一种氮化铝粉高效生产用雾化装置及系统的制作方法

1.本发明涉及粉末生产雾化技术领域，具体为一种氮化铝粉高效生产用雾化装置及系统。


背景技术：

2.氮化铝，是一种性能良好晶体材料，具有较高的热导率、机械性能好、抗折强度高、纯度高、光传输特性好，因此是一种很有前途的高功率集成电路基片和包装材料。
3.而现有的氮化铝粉末生产装置，实用性差，安全性低，且生产的粉末大小不一，需要二次加工，生产效率低，同时常常会发生反应不完全的情况。因此，设计提高生产效率和反应充分的一种氮化铝粉高效生产用雾化装置及系统是很有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种氮化铝粉高效生产用雾化装置及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种氮化铝粉高效生产用雾化装置及系统，包括反应炉，其特征在于：所述反应炉的左上方固定连接有抽气口，所述抽气口的内部固定安装有阀门，所述反应炉的右上方固定安装有高压炉，所述高压炉的上方管道连接有坩埚，所述坩埚的上方设置有进料口，所述高压炉的右侧管道连接有气管，所述气管连通有高压氮气，所述反应炉的右侧固定安装有输气管，所述输气管与氮气连通，所述高压炉的底部开设有孔，所述反应炉的下方管道连接有收集盒，所述坩埚与高压炉之间安装有控制阀。
6.根据上述技术方案，所述雾化装置及系统包括雾化控制系统，所述雾化控制系统包括下落时间计算模块、充分反应时间计算模块和冷却模块，所述下落时间计算模块包括喷洒速度计算模块和喷洒孔径输入模块，所述喷洒速度计算模块电连接有喷洒压力计算模块，所述喷洒压力计算模块电连接有高压炉气压检测模块和反应炉气压检测模块，所述高压炉气压检测模块固定安装在高压炉的进气管处；
7.所述下落时间计算模块用于对金属雾下落的时间进行计算，所述充分反应时间计算模块用于对铝与氮气的反应时间进行计算，所述冷却模块用于对反应后形成的金属雾进行冷却，所述喷洒速度计算模块用于根据高压炉内的气压和雾化的颗粒直径对雾化颗粒的喷洒速度进行计算，喷洒孔径输入模块用于对喷洒孔的直径进行输入，所述喷洒压力计算模块用于根据反应炉内的气压和高压炉内的气压对喷洒压力进行计算，所述高压炉气压检测模块用于对高压炉内的气压进行检测，所述反应炉气压检测模块用于对反应炉内的气压进行检测。
8.根据上述技术方案，所述冷却模块包括氮气输入流量测量模块和氮气浓度检测模块，所述氮气浓度检测模块包括有氮化铝称重模块，所述氮气输入流量测量模块电连接有气体流量计；
9.所述氮气输入流量测量模块用于对反应炉的输入氮气进行测量，所述氮气浓度检测模块用于对氮气的浓度进行检测，所述氮化铝称重模块用于对收集到的氮化铝粉进行称重。
10.根据上述技术方案，所述充分反应时间计算模块与喷洒孔径输入模块和氮气浓度检测模块为电连接；
11.所述充分反应时间计算模块用于对物料完全反应的时间进行计算。
12.根据上述技术方案，所述雾化控制系统的运行步骤如下：
13.s1、将反应炉抽成真空，向反应炉的内部通入高纯度氮气，随后持续通入氮气；
14.s2、将铝粉置于坩埚内，熔融形成溶液，打开控制阀，同时对高压炉内部通入氩气，使液态铝向反应炉喷洒雾化的铝进行氮化铝的生产；
15.s3、将高压炉的喷洒孔直径进行录入，将数据传输给喷洒孔径输入模块；
16.s4、根据喷洒孔的直径和氮气的浓度，通过充分反应时间计算模块对充分反应的时间进行计算，同时物料的反应是在输气管的上方进行，当金属雾下落到输气管时，会受到气流的吹拂进行降温，而温度降低物料就不会发生反应；
17.s5、随后根据反应炉内输气管的位置高度以及反应炉内部的气压，对喷洒压力进行控制，从而使物料的喷洒速度变慢，使物料完全反应；
18.s6、根据物料的流速求出其流量，从而对氮气的损耗进行实时计算，从而对氮气的输入量进行实时控制，使氮气的浓度保持稳定；
19.s7、利用氮气浓度检测仪对反应炉内的氮气浓度进行检测，从而对反应炉的氮气浓度进行实时检测，当氮气浓度低于设定值时，进行报警；
20.s8、反应结束后，打开阀门，将内部的剩余氮气抽出，进行循环利用。
21.根据上述技术方案，所述s4包括如下步骤：
22.s41、利用氮气浓度检测仪对反应炉的氮气浓度进行检测，使氮气浓度为生产浓度的最大值，随后进行物料反应测试并计时；
23.s42、将该时间段内生产的氮化铝进行称重，同时对该时间段内的氮气浓度变化进行记录；
24.s43、利用充分反应时间计算模块，根据氮气的浓度的变化和该时间段内生产的氮化铝质量，对反应时间进行计算。
