一種等離子加熱裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種等離子加熱裝置，屬于機械【技術(shù)領(lǐng)域】。它解決了現(xiàn)有的碳化硅生產(chǎn)制備的碳化硅雜質(zhì)含量較高，純度較低的問題。本等離子加熱裝置，包括內(nèi)部為空腔的反應爐和至少一個等離子槍，等離子槍具有一呈中空管狀并用于噴射等離子火焰的噴射管，噴射管位于反應爐內(nèi)且需要加熱反應的原料能通過噴射管輸送到等離子火焰中心。本等離子加熱裝置具有制得的碳化硅的純度高的優(yōu)點。
【專利說明】一種等離子加熱裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種等離子設(shè)備，特別是一種等離子加熱裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅(SiC)是碳硅元素以共價健結(jié)合形成的具有金剛石結(jié)構(gòu)的一種晶體物質(zhì)，硬度高、耐高溫、耐腐蝕、熱導率高、寬帶隙以及電子遷移率高，廣泛應用于半導體行業(yè)。
[0003]目前工業(yè)上采用二氧化硅與碳元素和/或木片在電阻爐內(nèi)高溫反應生產(chǎn)得到SiC,例如中國專利文獻公開的一種冶煉碳化硅的方法及其裝置【CN1449995A】，其冶煉爐為電阻爐，反應料為碳質(zhì)材料和二氧化硅材料，反應料混合后裝在爐心周圍，爐心由石墨粉組成。在反應時反應料堆積在爐心周圍，使得反應料各處的溫度不相同，造成反應料反應不完全，能量轉(zhuǎn)化效率低；反應料內(nèi)存在雜質(zhì)，在反應時反應料堆積在一起，雜質(zhì)也參雜在一起，造成反應后的碳化硅雜質(zhì)含量較高，純度較低。
[0004]中國專利文獻公開了一種等離子加熱器【CN201403245Y】，包括外槍體、內(nèi)槍體、噴嘴、電極頭和電極體；電極頭安裝在電極體前端，內(nèi)冷卻水管通入電極冷卻空腔內(nèi)，電極體上裝有電極冷卻水出口 ；電極體安裝在內(nèi)槍體內(nèi)，并內(nèi)槍體形成一空腔，進氣管和該空腔相連，電極體和內(nèi)槍體之間裝有分流環(huán)；外槍體套裝在內(nèi)槍體上，并形成一外冷卻腔，外冷卻水管通入外冷卻腔內(nèi)， 在外槍體上有外出水口和外冷卻腔相連。該等離子加熱器能產(chǎn)生等離子火焰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種等離子加熱裝置，本實用新型解決的技術(shù)問題是提供化學反應所需的高溫環(huán)境。
[0006]本實用新型的目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn):一種等離子加熱裝置，包括內(nèi)部為空腔的反應爐和至少一個等離子槍，其特征在于，所述等離子槍具有一呈中空管狀并用于噴射等離子火焰的噴射管，所述噴射管位于反應爐內(nèi)且需要加熱反應的原料能通過噴射管輸送到等離子火焰中心。
[0007]本申請中采用的原料為二氧化硅或金屬硅與碳源混合形成的呈顆粒狀的原料，原料中碳源將二氧化硅或金屬硅包覆；噴射管的上端側(cè)部與一進料管連通，原料通過進料管進入噴射管，原料在輸送出噴射管時落入等離子火焰中心，原料中的二氧化硅或金屬硅與碳在等離子槍的出口處反應生成碳化硅，碳化硅通過重力的作用碳化硅落入反應爐積蓄；由于原料是從噴射管落出的，因此原料必然會落入等離子火焰中心，保證每一顆原料都能充分受熱反應，減少落入反應爐內(nèi)碳化硅的雜質(zhì)，且能連續(xù)不間斷的進行碳化硅的反應，生產(chǎn)效率高；等離子火焰能產(chǎn)生強氣流，能將附著在碳化硅表面的雜質(zhì)吹走；在經(jīng)過等離子火焰時原料中的一部分雜質(zhì)氣化，氣化后的雜質(zhì)能從碳化硅表面吹走，只有極少數(shù)的雜質(zhì)落入反應爐，因此制得的碳化硅的純度高。
