一種實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)過程的熱解炭材料制備系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備熱解炭材料的系統(tǒng)，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)態(tài)過程的熱解炭材料制備系統(tǒng)，包括反應(yīng)裝置、進(jìn)料裝置、出料裝置、傳感及控制裝置、高頻加熱裝置；本發(fā)明設(shè)計(jì)了應(yīng)用于熱解炭材料制備系統(tǒng)的進(jìn)料裝置、出料裝置及控制裝置?；谒鼈儤?gòu)成的制備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各向同性熱解炭材料在沉積基體上的連續(xù)、穩(wěn)態(tài)和長(zhǎng)時(shí)間沉積，實(shí)時(shí)的保持床層面積、流態(tài)化狀態(tài)等工藝參數(shù)的穩(wěn)定，從而可獲得品質(zhì)優(yōu)良的熱解炭材料。
【專利說明】一種實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)過程的熱解炭材料制備系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備熱解炭材料的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]各向同性熱解炭(Isotropic pyrolytic carbon)材料是利用化學(xué)氣相沉積方法
(chemical vapor deposition--CVD)制備的一種高性能碳質(zhì)材料，由于其結(jié)構(gòu)致密、晶 粒尺寸小，因此除具備一般碳質(zhì)材料的耐高溫、潤滑、耐磨損、生物相容性好等共性優(yōu)點(diǎn)外，還具有強(qiáng)度高、不透氣、可加工性能優(yōu)良等待點(diǎn)，不需任何浸潰等后處理就可直接用做高性能機(jī)械密封組件，其強(qiáng)度、耐磨、密封性能、生物相容性、可加工性能等都大大優(yōu)于傳統(tǒng)碳質(zhì)材料。目前這種新型炭材料作為涂層材料已在原子能工業(yè)和生物工程中得到廣泛應(yīng)用。但由于現(xiàn)有流化床工藝或轉(zhuǎn)動(dòng)床工藝，沉積過程不能穩(wěn)定控制等條件的制約，制備產(chǎn)品品質(zhì)不聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)態(tài)過程的熱解炭材料制備系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種熱解炭材料制備系統(tǒng)，包括反應(yīng)裝置、進(jìn)料裝置、出料裝置、傳感及控制裝置、高頻加熱裝置；其特征在于:
[0005]其中反應(yīng)裝置，用于進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)；
[0006]進(jìn)料裝置，用于周期性定量輸送底層粒子進(jìn)入反應(yīng)裝置，由傳感及控制裝置對(duì)進(jìn)料周期進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)料量的控制；
[0007]出料裝置，接收從反應(yīng)裝置中排出的底層粒子，并可檢測(cè)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的出料量，檢測(cè)結(jié)果輸入傳感及控制裝置；
[0008]傳感及控制裝置，進(jìn)行控制運(yùn)算處理后，輸出對(duì)進(jìn)料裝置的控制信號(hào)，控制其進(jìn)料周期頻率；
[0009]高頻加熱裝置，通過感應(yīng)式加熱，使反應(yīng)裝置中溫度達(dá)到所需控制溫度。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:本發(fā)明設(shè)計(jì)了應(yīng)用于熱解炭材料制備系統(tǒng)的進(jìn)料裝置、出料裝置及控制裝置?；谒鼈儤?gòu)成的制備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各向同性熱解炭材料在沉積基體上的連續(xù)、穩(wěn)態(tài)和長(zhǎng)時(shí)間沉積，實(shí)時(shí)的保持床層面積、流態(tài)化狀態(tài)等工藝參數(shù)的穩(wěn)定，從而可獲得品質(zhì)優(yōu)良的熱解炭材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1系統(tǒng)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2系統(tǒng)示意圖。
[0013]圖3為進(jìn)料裝置主視圖
[0014]圖4為進(jìn)料裝置俯視圖[0015]圖5為進(jìn)料孔板
[0016]1-進(jìn)料裝置固定架，2-進(jìn)料筒固定螺釘，3-進(jìn)料筒支撐彈簧，
[0017]4-進(jìn)料孔板，5-進(jìn)料筒，6-粒子，7-驅(qū)動(dòng)電機(jī)，
