專利名稱：自動(dòng)填料式電弧合成爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)填料式電弧合成爐，尤其涉及一種能夠自動(dòng)填入陽(yáng)極石墨棒 的自動(dòng)填料式電弧合成爐，屬于碳納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米材料以其獨(dú)特的功能獲得了廣泛關(guān)注，納米材料的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用也已經(jīng) 成為科研界和工業(yè)界的熱點(diǎn)之一，例如全碳納米材料等。目前制備該納米材料的電弧合成 爐主要有爐體及相關(guān)的爐蓋和各類物質(zhì)進(jìn)出口、陽(yáng)極石墨棒和陰極石墨棒承載裝置、電氣 系統(tǒng)等。爐體內(nèi)的陽(yáng)極電極由多根石墨電極組成并固定在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)上，這樣可以實(shí) 現(xiàn)一次裝爐依次蒸發(fā)多根石墨電極。電弧合成爐通過(guò)陰陽(yáng)電極電弧放電，將石墨電極蒸發(fā) 形成等離子體，制備全碳分子材料。但是這種直流電弧合成爐需要人工打開(kāi)爐蓋手工添加 固定碳棒，操作人員工作量較大，而且打開(kāi)爐體后煙炱對(duì)環(huán)境的污染較大，生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自動(dòng)填料式電弧合成爐，用于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的由 于定期打開(kāi)爐蓋所導(dǎo)致的環(huán)境污染和操作人員工作量的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種自動(dòng)填料式電弧合成爐，包括爐體、設(shè) 于所述爐體兩端法蘭的左爐蓋和右爐蓋，其中，還包括陰極推桿、陰極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)、陽(yáng)極 推桿、陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)、陽(yáng)極進(jìn)樣套筒；所述陰極推桿的一端可移動(dòng)的密封地穿過(guò)所述右 爐蓋，所述陰極推桿的另一端連接于所述陰極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒為包括夾 層腔體的雙管壁結(jié)構(gòu)，所述夾層腔體和所述爐體的冷卻系統(tǒng)連接，且所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒的 一端密封地穿過(guò)所述左爐蓋；所述陽(yáng)極推桿的一端位于所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒中，所述陽(yáng)極推 桿的另一端連接于所述陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)連續(xù)不斷的向陽(yáng)極進(jìn)樣套筒填入陽(yáng)極石墨棒并由陽(yáng)極推桿推入，可以 實(shí)現(xiàn)連續(xù)的陽(yáng)極石墨蒸發(fā)以制備碳納米材料，從而避免定期打開(kāi)爐蓋加裝陽(yáng)極石墨棒的繁 瑣工序和由此導(dǎo)致的煙炱散失污染和操作人員的繁雜工作。根據(jù)上述自動(dòng)填料式電弧合成爐的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒 的另一端位于所述左爐蓋外側(cè)，且該另一端上設(shè)有一控制閥。根據(jù)上述自動(dòng)填料式電弧合成爐的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒 位于所述爐體內(nèi)的一端設(shè)有固定夾用于夾緊陽(yáng)極石墨棒。根據(jù)上述自動(dòng)填料式電弧合成爐的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述陰極推桿移動(dòng) 機(jī)構(gòu)和陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括電機(jī)。根據(jù)上述自動(dòng)填料式電弧合成爐的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述固定夾包括對(duì) 稱設(shè)置的兩夾片，所述兩夾片分別通過(guò)一壓縮彈簧連接于所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒上。根據(jù)上述自動(dòng)填料式電弧合成爐的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述陽(yáng)極推桿的端 部和陽(yáng)極進(jìn)樣套筒的內(nèi)壁密封。
根據(jù)上述自動(dòng)填料式電弧合成爐的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述固定夾還包括 兩導(dǎo)向桿，所述導(dǎo)向桿的一端固定于所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒，所述兩壓縮彈簧分別套設(shè)于所述 兩導(dǎo)向桿上以防止壓縮彈簧伸縮時(shí)發(fā)生歪斜。


圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1示意性地示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，如其所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例包 括爐體1、爐體1兩端的左法蘭19和右法蘭13分別設(shè)置的左爐蓋190和右爐蓋130。爐體 1上設(shè)有進(jìn)水口 11和出水口 12連通爐體1的夾層腔體(圖中未示出)用于冷卻水的循環(huán) 以帶走陽(yáng)極蒸發(fā)所產(chǎn)生的熱。左爐蓋190上設(shè)有抽氣口 18以對(duì)爐體1抽真空，右爐蓋130 上設(shè)有進(jìn)氣口 14以向爐體1沖入惰性氣體或反應(yīng)氣體(氬、氫、氦或氨等)。爐體1的下方 設(shè)有收集陽(yáng)極石墨棒2蒸發(fā)完畢產(chǎn)生的煙炱的收集口 16。爐體1的中部設(shè)有觀察窗及手套 箱17。爐體1的左法蘭190、右法蘭130設(shè)于支架15上。為了解決本發(fā)明提出的問(wèn)題，本 優(yōu)選實(shí)施例特別設(shè)置了陰極推桿31、陰極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)32、陽(yáng)極推桿22、陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī) 構(gòu)24、陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21。其中，陰極推桿31用于陽(yáng)極石墨棒2蒸發(fā)時(shí)，在陰極推桿移動(dòng)機(jī) 構(gòu)32的作用下，以陽(yáng)極石墨棒2消耗的速度向左移動(dòng)陰極石墨棒3靠近消耗中的陽(yáng)極石墨 棒2以維持適當(dāng)距離，保證蒸發(fā)的持續(xù)進(jìn)行。陽(yáng)極推桿22用于當(dāng)一根陽(yáng)極石墨棒2消耗完 畢時(shí)，在陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)24的作用下，向爐體1中填充另一陽(yáng)極石墨棒2以使蒸發(fā)過(guò)程 持續(xù)。陰極推桿31的左端可移動(dòng)地穿過(guò)右爐蓋13，二者之間的結(jié)合處為密封結(jié)構(gòu)以防 止外界物質(zhì)進(jìn)入爐體1中，陰極推桿31的右端連接于陰極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)32，本優(yōu)選實(shí)施例 的陰極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)32包括電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)優(yōu)選為步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以根 據(jù)需要設(shè)置齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。在其他實(shí)施例中，陰極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)可以利用 氣缸、油缸等作為動(dòng)力裝置，相應(yīng)的活塞桿可以作為陰極推桿。陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21為包括夾層腔體的雙管壁結(jié)構(gòu)，該夾層腔體和爐體的冷卻系統(tǒng) 通過(guò)管道(連接管道圖中未示出)連接，也即由進(jìn)水口 11和出水口 12輸入和輸出的冷卻 水也流經(jīng)陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21的夾層腔體。陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21的左端穿過(guò)左爐蓋190，陽(yáng)極進(jìn) 樣套筒21和左爐蓋190之間不發(fā)生位移，二者結(jié)合處為密封結(jié)構(gòu)以防止外界空氣進(jìn)入爐體 1，進(jìn)一步優(yōu)選的是，可以在陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21上設(shè)置抽真空結(jié)構(gòu)和氣體輸入結(jié)構(gòu)，例如抽氣 口和進(jìn)氣口等。陽(yáng)極推桿22的一端設(shè)于陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21中，其另一端連接于陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu) 24。