本發(fā)明屬于納米級金屬粒子生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特指一種循環(huán)冷卻連續(xù)量產(chǎn)高純納米級金屬粒子的裝置。

背景技術(shù)：

中國專利CN 204545422 U公開了一種《循環(huán)冷卻的金屬粒子蒸發(fā)制取裝置》，包括爐體、爐體內(nèi)的坩堝、加熱蒸發(fā)坩堝內(nèi)的金屬的等離子體噴槍、收集坩堝內(nèi)產(chǎn)生的金屬粉末的收集器，所述坩堝上側(cè)的開口上設(shè)置有坩堝口蓋，等離子體噴槍的噴頭穿過坩堝口蓋伸入到坩堝內(nèi)腔，坩堝口蓋及坩堝內(nèi)的噴頭的外表面包覆有耐高溫材料制成的護(hù)套，爐體與坩堝之間設(shè)置有保溫隔熱材料，收集器的出氣口上安裝有真空泵及氣固分離器，從氣固分離器的出氣口引出的冷卻管依次連接抽風(fēng)機(jī)、熱交換器、氣體凈化過濾器后穿過爐體、保溫隔熱材料通過坩堝口蓋上的進(jìn)氣通道與坩堝內(nèi)腔連通，儲(chǔ)料桶的出料管和收集器的進(jìn)料管穿過爐體及坩堝口蓋與坩堝內(nèi)腔連通，從其附圖及說明書內(nèi)容可以看出，收集器的進(jìn)料管為等直徑的管道，盡管該管道內(nèi)連通有冷卻氣體，但是從坩堝內(nèi)腔形成的高溫金屬蒸汽通過該管道時(shí)很難進(jìn)行快速冷卻，導(dǎo)致高溫金屬蒸汽快速生長成金屬粒子時(shí)的金屬粒子直徑難以控制于250nm以下，金屬粒子生長的都較大，難以適應(yīng)社會(huì)對超細(xì)納米級金屬粒子的需求，所述的金屬粒子也稱金屬粉體。

中國專利CN 102951643 B公開了《一種納米級球形硅粉的生產(chǎn)方法》，是在依次連通的高溫蒸發(fā)器、粒子控制器及收集器組成的反應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行，其中的粒子控制器為聚冷管，所述聚冷管的管結(jié)構(gòu)包括五層，由內(nèi)向外依次為石墨管、碳?xì)止堋⑻細(xì)止?、不銹鋼管、不銹鋼管，常識都知道這石墨管、碳?xì)止堋⑻細(xì)止苁且环N超耐高溫材料，耐高溫最高可達(dá)1800℃：一是證明該氣體硅在粒子控制器內(nèi)的溫度極高，才需要這樣的耐高溫材料；二是CN102951643B在實(shí)際生產(chǎn)過程中，聚冷管(粒子控制器)一端連通高溫蒸發(fā)器、另一端連通收集器，由于硅的沸點(diǎn)是2900℃，硅汽化后的出口溫度必然為2900℃左右，這樣高的溫度在所謂的聚冷管內(nèi)通過，循環(huán)水冷卻后的溫度不會(huì)降低太多，導(dǎo)致硅粒子在聚冷管內(nèi)極易快速碰撞生長成大顆粒硅粒子，從該專利實(shí)施例圖表1～3可見，其硅顆粒粒徑D50粒徑顆粒分布于500nm～2700nm，根本無法生產(chǎn)出D50(D代表粉體顆粒的直徑，D50表示累計(jì)50％點(diǎn)的直徑，或稱50％通過粒徑)于250nm～20nm以下的硅納米材料；三是若通過控制流量來控制硅粒子在聚冷管內(nèi)流過時(shí)的溫度降低而控制硅粒子在聚冷管內(nèi)的生長速度，則其生產(chǎn)效率非常低，進(jìn)一步導(dǎo)致納米級硅粒子的生產(chǎn)成本高；四是采用該方法生產(chǎn)亞微米級硅顆粒材料，進(jìn)入收集器時(shí)的硅顆粒溫度無法急速下降，一般尚處于300～450℃溫度，硅在收集器內(nèi)需要很長的時(shí)間降溫至100℃以下，根本無法連續(xù)循環(huán)高效生產(chǎn)，若硅材料溫度處于較高溫度下告訴將硅材料從收集器內(nèi)取出，硅材料接觸到空氣中的氧氣會(huì)立即自然，引發(fā)車間火災(zāi)及材料的浪費(fèi)；五是從CN 102951643 B專利的實(shí)施例的表1～表3顯現(xiàn)，其硅顆粒粒徑分布D50均在500～2700nm以上，其D50實(shí)際根本無法達(dá)到150nm～10nm以下的硅顆粒尺寸，國際上通常以100nm以下的粒子材料簡稱納米材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種循環(huán)冷卻連續(xù)量產(chǎn)高純納米級金屬粒子的裝置。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