[0018]8-偏心旋轉(zhuǎn)部件
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明設(shè)備利用化學(xué)氣相沉積工藝制備各向同性熱解炭材料。圖1是系統(tǒng)示意圖，主要分為反應(yīng)裝置、進(jìn)料裝置、出料裝置、傳感及控制裝置、高頻加熱裝置五部分。在反應(yīng)裝置中，高頻感應(yīng)電源通過感應(yīng)線圈對(duì)沉積裝置進(jìn)行加熱，用光電高溫計(jì)、溫控系統(tǒng)測(cè)量和調(diào)控沉積溫度。沉積裝置是石墨錐形流化床沉積裝置。反應(yīng)氣體為丙烷、丙烯等烴類氣體，稀釋氣體為氬氣、氮?dú)獾榷栊詺怏w，氣體的流量由流量計(jì)和針閥測(cè)量控制。反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣由尾氣處理系統(tǒng)處理。
[0020]如圖1所示。沉積裝置的反應(yīng)區(qū)設(shè)有倒錐形開口，實(shí)現(xiàn)床層粒子流態(tài)化。烴類氣體和載氣從氣體入口通入吹動(dòng)直徑為0.2mm-0.5mm的床層粒子在反應(yīng)器內(nèi)形成流態(tài)化。在沉積過程中通過沉積裝置下部的出料裝置和上部的進(jìn)料裝置來實(shí)現(xiàn)床層粒子的穩(wěn)定更換，通過進(jìn)料裝置和出料裝置可以連續(xù)的向流化床內(nèi)加入或放出床層粒子。
[0021]如圖3-圖5所示，進(jìn)料裝置具有容納床層粒子的進(jìn)料筒、偏心旋轉(zhuǎn)部件和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)周期性觸碰進(jìn)料筒，并使進(jìn)料筒發(fā)生周期性側(cè)向振動(dòng)位移，進(jìn)料筒底部呈倒錐形，進(jìn)料筒通過螺釘連接于進(jìn)料裝置固定架，在其下部采用彈簧進(jìn)行支撐，可以使其進(jìn)行振動(dòng)位移；進(jìn)料筒內(nèi)部下方設(shè)置有進(jìn)料孔板，進(jìn)料孔板上具有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)料孔，進(jìn)料孔直徑一般可選床層粒子直徑的1-5倍，正常情況下，進(jìn)料筒內(nèi)容納的床層粒子相互間由于摩擦擠壓作用，并不能順利通過進(jìn)料孔，在偏心旋轉(zhuǎn)部件周期性觸碰進(jìn)料筒時(shí)，進(jìn)料筒內(nèi)容納的床`層粒子在振動(dòng)力作用下，相互間摩擦擠壓作用減弱，一定數(shù)量的床層粒子會(huì)順利通過進(jìn)料孔，當(dāng)偏心旋轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)通過后，由于振動(dòng)力作用消失，進(jìn)料筒內(nèi)容納的床層粒子會(huì)重新在摩擦擠壓作用下恢復(fù)靜止?fàn)顟B(tài)，無法通過進(jìn)料孔。通過選擇進(jìn)料孔數(shù)量、直徑尺寸及控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，可實(shí)現(xiàn)有效控制進(jìn)料粒子量。另外，電機(jī)可采用正反向旋轉(zhuǎn)方式工作，減小旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)占用空間及提高工作效率。
[0022]進(jìn)料粒子量通過傳感及控制裝置控制進(jìn)料裝置的電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，對(duì)進(jìn)料裝置的進(jìn)料頻率來調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)的保持床層面積、流態(tài)化狀態(tài)等工藝參數(shù)的穩(wěn)定。上述基于電機(jī)所實(shí)現(xiàn)的周期觸動(dòng)機(jī)構(gòu)，還可采用常用的其它類似周期性致動(dòng)機(jī)構(gòu)，如電磁振動(dòng)，氣壓或液壓振動(dòng)。
[0023]出料裝置位于沉積裝置下方，其具有漏料瓶，用于存儲(chǔ)從反應(yīng)區(qū)排出的床層粒子，并按定量方式排出，進(jìn)一步地，出料裝置還具有稱重測(cè)量功能，稱重測(cè)量的結(jié)果可輸入傳感及控制裝置。
[0024]傳感及控制裝置進(jìn)行系統(tǒng)控制，采用控制算法進(jìn)行運(yùn)算處理后，輸出對(duì)進(jìn)料裝置的控制信號(hào)，控制其進(jìn)料頻率。進(jìn)一步地，可基于出料裝置的稱重測(cè)量結(jié)果進(jìn)行控制處理；另外，傳感及控制裝置還同時(shí)對(duì)反應(yīng)區(qū)的溫度、氣體流量等進(jìn)行信號(hào)采集及調(diào)節(jié)控制。
[0025]在另一實(shí)施例中，如圖2所示，出料裝置位于沉積裝置下方，其從上至下具有第一漏料瓶、電磁閥、第二漏料瓶、電子天平。第一漏料瓶與第二漏料瓶之間粒子管路上設(shè)置有電磁閥。反應(yīng)區(qū)的粒子出口管接第一漏料瓶，電子天平對(duì)第二漏料瓶進(jìn)行稱重測(cè)量。電磁閥在傳感及控制裝置控制下可進(jìn)行開關(guān)操作，使粒子進(jìn)入第二漏料瓶；電子天平對(duì)第二漏料瓶進(jìn)行稱重測(cè)量的結(jié)果可輸入傳感及控制裝置。
