本實用新型屬于納米級金屬粒子生產技術領域，特指一種循環冷卻連續量產高純納米級金屬粒子的裝置。

背景技術：

中國專利CN 204545422 U公開了一種《循環冷卻的金屬粒子蒸發制取裝置》，包括爐體、爐體內的坩堝、加熱蒸發坩堝內的金屬的等離子體噴槍、收集坩堝內產生的金屬粉末的收集器，所述坩堝上側的開口上設置有坩堝口蓋，等離子體噴槍的噴頭穿過坩堝口蓋伸入到坩堝內腔，坩堝口蓋及坩堝內的噴頭的外表面包覆有耐高溫材料制成的護套，爐體與坩堝之間設置有保溫隔熱材料，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機、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氣通道與坩堝內腔連通，儲料桶的出料管和收集器的進料管穿過爐體及坩堝口蓋與坩堝內腔連通，從其附圖及說明書內容可以看出，收集器的進料管為等直徑的管道，盡管該管道內連通有冷卻氣體，但是從坩堝內腔形成的高溫金屬蒸汽通過該管道時很難進行快速冷卻，導致高溫金屬蒸汽快速生長成金屬粒子時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，難以適應社會對超細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方法》，是在依次連通的高溫蒸發器、粒子控制器及收集器組成的反應系統中進行，其中的粒子控制器為聚冷管，所述聚冷管的管結構包括五層，由內向外依次為石墨管、碳氈管、碳氈管、不銹鋼管、不銹鋼管，常識都知道這石墨管、碳氈管、碳氈管是一種超耐高溫材料，耐高溫最高可達1800℃：一是證明該氣體硅在粒子控制器內的溫度極高，才需要這樣的耐高溫材料；二是CN102951643B在實際生產過程中，聚冷管(粒子控制器)一端連通高溫蒸發器、另一端連通收集器，由于硅的沸點是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通過，循環水冷卻后的溫度不會降低太多，導致硅粒子在聚冷管內極易快速碰撞生長成大顆粒硅粒子，從該專利實施例圖表1～3可見，其硅顆粒粒徑D50粒徑顆粒分布于500nm～2700nm，根本無法生產出D50(D代表粉體顆粒的直徑，D50表示累計50％點的直徑，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流過時的溫度降低而控制硅粒子在聚冷管內的生長速度，則其生產效率非常低，進一步導致納米級硅粒子的生產成本高；四是采用該方法生產亞微米級硅顆粒材料，進入收集器時的硅顆粒溫度無法急速下降，一般尚處于300～450℃溫度，硅在收集器內需要很長的時間降溫至100℃以下，根本無法連續循環高效生產，若硅材料溫度處于較高溫度下告訴將硅材料從收集器內取出，硅材料接觸到空氣中的氧氣會立即自然，引發車間火災及材料的浪費；五是從CN 102951643 B專利的實施例的表1～表3顯現，其硅顆粒粒徑分布D50均在500～2700nm以上，其D50實際根本無法達到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。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種循環冷卻連續量產高純納米級金屬粒子的裝置。

本實用新型的目的是這樣實現的：

循環冷卻連續量產高純納米級金屬粒子的裝置，包括爐體、爐體內的坩堝、用于加熱蒸發坩堝內的金屬的等離子體噴槍、收集坩堝內產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腔，噴頭的外表面包覆有耐高溫材料制成的護套，爐體與坩堝之間設置有保溫隔熱材料，收集器內裝有氣固分離器，收集器的出氣口上連通的管道上連通真空泵或放壓閥、抽風機、熱交換器后穿過爐體與坩堝內腔連通，儲料桶的出料管和收集器的進料管均穿過爐體與坩堝內腔連通，所述的進料管上連通有納米粒子生長器，納米粒子生長器將進料管分割成納米粒子生長器前部的前進料管和后部的后出料管，熱交換器與坩堝內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腔并連通有一根以上的冷卻管，冷卻管上間隔設置有惰性氣體噴出口。

上述的抽風機與爐體之間連通的管道內工作時的惰性氣體經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置的惰性氣體噴出口有10～300個；或所述的惰性氣體噴出口有10～150個；或所述的惰性氣體噴出口有10～100個。

上述的納米粒子生長器工作時的內腔內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的內腔內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，連通循環水泵的冷卻水循環導管均通過進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腔。

上述的儲料桶的出料管上間隔設置有兩個以上用于不停機進料的閥門，儲料桶內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氣或氬氣或氖氣或氦氣；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。

上述爐體的外側設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徑與前進料管的長度之比為1:0.05～5，前進料管的內徑與納米粒子生長器的內徑之比為1:2～60；或納米粒子生長器的內徑與前進料管的長度之比為1:0.05～2，前進料管的內徑與納米粒子生長器的內徑之比為1:4～10；或納米粒子生長器的內徑與前進料管的長度之比為1:0.05～1，前進料管的內徑與納米粒子生長器的內徑之比為1:6～8，所述的前進料管的長度指坩堝口蓋出口至納米粒子生長器進口的長度。

本實用新型相比現有技術突出且有益的技術效果是：

1、本實用新型由于找到了管道的內徑與納米粒子生長器的內徑之比以及管道的長度與納米粒子生長器的內徑之比的范圍，而且在納米粒子生長器的內腔內設置帶有冷卻氣體噴口的冷卻管，在生產納米粒子的過程中，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腔噴出低溫的氮氣或氬氣或氖氣或氦氣冷卻氣體，可以對進入納米粒子生長器的高溫金屬蒸汽進行快速冷卻，由于控制的納米粒子生長器的內徑較大，因此，在內徑迅速擴張的納米粒子生長器的內腔內，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腔內與超低溫冷卻氣體進行熱交換，使得納米粒子生長器內腔內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繼續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出20nm～250nm以下的硅顆粒材料。