循環(huán)冷卻連續(xù)量產(chǎn)高純納米級金屬粒子的裝置，包括爐體、爐體內(nèi)的坩堝、用于加熱蒸發(fā)坩堝內(nèi)的金屬的等離子體噴槍、收集坩堝內(nèi)產(chǎn)生的納米級金屬粉末的收集器，等離子體噴槍的噴頭穿過坩堝口蓋伸入到坩堝內(nèi)腔，噴頭的外表面包覆有耐高溫材料制成的護(hù)套，爐體與坩堝之間設(shè)置有保溫隔熱材料，收集器內(nèi)裝有氣固分離器，收集器的出氣口上連通的管道上連通真空泵或放壓閥、抽風(fēng)機(jī)、熱交換器后穿過爐體與坩堝內(nèi)腔連通，儲(chǔ)料桶的出料管和收集器的進(jìn)料管均穿過爐體與坩堝內(nèi)腔連通，所述的進(jìn)料管上連通有納米粒子生長器，納米粒子生長器將進(jìn)料管分割成納米粒子生長器前部的前進(jìn)料管和后部的后出料管，熱交換器與坩堝內(nèi)腔連通的管道上連通有分支管道，分支管道伸入納米粒子生長器內(nèi)腔并連通有一根以上的冷卻管，冷卻管上間隔設(shè)置有惰性氣體噴出口。

上述的抽風(fēng)機(jī)與爐體之間連通的管道內(nèi)工作時(shí)的惰性氣體經(jīng)過熱交換器換熱冷卻后的溫度為30℃～100℃。

上述的冷卻管上間隔設(shè)置的惰性氣體噴出口有10～300個(gè)；或所述的惰性氣體噴出口有10～150個(gè)；或所述的惰性氣體噴出口有10～100個(gè)。

上述的納米粒子生長器工作時(shí)的內(nèi)腔內(nèi)通入惰性氣體急速冷卻使納米粒子生長器的出口處溫度為200℃～60℃；或所述的納米粒子生長器工作時(shí)的內(nèi)腔內(nèi)通入惰性氣體急速冷卻使納米粒子生長器的出口處溫度為150℃～80℃。

上述的爐體由雙層鋼板制成，連通循環(huán)水泵的冷卻水循環(huán)導(dǎo)管均通過進(jìn)出水口與與兩層鋼板之間的空腔連通，所述的等離子體噴槍穿過爐體及坩堝口蓋伸入到坩堝內(nèi)腔。

上述的儲(chǔ)料桶的出料管上間隔設(shè)置有兩個(gè)以上用于不停機(jī)進(jìn)料的閥門，儲(chǔ)料桶內(nèi)裝入的金屬的純度為≧99％或≧99.95％或≧99.999％。

上述的惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤饣蚰蕷饣蚝?；所述的金屬為下列之一或兩種以上的材料的組合：硅、銅、鎳、鈷、鐵、鋅、鉻、錳、鈦、硒。

上述爐體的外側(cè)設(shè)置有為等離子體噴槍提供電源的等離子電弧柜。

上述的納米粒子生長器的內(nèi)腔出口排出的納米級金屬粒子的直徑為20nm～250nm以下；或所述的納米粒子生長器的內(nèi)腔出口排出的納米級金屬粒子的直徑為20nm～100nm以下；或所述的納米粒子生長器的內(nèi)腔出口排出的納米級金屬粒子的直徑為20nm～60nm以下。