[0026]傳感及控制裝置進(jìn)行系統(tǒng)控制，對(duì)電磁閥進(jìn)行開關(guān)操作，輸出電子天平的測(cè)量結(jié)果，采用控制算法進(jìn)行運(yùn)算處理后，輸出對(duì)進(jìn)料裝置的控制信號(hào)，控制其進(jìn)料頻率。另外，傳感及控制裝置還同時(shí)對(duì)反應(yīng)區(qū)的溫度、氣體流量等進(jìn)行信號(hào)采集及調(diào)節(jié)控制。
[0027]通過以上的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)的保持床層面積、流態(tài)化狀態(tài)等工藝參數(shù)的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了熱解炭材料在該裝置中的長(zhǎng)時(shí)`間穩(wěn)定沉積過程，從而可獲得品質(zhì)優(yōu)良的熱解炭材料。
【權(quán)利要求】
1.一種熱解炭材料制備系統(tǒng)，包括反應(yīng)裝置、進(jìn)料裝置、出料裝置、傳感及控制裝置、高頻加熱裝置；其特征在于: 其中反應(yīng)裝置，用于進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)； 進(jìn)料裝置，用于周期性定量輸送底層粒子進(jìn)入反應(yīng)裝置，由傳感及控制裝置對(duì)進(jìn)料周期進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)料量的控制； 出料裝置，接收從反應(yīng)裝置中排出的底層粒子，并可檢測(cè)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的出料量，檢測(cè)結(jié)果輸入傳感及控制裝置； 傳感及控制裝置，進(jìn)行控制運(yùn)算處理，輸出對(duì)進(jìn)料裝置的控制信號(hào)，控制其進(jìn)料周期頻率； 高頻加熱裝置，通過感應(yīng)式加熱，使反應(yīng)裝置中溫度達(dá)到所需控制溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的熱解炭材料制備系統(tǒng)，其特征在于:進(jìn)料裝置具有進(jìn)料筒及致動(dòng)部件，進(jìn)料筒存貯底層粒子，致動(dòng)部件可周期性觸碰進(jìn)料筒，實(shí)現(xiàn)進(jìn)料筒中粒子的定量排出。
3.如權(quán)利要求2所述的熱解炭材料制備系統(tǒng)，其特征在于:通過選擇進(jìn)料筒底部進(jìn)料孔的數(shù)量及尺寸，對(duì)單次粒子排出量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求2所述的熱解炭材料制備系統(tǒng)，其特征在于:致動(dòng)部件的動(dòng)作周期通過傳感及控制裝置調(diào)節(jié)，調(diào)整其單位時(shí)間內(nèi)的粒子進(jìn)料量。
5.如權(quán)利要求2所述的熱解炭材料制備系統(tǒng)，其特征在于:致動(dòng)部件采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)方式之一。
6.如權(quán)利要求5所述的熱解炭材料制備系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，電機(jī)采用正反向旋轉(zhuǎn)方式工作，減小旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)占用空間及提高工作效率。
7.如權(quán)利要求1所述的熱解炭材料制備系統(tǒng)，其特征在于:出料裝置包括第一漏料瓶，按定量方式進(jìn)行粒子排出，并輸入出料量檢測(cè)信號(hào)。
8.如權(quán)利要求1所述的熱解炭材料制備系統(tǒng)，其特征在于:出料裝置包括第一漏料瓶、電磁閥、第二漏料瓶、稱重設(shè)備，利用稱重設(shè)備對(duì)粒子排出量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)輸入傳感及控制裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的熱解炭材料制備系統(tǒng)，其特征在于:電磁閥接受傳感及控制裝置的開關(guān)控制信號(hào)。
10.如 權(quán)利要求1所述的熱解炭材料制備系統(tǒng)，其特征在于:傳感及控制裝置還同時(shí)對(duì)反應(yīng)裝置的溫度、氣體流量進(jìn)行信號(hào)采集及調(diào)節(jié)控制。
【文檔編號(hào)】C01B31/02GK103601170SQ201310383261
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】李海平, 鄭光明 申請(qǐng)人:北京思達(dá)醫(yī)用裝置有限公司