25.根据上述技术方案，所述s43中，根据氮气的浓度变化和反应炉内的体积以及浓度发生变化的时间计算出充分反应所需要的时间，反应速率v可以通过v＝δc/t计算得出，δc为浓度差，t为计时得出的时间，随后根据生产时的实时浓度变化求出反应时间t，反应时间t：
[0026][0027]
式中，v为反应速率，δc为生产时的实时浓度变化。
[0028]
根据上述技术方案，所述s5中，先根据反应时间t和输气管与高压炉之间的高度h，根据加速度公式h＝1/2gt^2+vt，能够得出初始速度v，随后根据伯努利定理p/ρ+gh+1/2v^2＝c得出压强p，从而根据压强p对高压炉内的气压进行控制，高压炉的气压p
高
为：
[0029]
p
高
＝p+p
反
[0030]
式中，p为压强差，p
反
为反应炉内的恒定压强。
[0031]
根据上述技术方案，所述s6中，根据物料的流速v和喷洒孔的孔径和数量，计算出物料的流量，随后根据物料的流量对氮气的消耗进行计算，根据化学反应式2al+n2→
2aln，单位时间内氮气损耗质量q为：
[0032][0033]
式中，r为喷洒孔的孔径，ρ为铝的密度，n为单位时间喷射的数量，随后可以根据氮气的损耗质量q，对反应炉的内部通入同等质量的氮气，使反应炉内部的氮气浓度保持稳定，当氮气的浓度增高时，反应炉内的气压会升高，这时还不停向反应炉通入氮气，会影响生产安全，容易发生生产事故，而当氮气的浓度降低时，金属雾与氮气的反应速率会下降，从而发生反应不完全的情况，影响产品质量。
[0034]
根据上述技术方案，所述s8包括如下步骤：
[0035]
s81、将抽气设备与抽气口连接，随后打开阀门并启动抽气设备进行抽气；
[0036]
s82、将抽出的氮气进行除杂、过滤，同时将除杂后的氮气进行保存，进行二次利用。
[0037]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过生产时最大的氮气浓度为试验环境，先对氮化铝的反应速率进行计算，从而获得氮化铝的反应时间，随后根据装置内的反应部位，计算出装置高压炉内的气压，进一步控制物料的下落速度，从而使反应时间变长，使反应更加充分，同时根据物料的流速求出其流量，从而对氮气的损耗量进行计算，随后根据损耗向反应炉通入相同分量的气体，使反应炉内部的气体浓度和气压保持稳定，使得生产过程更加安全、稳定，同时提高了生产效率。
附图说明
[0038]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0039]
图1是本发明的整体正面剖视结构示意图；
[0040]
图2是本发明的系统模块示意图；
[0041]
图中：1、反应炉；2、坩埚；3、抽气口；4、阀门；5、高压炉；6、输气管；7、收集盒。
具体实施方式
[0042]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
请参阅图1-2，本发明提供技术方案：一种氮化铝粉高效生产用雾化装置及系统，包括反应炉1，其特征在于：反应炉1的左上方固定连接有抽气口3，抽气口3的内部固定安装有阀门4，反应炉1的右上方固定安装有高压炉5，高压炉5的上方管道连接有坩埚2，坩埚2的上方设置有进料口，高压炉5的右侧管道连接有气管，气管连通有高压氮气，反应炉1的右侧固定安装有输气管6，输气管6与氮气连通，高压炉5的底部开设有孔，反应炉1的下方管道连
接有收集盒7，坩埚2与高压炉5之间安装有控制阀；铝液从坩埚2流入高压炉5中，高压炉5的内部同时通入高压氩气，使铝液经过高压炉5从其底部的孔喷洒出来，形成金属雾，随后金属雾与氮气在反应炉中发生反应，反应炉的右侧通入氮气，提高了反应效率，使反应保持稳定，同时对生产的金属雾进行冷却，控制阀能够控制铝液的流量，从而进行分批次的反应，反应结束后，利用抽气设备连接抽气口3，打开阀门4，将反应炉1内的剩余氮气进行抽取，同时进行除杂过滤处理，使其能够二次利用。
[0044]
雾化装置及系统包括雾化控制系统，雾化控制系统包括下落时间计算模块、充分反应时间计算模块和冷却模块，下落时间计算模块包括喷洒速度计算模块和喷洒孔径输入模块，喷洒速度计算模块电连接有喷洒压力计算模块，喷洒压力计算模块电连接有高压炉气压检测模块和反应炉气压检测模块，高压炉气压检测模块固定安装在高压炉5的进气管处；
[0045]