上述的納米粒子生長器的內(nèi)徑與前進(jìn)料管的長度之比為1:0.05～5，前進(jìn)料管的內(nèi)徑與納米粒子生長器的內(nèi)徑之比為1:2～60；或納米粒子生長器的內(nèi)徑與前進(jìn)料管的長度之比為1:0.05～2，前進(jìn)料管的內(nèi)徑與納米粒子生長器的內(nèi)徑之比為1:4～10；或納米粒子生長器的內(nèi)徑與前進(jìn)料管的長度之比為1:0.05～1，前進(jìn)料管的內(nèi)徑與納米粒子生長器的內(nèi)徑之比為1:6～8，所述的前進(jìn)料管的長度指坩堝口蓋出口至納米粒子生長器進(jìn)口的長度。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)突出且有益的技術(shù)效果是：

1、本發(fā)明由于找到了管道的內(nèi)徑與納米粒子生長器的內(nèi)徑之比以及管道的長度與納米粒子生長器的內(nèi)徑之比的范圍，而且在納米粒子生長器的內(nèi)腔內(nèi)設(shè)置帶有冷卻氣體噴口的冷卻管，在生產(chǎn)納米粒子的過程中，由于通過冷卻管的冷卻氣體噴口不斷的向納米粒子生長器的內(nèi)腔噴出低溫的氮?dú)饣驓鍤饣蚰蕷饣蚝饫鋮s氣體，可以對進(jìn)入納米粒子生長器的高溫金屬蒸汽進(jìn)行快速冷卻，由于控制的納米粒子生長器的內(nèi)徑較大，因此，在內(nèi)徑迅速擴(kuò)張的納米粒子生長器的內(nèi)腔內(nèi)，高溫金屬蒸汽的流速迅速減慢，金屬蒸汽也便于在納米粒子生長器內(nèi)腔內(nèi)與超低溫冷卻氣體進(jìn)行熱交換，使得納米粒子生長器內(nèi)腔內(nèi)的高溫金屬蒸汽的溫度迅速降低到150℃～80℃以下，金屬粒子該溫度下無論怎樣碰撞也不會(huì)繼續(xù)生長和粘連成更大顆粒的金屬粒子，金屬粒子在該溫度下僅能生產(chǎn)出20nm～250nm以下的硅顆粒材料。

2、本發(fā)明由于通過納米粒子生長器對高溫金屬蒸汽的快速降溫，使得進(jìn)入收集器內(nèi)的金屬顆粒的溫度較低，在150℃～70℃以下，在收集器內(nèi)的金屬顆粒不僅不再生長，加之收集器內(nèi)也有降溫設(shè)備繼續(xù)進(jìn)行進(jìn)一步降溫，便于金屬顆粒的收集以及對外排放。

3、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了既可以安全生產(chǎn)、又可以長時(shí)間(數(shù)月)連續(xù)量產(chǎn)100nm以下的納米級金屬粒子，若生產(chǎn)產(chǎn)品為金屬硅粒子的話，可以有效解決鋰離子電池的負(fù)極用的納米硅粒子材料，當(dāng)然，也可以生產(chǎn)Cu～Cr～Si三元負(fù)極材料或Cu～Ni～Si三元負(fù)極材料，使得單質(zhì)金屬或多質(zhì)金屬納米級抄襲金屬粒子的量產(chǎn)化得以實(shí)現(xiàn)，由于連續(xù)量產(chǎn)的因素，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)速度快、生產(chǎn)成本低，適用于作連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級金屬粒子的納米粒子生長器用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明納米粒子生長器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的收集器的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，參見圖1—圖3：