[0008]在上述的等離子加熱裝置中，所述反應爐的內(nèi)部空腔隔絕外界空氣。由于碳化硅的反應是在高溫下完成的，碳源容易與空氣中氧氣反應，反應爐內(nèi)隔絕空氣保證碳只與二氧化硅或金屬硅反應，能準確控制反應的進行，提高制得碳化硅的純度。
[0009]在上述的等離子加熱裝置中，所述等離子槍上設(shè)置有冷卻管路，所述冷卻管路具有冷卻水入口和冷卻水出口。冷卻水入口與一水泵相連，冷卻水流過冷卻管路，將等離子槍產(chǎn)生的熱量帶走，使得等離子槍保持在安全的工作溫度。
[0010]在上述的等離子加熱裝置中，所述反應爐上固定有套筒，所述噴射管穿過套筒，所述套筒外周面上具有散熱片。套筒會受到等離子火焰散發(fā)的熱量而變熱，散熱片能迅速的將熱量散發(fā)出去。
[0011]在上述的等離子加熱裝置中，所述反應爐底部設(shè)置有產(chǎn)品收集皿和頂升桿，所述頂升桿位于產(chǎn)品收集皿底部，所述頂升桿靠近產(chǎn)品收集皿的端部固定有與產(chǎn)品收集皿底部形狀相匹配的托盤，所述產(chǎn)品收集皿和托盤可拆連接。產(chǎn)品收集皿用于收集制得的碳化硅，托盤用于固定產(chǎn)品收集皿，頂升桿能帶動托盤上下移動；在取出制得的碳化硅時將頂升桿降下，方便拿去產(chǎn)品收集皿，在收集碳化硅時，頂升桿可以根據(jù)實際情況將產(chǎn)品收集皿定位在離原料供給管一定距離處，使得產(chǎn)品收集皿能制得的碳化硅完全收集。
[0012]在上述的等離子加熱裝置中，所述反應爐內(nèi)設(shè)置有通過氣流將產(chǎn)品和雜質(zhì)分離的分離裝置。在原料通過等離子槍的出口時一部分雜質(zhì)會由于高溫氣化，此時碳化硅處于固態(tài)，通過分離裝置可以將氣化的雜質(zhì)從碳化硅中吹離，提高碳化硅的純度。
[0013]在上述的等離子加熱裝置中，所述分離裝置包括與反應爐側(cè)部下端并于反應爐內(nèi)腔連通的進氣口和出氣口，所述進氣口處設(shè)置有鼓風機，所述反應爐的底部設(shè)置有外壁與反應爐內(nèi)壁平行的導流罩，所述導流罩內(nèi)部形成將雜質(zhì)吹向出氣口的氣流，所述出氣口處具有雜質(zhì)收集皿。鼓風機將與反應爐的內(nèi)部空腔內(nèi)相同的氣體從進氣口吹入，反應后的碳化硅表面上的雜質(zhì)被氣流吹走，帶有雜質(zhì)的氣流流至出氣口處，雜質(zhì)在出氣口處由于溫度降低重新結(jié)晶在雜質(zhì)收集皿上。
[0014]作為另一種方案，在上述的等離子加熱裝置中，所述分離裝置包括與反應爐側(cè)部下端并于反應爐內(nèi)腔連通的進氣口和出氣口，所述進氣口處設(shè)置有氣泵，所述反應爐的底部設(shè)置有外壁與反應爐內(nèi)壁平行的導流罩，所述導流罩內(nèi)部形成將雜質(zhì)吹向出氣口的氣流，所述出氣口出具有雜質(zhì)收集皿。氣泵將與反應爐的內(nèi)部空腔內(nèi)相同的氣體從進氣口吹入，反應后的碳化硅表面上的雜質(zhì)被氣流吹走，帶有雜質(zhì)的氣流流至出氣口處，雜質(zhì)在出氣口處由于溫度降低重新結(jié)晶在雜質(zhì)收集皿上。
[0015]作為優(yōu)選方案，在上述的等離子加熱裝置中，所述等離子槍的外側(cè)設(shè)置有氣體調(diào)整筒。氣體調(diào)整筒能防止氣流擾亂等離子火焰，使得原料能受到均勻的熱量，保證原料的反應完全，提高制得的碳化硅的純度。
[0016]在上述的等離子加熱裝置中，所述等離子槍位于套筒的上端處設(shè)有若干個用于將原料送入套筒和噴射管之間的進料口。原料顆粒通過進料口進入套筒，并在套筒和噴射管之間滑落。