陽(yáng)極推桿22用于將陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21中的陽(yáng)極石墨棒2推入爐體1中進(jìn)行起電弧反應(yīng) 以產(chǎn)生煙炱，優(yōu)選的是，陽(yáng)極推桿22的端部和陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21的內(nèi)壁密封，二者之間若不 進(jìn)行密封，在向陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21放置陽(yáng)極石墨棒2時(shí)，如果爐體1內(nèi)部的氣體壓力大于外 界大氣壓，則仍然可以防止外界氣體進(jìn)入爐體1。在本優(yōu)選實(shí)施例中，陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)24 包括電動(dòng)機(jī)和相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在其他實(shí)施例中，陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以利用氣缸、油缸等作為動(dòng)力裝置，相應(yīng)的活塞桿可以作為陽(yáng)極推桿。為了保證陽(yáng)極石墨棒2蒸發(fā)時(shí)，爐體1內(nèi)部氣氛與外界隔離，陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21位 于左爐蓋190外側(cè)的部分上設(shè)有一控制閥23，當(dāng)需要向爐體1推入陽(yáng)極石墨棒2時(shí)，將該控 制閥23打開(kāi)即可。本優(yōu)選實(shí)施例的陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21位于爐體1中的內(nèi)端設(shè)有固定夾，該固定夾包括 對(duì)稱設(shè)置的用于直接夾持陽(yáng)極石墨棒2的兩夾片25，兩夾片25分別通過(guò)一壓縮彈簧26連 接于陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21的端部，壓縮彈簧26均套設(shè)于一導(dǎo)向桿27上以防止壓縮彈簧26伸 縮時(shí)發(fā)生歪斜，導(dǎo)向桿27的一端固定于陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21。陽(yáng)極推桿22可以直接將陽(yáng)極石 墨棒2的左端推入兩夾片25之間，利用壓縮彈簧26的彈力將陽(yáng)極石墨棒2夾緊固定。在 其他實(shí)施例中，若陽(yáng)極石墨棒和陽(yáng)極進(jìn)樣套筒的內(nèi)壁之間空隙很小，則也可以利用陽(yáng)極進(jìn) 樣套筒的端部支撐陽(yáng)極石墨棒。至于固定夾結(jié)構(gòu)也有多種實(shí)施方式，例如也可以利用電磁 鐵等作為陽(yáng)極石墨棒的固定夾緊機(jī)構(gòu)。應(yīng)用本優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，關(guān)閉爐蓋，檢查并確保密閉性，打開(kāi)控制閥23利用陽(yáng)極推 桿22把陽(yáng)極石墨棒2從陽(yáng)極進(jìn)樣套筒21推進(jìn)到爐體1內(nèi)，利用夾片25將陽(yáng)極石墨棒2固 定好，關(guān)閉控制閥23。打開(kāi)抽氣口 18將爐體1內(nèi)抽成真空，關(guān)閉抽氣口 18。打開(kāi)進(jìn)氣口 14，向爐體1內(nèi)充入某種惰性氣體或其它反應(yīng)氣體(Ar、H2、He，NH3)， 完畢后關(guān)閉。打開(kāi)冷卻水的進(jìn)水口 11，將冷卻水從進(jìn)水口 11流入，出水口 12流出。將陰極石墨棒3和陽(yáng)極石墨棒2接通直流電源，利用陰極推桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)32使兩電 極之間保持一定的距離，進(jìn)行電弧放電，且控制陰極石墨棒3以與陽(yáng)極石墨棒2消耗速度相 當(dāng)?shù)乃俣认蜿?yáng)極石墨棒2運(yùn)動(dòng)，以使放電過(guò)程保持連續(xù)，提高產(chǎn)量。當(dāng)爐體1內(nèi)的陽(yáng)極石墨棒2消耗完時(shí)，打開(kāi)控制閥23把另一根陽(yáng)極石墨棒2推進(jìn) 到爐體1內(nèi)，利用夾片25將新的陽(yáng)極石墨棒2固定好，關(guān)閉控制閥23，繼續(xù)放電合成。通過(guò)觀察窗17可以觀察到電弧放電過(guò)程，當(dāng)觀察到爐體內(nèi)煙炱積累到足夠量時(shí)， 利用收集口 16，將煙炱收集到收集器中。關(guān)閉收集口 16，重復(fù)以上步驟繼續(xù)合成實(shí)驗(yàn)。綜上，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極石墨棒自動(dòng)連續(xù)的添加進(jìn)入放電合成爐內(nèi)，使合成具 有連續(xù)性，提高了工作效率，增加合成產(chǎn)物的產(chǎn)量。可見(jiàn)本發(fā)明可以提高生產(chǎn)效率，以及避 免打開(kāi)爐體填料時(shí)部分懸浮于爐體空腔中的煙灰被收集人員吸入體內(nèi)對(duì)工作人員造成的 危害，保護(hù)環(huán)境。此外，本發(fā)明還可以在無(wú)氧條件下，通過(guò)收集口將爐體內(nèi)放電形成的煙炱 轉(zhuǎn)移到樣品收集器中，避免了空氣對(duì)產(chǎn)物的影響，大大提高了生產(chǎn)效率。