一种粉体材料表面涂层热解碳方法及其装置与流程

本发明属于粉末冶金领域，具体涉及一种粉体材料表面涂层热解碳方法和装置。

背景技术：

通过气相沉积法在材料进行涂层表面沉积是一种提高材料性能的新技术。特别是在球床式高温气冷堆中，会用到陶瓷型燃料元件，这种燃料元件为粒状，需要在其表面包覆热解碳层。包覆热解碳层的粉体材料能够很好的阻挡反应产物逸出。现有的粉体材料表面涂层热解碳装置通常将粉体材料盛放在坩埚中，或者直接置于反应釜(3)底部，与反应气体反应不充分，热解碳沉积效果不好。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种反应迅速、沉积效果好的粉体材料表面涂层热解碳方法和装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种粉体材料表面涂层热解碳生产装置，包括竖直设置的炉体、竖直设置的反应釜和发热装置，所述炉体上设置有与真空系统相连的抽气管道，炉体上还设有与保护气体供应装置相连的保护气体进气管，所述抽气管道上设置有抽气管阀，所述炉体内设有保温层，所述保温层围成加热腔，所述反应釜为柱状，所述反应釜插入所述加热腔中，所述发热装置设置在所述反应釜外壁与所述保温层之间，所述反应釜的下端设有反应气体进气管，所述反应气体进气管的另一端伸出所述炉体，所述反应气体进气管上设有与反应气体供应装置相连的反应气体进气阀，所述反应釜的顶端进料管，所述进料管上设有进料口，所述反应釜上还设置有尾气管和所述尾气管上设有尾气出口阀。

进一步地，在本发明一种优选实施方式中，所述炉体上还设有用于炉内超压时泄压的安全阀，所述安全阀设置在所述抽气管阀与所述炉体之间。

进一步地，在本发明一种优选实施方式中，所述进料口下方的所述进料管上设有活动堵头。

进一步地，在本发明一种优选实施方式中，所述加热腔内还设有不少于一个的热电偶。

进一步地，在本发明一种优选实施方式中，所述炉体上还设有至少一个红外测温仪，所述红外测温仪的测量端与加热腔相通。

进一步地，在本发明一种优选实施方式中，还包括出料管，所述出料管竖直设置在所述反应釜的下端，出料管的一端与所述反应釜的下端连接，出料管的另一端设有接料盒，所述出料管上，接料盒的前端还设有出料控制阀。

进一步地，在本发明一种优选实施方式中，所述反应气体进气管竖直设置在所述反应釜的下端，所述反应气体进气管上设有三通接头，所述三通接头的水平出口与所述反应气体进气阀相连，所述三通接头的竖直出口设有出料控制阀，所述出料控制阀的出口处设有接料盒。

另一方面，本发明提供了一种基于上述任意方案中的生产装置的粉体材料表面涂层热解碳生产方法，具体包括以下步骤：

A、将炉体抽到工艺指定真空度；

B、发热装置发热到工艺指定温度；

C、反应气体进气阀开启，反应气体从反应气体进气管进入反应釜；

D、开启尾气出口阀，反应气体经过反应釜后从尾气管排出；

E、保护气体通过保护气体进气管进入炉体内，将炉体内和反应釜内的气压稳定在工艺设定值；

F、开启进料口，将粉体材料放入反应釜中；

G、关闭进料口，粉体材料在反应釜中受到反应气体的冲撞作用，在反应釜中悬浮、翻滚，直至充分被涂层；

H、停止加热，继续供应反应气体，待温度降至预设值，停止通入反应气体，粉体材料掉落在反应釜底部。

本发明的粉体材料表面涂层热解碳生产装置，包括竖直设置的炉体、竖直设置的反应釜和发热装置，柱状的反应釜的下端设有反应气体进气管，通过反应釜下端反应气体进气管吹入的反应气体将粉体材料托举起来，粉体材料在反应釜中实现悬浮和翻滚，能够明显提升表面涂层热解碳沉积速度，沉积效果也更好。第二方面，本发明还提供了一种基于上述生产装置的粉体材料表面涂层热解碳生产方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是为了更好地理解本发明，而不应该理解为对本发明的限制。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明粉体材料表面涂层热解碳生产装置的一种优选实施方式的结构示意图；