[0017]作為另一種方案，在上述的等離子加熱裝置中，所述噴射管的上端與一能將原料送入噴射管的進料管相連通。原料同氣體一起送入噴射管內(nèi)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本等離子加熱裝置具有以下優(yōu)點:
[0019]1、由于原料是從噴射管落出的，因此原料必然會落入等離子火焰中心，保證每一顆原料都能充分受熱反應，減少落入反應爐內(nèi)碳化硅的雜質(zhì)，且能連續(xù)不間斷的進行碳化硅的反應，生產(chǎn)效率高。
[0020]2、等離子火焰能產(chǎn)生強氣流，能將附著在碳化硅表面的雜質(zhì)吹走；在經(jīng)過等離子火焰時原料中的一部分雜質(zhì)氣化，氣化后的雜質(zhì)能從碳化硅表面吹走，只有極少數(shù)的雜質(zhì)落入反應爐，因此制得的碳化硅的純度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是等離子加熱裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是實施例三中進料口與套筒和噴射管之間的位置關(guān)系示意圖。
[0023]圖中，11、等離子槍；12、冷卻管路；121、冷卻水入口 ；122、冷卻水出口 ；13、噴射管；14、氣體調(diào)整筒；21、頂升桿；22、托盤；23、反應爐；23a、空腔；24、產(chǎn)品收集皿；31、進氣口 ；32、出氣口 ；33、導流罩；41、套筒；42、散熱片；5、進料口。
【具體實施方式】
[0024]以下是本實用新型的具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步的描述，但本實用新型并不限于這些實施例。
[0025]實施例一
[0026]如圖1所示，一種等離子加熱裝置，包括反應爐23和至少一個等離子槍11，等離子槍11具有一呈中空管狀并用于噴射等離子火焰的噴射管13，噴射管13位于反應爐23內(nèi)且需要加熱反應的原料能通過噴射管13輸送到等離子火焰中心。
[0027]如圖1所示，反應爐23的內(nèi)部為空腔23a，反應爐23的內(nèi)部空腔23a隔絕外界空氣。反應爐23底部設(shè)置有產(chǎn)品收集皿24和頂升桿21，頂升桿21位于產(chǎn)品收集皿24底部，頂升桿21靠近產(chǎn)品收集皿24的端部固定有與產(chǎn)品收集皿24底部形狀相匹配的托盤22，產(chǎn)品收集皿24和托盤22可拆連接。產(chǎn)品收集皿24用于收集制得的碳化硅，托盤22用于固定產(chǎn)品收集皿24，頂升桿21能帶動托盤22上下移動；在取出制得的碳化硅時將頂升桿21降下，方便拿去產(chǎn)品收集皿24，在收集碳化硅時，頂升桿21可以根據(jù)實際情況將產(chǎn)品收集皿24定位在離原料供給管一定距離處，使得產(chǎn)品收集皿24能制得的碳化硅完全收集。
[0028]如圖1所示,本實施例一中等離子槍11具有一個,反應爐23上固定有套筒41,噴射管13穿過套筒41，套筒41外周面上具有散熱片42，等離子槍11上還設(shè)置有冷卻管路12，冷卻管路12具有冷卻水入口 121和冷卻水出口 122。冷卻水入口 121與一水泵相連，冷卻水流過冷卻管路12，將等離子槍11產(chǎn)生的熱量帶走，使得等離子槍11保持在安全的工作溫度。等離子槍11的外側(cè)設(shè)置有氣體調(diào)整筒14，氣體調(diào)整筒14能防止氣流擾亂等離子火焰，使得原料能受到均勻的熱量，保證原料的反應完全，提高制得的碳化硅的純度。等離子槍11為現(xiàn)有技術(shù)，在【背景技術(shù)】中已有介紹，為能在市面上購買到的。