下落时间计算模块用于对金属雾下落的时间进行计算，充分反应时间计算模块用于对铝与氮气的反应时间进行计算，冷却模块用于对反应后形成的金属雾进行冷却，喷洒速度计算模块用于根据高压炉5内的气压和雾化的颗粒直径对雾化颗粒的喷洒速度进行计算，喷洒孔径输入模块用于对喷洒孔的直径进行输入，喷洒压力计算模块用于根据反应炉1内的气压和高压炉5内的气压对喷洒压力进行计算，高压炉气压检测模块用于对高压炉内的气压进行检测，反应炉气压检测模块用于对反应炉内的气压进行检测。
[0046]
冷却模块包括氮气输入流量测量模块和氮气浓度检测模块，氮气浓度检测模块包括有氮化铝称重模块，氮气输入流量测量模块电连接有气体流量计；
[0047]
氮气输入流量测量模块用于对反应炉1的输入氮气进行测量，氮气浓度检测模块用于对氮气的浓度进行检测，氮化铝称重模块用于对收集到的氮化铝粉进行称重。
[0048]
充分反应时间计算模块与喷洒孔径输入模块和氮气浓度检测模块为电连接；
[0049]
充分反应时间计算模块用于对物料完全反应的时间进行计算。
[0050]
雾化控制系统的运行步骤如下：
[0051]
s1、将反应炉1抽成真空，向反应炉1的内部通入高纯度氮气，随后持续通入氮气；
[0052]
s2、将铝粉置于坩埚内，熔融形成溶液，打开控制阀，同时对高压炉5内部通入氩气，使液态铝向反应炉喷洒雾化的铝进行氮化铝的生产；
[0053]
s3、将高压炉5的喷洒孔直径进行录入，将数据传输给喷洒孔径输入模块；
[0054]
s4、根据喷洒孔的直径和氮气的浓度，通过充分反应时间计算模块对充分反应的时间进行计算，同时物料的反应是在输气管6的上方进行，当金属雾下落到输气管6时，会受到气流的吹拂进行降温，而温度降低物料就不会发生反应；
[0055]
s5、随后根据反应炉1内输气管的位置高度以及反应炉1内部的气压，对喷洒压力进行控制，从而使物料的喷洒速度变慢，使物料完全反应；
[0056]
s6、根据物料的流速求出其流量，从而对氮气的损耗进行实时计算，从而对氮气的输入量进行实时控制，使氮气的浓度保持稳定；
[0057]
s7、利用氮气浓度检测仪对反应炉1内的氮气浓度进行检测，从而对反应炉1的氮气浓度进行实时检测，当氮气浓度低于设定值时，进行报警；
[0058]
s8、反应结束后，打开阀门4，将内部的剩余氮气抽出，进行循环利用。
[0059]
s4包括如下步骤：
[0060]
s41、利用氮气浓度检测仪对反应炉1的氮气浓度进行检测，使氮气浓度为生产浓度的最大值，随后进行物料反应测试并计时；
[0061]
s42、将该时间段内生产的氮化铝进行称重，同时对该时间段内的氮气浓度变化进行记录；
[0062]
s43、利用充分反应时间计算模块，根据氮气的浓度的变化和该时间段内生产的氮化铝质量，对反应时间进行计算。
[0063]
s43中，根据氮气的浓度变化和反应炉(1)内的体积以及浓度发生变化的时间计算出充分反应所需要的时间，反应速率v可以通过v＝δc/t计算得出，δc为浓度差，t为计时得出的时间，随后根据生产时的实时浓度变化求出反应时间t，反应时间t：
[0064][0065]
式中，v为反应速率，δc为生产时的实时浓度变化。
[0066]
s5中，先根据反应时间t和输气管6与高压炉5之间的高度h，根据加速度公式h＝1/2gt^2+vt，能够得出初始速度v，随后根据伯努利定理p/ρ+gh+1/2v^2＝c得出压强p，从而根据压强p对高压炉5内的气压进行控制，高压炉的气压p
高
为：
[0067]
p
高
＝p+p
反
[0068]
式中，p为压强差，p
反
为反应炉内的恒定压强。
[0069]
s6中，根据物料的流速v和喷洒孔的孔径和数量，计算出物料的流量，随后根据物料的流量对氮气的消耗进行计算，根据化学反应式2al+n2→
2aln，单位时间内氮气损耗质量q为：
[0070][0071]
式中，r为喷洒孔的孔径，ρ为铝的密度，n为单位时间喷射的数量，随后可以根据氮气的损耗质量q，对反应炉1的内部通入同等质量的氮气，使反应炉1内部的氮气浓度保持稳定，当氮气的浓度增高时，反应炉1内的气压会升高，这时还不停向反应炉1通入氮气，会影响生产安全，容易发生生产事故，而当氮气的浓度降低时，金属雾与氮气的反应速率会下降，从而发生反应不完全的情况，影响产品质量。
[0072]
s8包括如下步骤：
[0073]
s81、将抽气设备与抽气口3连接，随后打开阀门4并启动抽气设备进行抽气；
[0074]
s82、将抽出的氮气进行除杂、过滤，同时将除杂后的氮气进行保存，进行二次利用。
[0075]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0076]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。