图2是本发明粉体材料表面涂层热解碳生产方法的一种优选实施方式的结构示意图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参考图1，本实施例提供一种粉体材料表面涂层热解碳生产装置，包括竖直设置的炉体1、竖直设置的反应釜3和发热装置18，炉体1上设置有与真空系统6相连的抽气管道4，炉体1上还设有与保护气体供应装置相连的保护气体进气管17，抽气管道4上设置有抽气管阀4，炉体1内设有保温层2，保温层2围成加热腔，反应釜3为柱状，反应釜3插入加热腔中，发热装置18设置在反应釜3外壁与保温层2之间，反应釜3的下端设有反应气体进气管20，反应气体进气管20的另一端伸出炉体1，反应气体进气管20上设有与反应气体供应装置相连的反应气体进气阀12，反应釜3的顶端进料管，进料管上设有进料口7，反应釜3上还设置有尾气管10和尾气管10上设有尾气出口阀9。

使用过程中，先通过真空系统6将炉体1抽到工艺指定真空度，然后打开发热装置18提升加热腔内的温度至工艺指定温度，打开反应气体进气阀12，反应气体从反应气体进气管20进入反应釜3，将尾气出口阀9打开，通入反应釜3中的反应气体经过反应釜3后从尾气管10排出。通入反应气体的同时，保护气体通过保护气体进气管17进入炉体1内，炉体1内的气压和反应釜3中的气压逐渐升高，控制通入保护气体的压力略小于反应气体，将炉体1内和反应釜3内的气压稳定在工艺设定值。开启进料口7，将粉体材料放入反应釜3中，然后迅速关闭进料口7，粉体材料在反应釜3中受到反应气体的冲撞作用，在反应釜3中悬浮、翻滚，直至充分被涂层。停止加热，继续供应反应气体，待温度降至预设值，停止通入反应气体，粉体材料掉落在反应釜3底部。

通过反应釜3下端反应气体进气管20吹入的反应气体将粉体材料托举起来，粉体材料在反应釜3中实现悬浮和翻滚，能够明显提升表面涂层热解碳沉积速度，沉积效果也更好。

为了保障生产装置的安全性，炉体1上还设有用于炉内超压时泄压的安全阀16，安全阀16设置在抽气管阀4与炉体1之间。安全阀16用于炉内超压时即时释放压力，确保炉内部超压，保障使用安全。

由于在进料过程中会导致反应釜3暂时性失压，优选地，在进料口7下方的进料管上设有活动堵头8。进料后，活动堵头8可以迅速将反应釜3封闭，确保反应釜3中的气流稳定。

为了实现加热腔内温度的精确监控，优选地，在加热腔内还设有不少于一个的热电偶11。炉体1上还设有至少一个红外测温仪14，红外测温仪14的测量端与加热腔相通。

在本发明的优选实施方式中，还包括出料管14，出料管14竖直设置在反应釜3的下端，出料管14的一端与反应釜3的下端连接，出料管14的另一端设有接料盒15，出料管14上，接料盒15的前端还设有出料控制阀19。反应完毕之后，打开出料控制阀19，涂层好的粉体材料落到反应釜3的底部，经由出料管14和出料控制阀19后落到接料盒15中。

此外，还可以将反应气体进气管20作为出料管14，进气管竖直设置在反应釜3的下端，反应气体进气管20上设有三通接头13，三通接头13的水平出口与反应气体进气阀12相连，三通接头13的竖直出口设有出料控制阀19，出料控制阀19的出口处设有接料盒15。

设备工作过程中，关闭出料控制阀19，打开反应气体进气阀12进气，进气管承担进气功能。反应完毕之后，关闭反应气体进气阀12，打开出料控制阀19，涂层好的粉体材料经由进气管落入接料盒15中。此时进气管承担出料的功能。

另一方面，请参考图2，本发明提供了一种基于上述任意方案中的生产装置的粉体材料表面涂层热解碳生产方法，具体包括以下步骤：

A、将炉体1抽到工艺指定真空度；

B、发热装置18发热到工艺指定温度；

C、反应气体进气阀12开启，反应气体从反应气体进气管20进入反应釜3；

D、开启尾气出口阀9，反应气体经过反应釜3后从尾气管10排出；

E、保护气体通过保护气体进气管17进入炉体1内，将炉体1内和反应釜3内的气压稳定在工艺设定值；

F、，开启进料口7，将粉体材料放入反应釜3中；

G、关闭进料口7，粉体材料在反应釜3中受到反应气体的冲撞作用，在反应釜3中悬浮、翻滚，直至充分被涂层；

H、停止加热，继续供应反应气体，待温度降至预设值，停止通入反应气体，粉体材料掉落在反应釜3底部。

以上所述仅仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下所做出的无须创造性劳动的改进都视为本申请的保护范围。