶部后，要通过输气管4进入到升华器3。输 气管4设计目的是让驱动气体流动畅通，同时对驱动气体起到速流作用，让驱动气体充分 吸收热量。驱动气体到升华器3内继续向下运动，在向下运动同时温度也会继续升高。驱动 气体到达升华器3底部后，得以释放，并快速带动升华器3底部升华后的反应物气体上升。升华器3设计了腹式加料口 30，是腹式加料器8的进出托口。当腹式加料器8装 好反应物后，从此进出托口置入到升华器3内部，起到腹式加料器的稳定和密封效果。反应 物在升华器3内升华后，被驱动气体带动上升，其驱动气体和升华后的反应物温度保持一 致，同时在上升过程中，还会继续被环形加热器1加热，气体带动升华原料通过出气管7输 出进入到下一程序中。整个复合加热器中壳夹加热器和升华器为一体，使壳夹加热器和升华器同在一个 大功率环形加热器内加热，让两者被加热的温度相同，被加热的驱动气体在驱动升华反应 物气体时，不会由于温度的差别，造成升华气体的温度不够，使后续反应生成的纳米尺寸达 不到要求。
权利要求1.气相纳米复合加热器，其特征在于具有环形加热器，环形加热器内部设有壳夹加 热器和物料升华器，壳夹加热器和物料升华器之间通过输气管相连通；所述壳夹加热器包 括有内外两层壳体，内外壳体之间形成密闭空间，该密闭空间的进口端与进气管相连通，出 口端与输气管的进口端相连通；沿外层壳体至内层壳体上开设有数个导流孔，该导流孔包 括通孔和导流板，通孔使内壳体内部与外界相连通，同时保持密闭空间的密闭性，导流板夹 设在内外两层壳体之间，导流板底端侧边固定在通孔壁上，且导流板轴线与水平线具有夹 角，所有导流孔中的导流板设置方向相同；升华器底端设有加料口，顶端与出气管相连通， 加料器通过加料口置入升华器底端，使升华器底端密闭。
2.如权利要求1中所述的气相纳米复合加热器，其特征在于导流板轴线与水平线的 夹角为20° -45°。
3.如权利要求2中所述的气相纳米复合加热器，其特征在于导流板轴线与水平线的 夹角的倾斜角度优选45°。
4.如权利要求1中所述的气相纳米复合加热器，其特征在于壳夹加热器和物料升华 器之间的输气管其出口端延伸至升华器的底部。
5.如权利要求1中所述的气相纳米复合加热器，其特征在于所述输气管的管径为 5-20mmo
6.如权利要求5中所述的气相纳米复合加热器，其特征在于所述输气管的管径优选 15mm0
7.如权利要求1中所述的气相纳米复合加热器，其特征在于内外壳体间的间距与外 壳体高度比为1 200。
8.如权利要求1中所述的气相纳米复合加热器，其特征在于所述通孔具有三个，沿壳 夹加热器一周均勻分布。
专利摘要气相纳米复合加热器，其特征在于具有环形加热器，环形加热器内部设有壳夹加热器和物料升华器，壳夹加热器包括有内外两层壳体，内外壳体之间形成密闭空间。沿外层壳体至内层壳体上开设有数个导流孔，该导流孔包括通孔和导流板，通孔使内壳体内部与外界相连通，同时保持密闭空间的密闭性，导流板夹设在内外两层壳体之间，导流板底端侧边固定在通孔壁上，且导流板轴线与水平线具有夹角，所有导流孔中的导流板设置方向相同。升华器底端设有加料口，顶端与出气管相连通，加料器通过加料口置入升华器底端，使升华器底端密闭。整个复合加热器中壳夹加热器和升华器为一体，使两者被加热的温度相同，不会由于温度的差别，造成生成的纳米尺寸达不到要求。
文档编号B01D7/00GK201880390SQ20102059597
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者崔忠信, 陈明华 申请人:北京联合创美科技发展有限公司