循環(huán)冷卻連續(xù)量產(chǎn)高純納米級金屬粒子的裝置，包括爐體24、爐體24內(nèi)的坩堝27、用于加熱蒸發(fā)坩堝27內(nèi)的金屬的等離子體噴槍12、收集坩堝27內(nèi)產(chǎn)生的納米級金屬粉末的收集器17，等離子體噴槍12的噴頭穿過坩堝口蓋13伸入到坩堝內(nèi)腔23，噴頭的外表面包覆有耐高溫材料制成的護(hù)套，爐體24與坩堝27之間設(shè)置有保溫隔熱材料28，收集器內(nèi)裝有氣固分離器，收集器17的出氣口上連通的管道19上連通真空泵18或放壓閥、抽風(fēng)機(jī)21、熱交換器20后穿過爐體24、后與坩堝內(nèi)腔23連通，儲(chǔ)料桶10的出料管26和收集器17的進(jìn)料管16均穿過爐體24與坩堝內(nèi)腔23連通，所述的進(jìn)料管16上連通有納米粒子生長器15，納米粒子生長器15將進(jìn)料管16分割成納米粒子生長器15前部的前進(jìn)料管161和后部的后出料管162，熱交換器20與坩堝內(nèi)腔23之間連通的管道22上連通有分支管道14，分支管道14伸入納米粒子生長器內(nèi)腔15并連通有一根以上的冷卻管158，冷卻管158上間隔設(shè)置有惰性氣體噴出口157。

上述的抽風(fēng)機(jī)21與爐體24之間連通的管道內(nèi)工作時(shí)的惰性氣體經(jīng)過熱交換器20換熱冷卻后的溫度為30℃～100℃。

上述的冷卻管上間隔設(shè)置的惰性氣體噴出口157有10～300個(gè)；或所述的惰性氣體噴出口157有10～150個(gè)；或所述的惰性氣體噴出口157有10～100個(gè)。

上述的納米粒子生長器15工作時(shí)的內(nèi)腔152內(nèi)通入惰性氣體急速冷卻使納米粒子生長器的出口處溫度為200℃～60℃；或所述的納米粒子生長器15工作時(shí)的內(nèi)腔內(nèi)通入惰性氣體急速冷卻使納米粒子生長器的出口處溫度為150℃～80℃，由于設(shè)置較大的納米粒子生長器內(nèi)腔152，一是在納米粒子生長器內(nèi)腔152可以設(shè)置冷卻效果較好的冷卻裝置，以便于對從坩堝內(nèi)腔23形成的高溫金屬蒸汽進(jìn)行快速冷卻；二是在坩堝內(nèi)腔23至納米粒子生長器內(nèi)腔152連通的較細(xì)的管道進(jìn)入納米粒子生長器內(nèi)腔152后迅速變?yōu)檩^大的腔體，高溫金屬蒸汽流速也會(huì)迅速減慢，并產(chǎn)生紊流，便于對慢速流動(dòng)的高溫金屬蒸汽快速降溫，以控制金屬粒子的相互碰撞生長，實(shí)驗(yàn)證明，環(huán)境溫度在150℃～80℃以下，高溫金屬蒸汽中的金屬粒子就會(huì)停止生長，通過控制納米粒子生長器內(nèi)腔152內(nèi)的環(huán)境溫度，即可控制生產(chǎn)出的納米粒子的直徑大小。

上述的爐體24由雙層鋼板(例如雙層不銹鋼板)制成，連通循環(huán)水泵的冷卻水循環(huán)導(dǎo)管均通過進(jìn)出水口29與兩層鋼板之間的空腔連通，所述的等離子體噴槍12穿過爐體24及坩堝口蓋13伸入到坩堝內(nèi)腔23；當(dāng)然，所述的納米粒子生長器15的殼體151也是由雙層鋼板(例如雙層不銹鋼板)制成，連通循環(huán)水泵的冷卻水循環(huán)導(dǎo)管均通過進(jìn)出水口153與兩層鋼板之間的空腔連通，使得在給納米粒子生長器15降溫的同時(shí)，確保納米粒子生長器15的外壁不會(huì)燙傷操作人員。

上述的儲(chǔ)料桶10的出料管26上間隔設(shè)置有兩個(gè)以上用于不停機(jī)進(jìn)料的閥門25，儲(chǔ)料桶10內(nèi)裝入的金屬的純度為≧99％或≧99.95％或≧99.999％。

上述的惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤饣蚰蕷饣蚝?；所述的金屬為下列之一或兩種以上的材料的組合：硅、銅、鎳、鈷、鐵、鋅、鉻、錳、鈦、硒。