[0029]如圖1所示，反應爐23內(nèi)設(shè)置有通過氣流將產(chǎn)品和雜質(zhì)分離的分離裝置。分離裝置包括與反應爐23側(cè)部下端并于反應爐23內(nèi)腔連通的進氣口 31和出氣口 32，進氣口 31處設(shè)置有鼓風機，反應爐23的底部設(shè)置有外壁與反應爐23內(nèi)壁平行的導流罩33，導流罩33內(nèi)部形成將雜質(zhì)吹向出氣口 32的氣流，出氣口 32處具有雜質(zhì)收集皿。在原料通過等離子槍11的出口時一部分雜質(zhì)會由于高溫氣化，此時碳化娃處于固態(tài)；鼓風機將與反應爐23的內(nèi)部空腔23a內(nèi)相同的氣體從進氣口 31吹入，將反應后的碳化硅上的雜質(zhì)被氣流帶走，同時也能將灰分吹離碳化硅的表面，帶有雜質(zhì)的氣流至出氣口 32處，雜質(zhì)在出氣口 32處由于溫度降低重新結(jié)晶在雜質(zhì)收集皿上。
[0030]本申請中采用的原料為二氧化硅或金屬硅與碳源混合形成的呈顆粒狀的原料，原料中碳源將二氧化硅或金屬硅包覆；噴射管13的上端與一進料管連通，原料通過進料管進入噴射管13，原料在輸送出噴射管13時落入等離子火焰中心，等離子火焰的溫度由12000°逐步減小，原料中的二氧化硅或金屬硅與碳在等離子槍11的出口處反應生成碳化硅，原料在高溫下的化學反應式為Si02+3C=SiC+2C0丨，碳化硅通過重力的作用碳化硅落入反應爐23積蓄；由于原料是從噴射管13落出的，因此原料必然會落入等離子火焰中心，保證每一顆原料都能充分受熱反應，減少落入反應爐23內(nèi)碳化硅的雜質(zhì)，且能連續(xù)不間斷的進行碳化硅的反應，生產(chǎn)效率高；等離子火焰能產(chǎn)生強氣流，能將附著在碳化硅表面的雜質(zhì)吹走；在經(jīng)過等離子火焰時原料中的一部分雜質(zhì)氣化，氣化后的雜質(zhì)能從碳化硅表面吹走，只有極少數(shù)的雜質(zhì)落入反應爐23，因此制得的碳化硅的純度高。
[0031]實施例二
[0032]本實施例同實施例一的結(jié)構(gòu)及原理基本相同，不一樣的地方在于:分離裝置包括與反應爐側(cè)部下端并于反應爐內(nèi)腔連通的進氣口和出氣口，進氣口處設(shè)置有氣泵，反應爐的底部設(shè)置有外壁與反應爐內(nèi)壁平行的導流罩，導流罩內(nèi)部形成將雜質(zhì)吹向出氣口的氣流，出氣口出具有過濾網(wǎng)和雜質(zhì)收集皿。氣泵將與反應爐的內(nèi)部空腔內(nèi)相同的氣體從進氣口吹入，將反應后的碳化硅上的雜質(zhì)被氣流帶走，同時也能將灰分吹離碳化硅的表面，帶有雜質(zhì)的氣流至出氣口處，雜質(zhì)在出氣口處由于溫度降低重新結(jié)晶在雜質(zhì)收集皿上。
[0033]實施例三
[0034]本實施例同實施例一的結(jié)構(gòu)及原理基本相同，不一樣的地方在于:如圖2所示，等離子槍位于套筒41的上端處設(shè)有若干個用于將原料送入套筒41和噴射管13之間的進料口 5。進料口 5具有四個，原料顆粒通過進料口進入套筒41，并在套筒41和噴射管13之間滑落。
[0035]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