由技術(shù)常識(shí)可知，本發(fā)明可以通過(guò)其它的不脫離其精神實(shí)質(zhì)或必要特征的實(shí)施方 案來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，上述公開(kāi)的實(shí)施方案，就各方面而言，都只是舉例說(shuō)明，并不是僅有的。所 有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)填料式電弧合成爐，包括爐體、設(shè)于所述爐體兩端法蘭的左爐蓋和右爐蓋， 其特征在于，還包括陰極推桿、陰極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)、陽(yáng)極推桿、陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)、陽(yáng)極進(jìn)樣套筒；所述陰極推桿的一端可移動(dòng)的密封地穿過(guò)所述右爐蓋，所述陰極推桿的另一端連接于 所述陰極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒為包括夾層腔體的雙管壁結(jié)構(gòu)，所述夾層腔體和所述爐體的冷卻系 統(tǒng)連通，且所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒的一端密封地穿過(guò)所述左爐蓋；所述陽(yáng)極推桿的一端位于所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒中，所述陽(yáng)極推桿的另一端連接于所述陽(yáng) 極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)填料式電弧合成爐，其特征在于，所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒的 另一端位于所述左爐蓋外側(cè)，且該另一端上設(shè)有一控制閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)填料式電弧合成爐，其特征在于，所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒位 于所述爐體內(nèi)的一端設(shè)有固定夾用于夾緊陽(yáng)極石墨棒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)填料式電弧合成爐，其特征在于，所述陰極推桿移動(dòng)機(jī) 構(gòu)和陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)填料式電弧合成爐，其特征在于，所述固定夾包括對(duì)稱 設(shè)置的兩夾片，所述兩夾片分別通過(guò)一壓縮彈簧連接于所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)填料式電弧合成爐，其特征在于，所述陽(yáng)極推桿的端部 和陽(yáng)極進(jìn)樣套筒的內(nèi)壁密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動(dòng)填料式電弧合成爐，其特征在于，所述固定夾還包括兩 導(dǎo)向桿，所述導(dǎo)向桿的一端固定于所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒，所述兩壓縮彈簧分別套設(shè)于所述兩 導(dǎo)向桿上以防止壓縮彈簧伸縮時(shí)發(fā)生歪斜。
全文摘要
一種自動(dòng)填料式電弧合成爐，包括爐體、設(shè)于所述爐體兩端法蘭的左爐蓋和右爐蓋，其還包括陰極推桿、陰極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)、陽(yáng)極推桿、陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)、陽(yáng)極進(jìn)樣套筒；所述陰極推桿的一端可移動(dòng)的密封地穿過(guò)所述右爐蓋，所述陰極推桿的另一端連接于所述陰極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒為包括夾層腔體的雙管壁結(jié)構(gòu)，所述夾層腔體和所述爐體的冷卻系統(tǒng)連接，且所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒的一端密封地穿過(guò)所述左爐蓋；所述陽(yáng)極推桿的一端位于所述陽(yáng)極進(jìn)樣套筒中，所述陽(yáng)極推桿的另一端連接于所述陽(yáng)極推桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的陽(yáng)極石墨蒸發(fā)以制備碳納米材料，避免定期打開(kāi)爐蓋加裝陽(yáng)極石墨棒的繁瑣工序和由此導(dǎo)致的煙炱散失污染和操作人員的繁雜工作。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102001644SQ20101059143
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者孫寶云, 董金泉, 趙宇亮, 郝健 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所