上述爐體24的外側(cè)設(shè)置有為等離子體噴槍12提供電源的等離子電弧柜11。

上述的納米粒子生長器15的內(nèi)腔出口排出的納米級金屬粒子的直徑為20nm～250nm以下；或所述的納米粒子生長器15的內(nèi)腔出口排出的納米級金屬粒子的直徑為20nm～100nm以下；或所述的納米粒子生長器15的內(nèi)腔出口排出的納米級金屬粒子的直徑為20nm～60nm以下；目前，國際上通用材料粒徑在100nm以下的粒徑材料，可稱之為納米材料，現(xiàn)在一些以將100nm以上的粒徑材料僅僅以納米單位標(biāo)稱，也稱之為納米材料，實(shí)為不妥。

上述的納米粒子生長器15的內(nèi)徑B與前進(jìn)料管161的長度A之比(B:A)為1:0.05～5，前進(jìn)料管161的內(nèi)徑C與納米粒子生長器的內(nèi)徑B之比(C:B)為1:2～60；或納米粒子生長器的內(nèi)徑B與前進(jìn)料管161的長度A之比(B:A)為1:0.05～2，前進(jìn)料管161的內(nèi)徑C與納米粒子生長器15的內(nèi)徑B之比(C:B)為1:4～10；或納米粒子生長器15的內(nèi)徑B與前進(jìn)料管161的長度A之比(B:A)為1:0.1～2，前進(jìn)料管161的內(nèi)徑C與納米粒子生長器15的內(nèi)徑B之比(C:B)為1:6～8，所述的前進(jìn)料管的長度指坩堝口蓋出口至納米粒子生長器進(jìn)口的長度。

本發(fā)明的使用：將本發(fā)明的坩堝27與收集器17之間連通的管道16及道管22上(坩堝27設(shè)置在爐體24的內(nèi)腔內(nèi)，坩堝27與爐體24之間設(shè)置有保溫材料28)，通過不間斷供料閥門25及其導(dǎo)管26將儲(chǔ)料桶10內(nèi)儲(chǔ)存的0.1—15mm大小的金屬顆粒(包括金屬硅)間歇的送到坩堝27內(nèi)，啟動(dòng)真空泵18，將坩堝內(nèi)腔23、收集器17及循環(huán)的管道內(nèi)抽真空至一定的真空度后關(guān)閉真空泵18，啟動(dòng)熱交換器20、爐體24、納米粒子生長器15上的冷卻氣體和冷卻水循環(huán)裝置，隨時(shí)為爐體27、坩堝口蓋13、進(jìn)料管16、納米粒子生長器15降溫，通過等離子電弧柜11控制等離子體噴槍12工作，等離子體噴槍12通過噴頭向坩堝內(nèi)腔23內(nèi)噴射高溫等離子氣體，將坩堝27內(nèi)的金屬顆粒汽化蒸發(fā)成金屬蒸汽，同時(shí)，啟動(dòng)抽風(fēng)機(jī)及熱交換器20，管道22內(nèi)冷卻的低溫惰性氣體通過坩堝口蓋13的進(jìn)氣通道送入坩堝內(nèi)腔23的上部對噴頭及坩堝內(nèi)腔上部的金屬氣體冷卻降溫，打開循環(huán)用的電磁閥，抽風(fēng)機(jī)同時(shí)將金屬蒸汽從坩堝內(nèi)腔23抽出經(jīng)進(jìn)料管14進(jìn)入納米粒子生長器15，經(jīng)過納米粒子生長器內(nèi)腔152內(nèi)惰性氣體的降溫，控制金屬粒子生長且粘連成150nm以下的金屬粒子并不再生長及粘連，然后隨循環(huán)風(fēng)進(jìn)入收集器17的下腔內(nèi)，定時(shí)打開收集器17的出料管30上的閥門31，通過控制兩個(gè)閥門31的交替打開或關(guān)閉，可以控制不停機(jī)排料；連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級金屬粒子生產(chǎn)設(shè)備的詳細(xì)工作原理，可參照中國專利CN 204545422 U，此處不再詳述。

上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非依此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，故：凡依本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、形狀、原理所做的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。