[0036]盡管本文較多地使用了等離子槍11 ;冷卻管路12 ;噴射管13 ;冷卻水入口 121 ;冷卻水出口 122 ;氣體調(diào)整筒14 ;頂升桿21 ;托盤22 ;反應爐23 ;空腔23a ;產(chǎn)品收集皿24 ;進氣口 31 ;出氣口 32 ;導流罩33 ;套筒41 ;散熱片42 ;進料口 5等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子加熱裝置，包括內(nèi)部為空腔(23a)的反應爐(23)和至少一個等離子槍(11)，其特征在于，所述等離子槍(11)具有一呈中空管狀并用于噴射等離子火焰的噴射管(13)，所述噴射管(13)位于反應爐(23)內(nèi)且需要加熱反應的原料能通過噴射管(13)輸送到等離子火焰中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加熱裝置，其特征在于，所述反應爐(23)的內(nèi)部空腔(23a)隔絕外界空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加熱裝置，其特征在于，所述反應爐(23)上固定有套筒(41)，所述噴射管(13)穿過套筒(41)，所述套筒(41)外周面上具有散熱片(42)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的等離子加熱裝置，其特征在于，所述反應爐(23)底部設(shè)置有產(chǎn)品收集皿(24)和頂升桿(21)，所述頂升桿(21)位于產(chǎn)品收集皿(24)底部，所述頂升桿(21)靠近產(chǎn)品收集皿(24 )的端部固定有與產(chǎn)品收集皿(24 )底部形狀相匹配的托盤(22)，所述產(chǎn)品收集皿(24)和托盤(22)可拆連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的等離子加熱裝置，其特征在于，所述反應爐(23)內(nèi)設(shè)置有通過氣流將產(chǎn)品和雜質(zhì)分離的分離裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子加熱裝置，其特征在于，所述分離裝置包括與反應爐(23)側(cè)部下端并于反應爐(23)內(nèi)腔連通的進氣口(31)和出氣口(32)，所述進氣口(31)處設(shè)置有鼓風機，所述反應爐(23)的底部設(shè)置有外壁與反應爐(23)內(nèi)壁平行的導流罩(33)，所述導流罩(33 )內(nèi)部形成將雜質(zhì)吹向出氣口( 32 )的氣流，所述出氣口( 32 )處具有雜質(zhì)收集皿。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子加熱裝置，其特征在于，所述分離裝置包括與反應爐(23)側(cè)部下端并于反應爐(23)內(nèi)腔連通的進氣口(31)和出氣口(32)，所述進氣口(31)處設(shè)置有氣泵，所述反應爐(23)的底部設(shè)置有外壁與反應爐(23)內(nèi)壁平行的導流罩(33)，所述導流罩(33)內(nèi)部形成將雜質(zhì)吹向出氣口(32)的氣流，所述出氣口(32)出具有雜質(zhì)收集皿。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的等離子加熱裝置，其特征在于，所述等離子槍(11)的外側(cè)設(shè)置有氣體調(diào)整筒(14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的等離子加熱裝置，其特征在于，所述等離子槍(11)位于套筒(41)的上端處設(shè)有若干個用于將原料送入套筒(41)和噴射管(13)之間的進料口(5)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的等離子加熱裝置，其特征在于，所述噴射管(13)的上端與一能將原料送入噴射管(13)的進料管相連通。
【文檔編號】H05H1/42GK203537654SQ201320630426
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】星野政宏 申請人:臺州市一能科技有限公司, 星野政宏