2、本實用新型由于通過納米粒子生長器對高溫金屬蒸汽的快速降溫，使得進入收集器內的金屬顆粒的溫度較低，在150℃～70℃以下，在收集器內的金屬顆粒不僅不再生長，加之收集器內也有降溫設備繼續進行進一步降溫，便于金屬顆粒的收集以及對外排放。

3、本實用新型實現了既可以安全生產、又可以長時間(數月)連續量產100nm以下的納米級金屬粒子，若生產產品為金屬硅粒子的話，可以有效解決鋰離子電池的負極用的納米硅粒子材料，當然，也可以生產Cu～Cr～Si三元負極材料或Cu～Ni～Si三元負極材料，使得單質金屬或多質金屬納米級抄襲金屬粒子的量產化得以實現，由于連續量產的因素，使得產品的生產速度快、生產成本低，適用于作連續量產超細納米級金屬粒子的納米粒子生長器用。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型納米粒子生長器的結構示意圖。

圖3是本實用新型的收集器的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖以具體實施例對本實用新型作進一步描述，參見圖1—圖3：

循環冷卻連續量產高純納米級金屬粒子的裝置，包括爐體24、爐體24內的坩堝27、用于加熱蒸發坩堝27內的金屬的等離子體噴槍12、收集坩堝27內產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伸入到坩堝內腔23，噴頭的外表面包覆有耐高溫材料制成的護套，爐體24與坩堝27之間設置有保溫隔熱材料28，收集器內裝有氣固分離器，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、抽風機21、熱交換器20后穿過爐體24、后與坩堝內腔23連通，儲料桶10的出料管26和收集器17的進料管16均穿過爐體24與坩堝內腔23連通，所述的進料管16上連通有納米粒子生長器15，納米粒子生長器15將進料管16分割成納米粒子生長器15前部的前進料管161和后部的后出料管162，熱交換器20與坩堝內腔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腔15并連通有一根以上的冷卻管158，冷卻管158上間隔設置有惰性氣體噴出口157。

上述的抽風機21與爐體24之間連通的管道內工作時的惰性氣體經過熱交換器20換熱冷卻后的溫度為30℃～100℃。

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

上述的納米粒子生長器15工作時的內腔152內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工作時的內腔內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℃，由于設置較大的納米粒子生長器內腔152，一是在納米粒子生長器內腔152可以設置冷卻效果較好的冷卻裝置，以便于對從坩堝內腔23形成的高溫金屬蒸汽進行快速冷卻；二是在坩堝內腔23至納米粒子生長器內腔152連通的較細的管道進入納米粒子生長器內腔152后迅速變為較大的腔體，高溫金屬蒸汽流速也會迅速減慢，并產生紊流，便于對慢速流動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，實驗證明，環境溫度在150℃～80℃以下，高溫金屬蒸汽中的金屬粒子就會停止生長，通過控制納米粒子生長器內腔152內的環境溫度，即可控制生產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，連通循環水泵的冷卻水循環導管均通過進出水口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伸入到坩堝內腔23；當然，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，連通循環水泵的冷卻水循環導管均通過進出水口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，確保納米粒子生長器15的外壁不會燙傷操作人員。

上述的儲料桶10的出料管26上間隔設置有兩個以上用于不停機進料的閥門25，儲料桶10內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氣或氬氣或氖氣或氦氣；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的外側設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，現在一些以將100nm以上的粒徑材料僅僅以納米單位標稱，也稱之為納米材料，實為不妥。

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

本實用新型的使用：將本實用新型的坩堝27與收集器17之間連通的管道16及道管22上(坩堝27設置在爐體24的內腔內，坩堝27與爐體24之間設置有保溫材料28)，通過不間斷供料閥門25及其導管26將儲料桶10內儲存的0.1—15mm大小的金屬顆粒(包括金屬硅)間歇的送到坩堝27內，啟動真空泵18，將坩堝內腔23、收集器17及循環的管道內抽真空至一定的真空度后關閉真空泵18，啟動熱交換器20、爐體24、納米粒子生長器15上的冷卻氣體和冷卻水循環裝置，隨時為爐體27、坩堝口蓋13、進料管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通過噴頭向坩堝內腔23內噴射高溫等離子氣體，將坩堝27內的金屬顆粒汽化蒸發成金屬蒸汽，同時，啟動抽風機及熱交換器20，管道22內冷卻的低溫惰性氣體通過坩堝口蓋13的進氣通道送入坩堝內腔23的上部對噴頭及坩堝內腔上部的金屬氣體冷卻降溫，打開循環用的電磁閥，抽風機同時將金屬蒸汽從坩堝內腔23抽出經進料管14進入納米粒子生長器15，經過納米粒子生長器內腔152內惰性氣體的降溫，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，然后隨循環風進入收集器17的下腔內，定時打開收集器17的出料管30上的閥門31，通過控制兩個閥門31的交替打開或關閉，可以控制不停機排料；連續量產超細納米級金屬粒子生產設備的詳細工作原理，可參照中國專利CN 204545422 U，此處不再詳述。

上述實施例僅為本實用新型的較佳實施例，并非依此限制本實用新型的保護范圍，故：凡依本實用新型的結構、形狀、原理所做的等效變化，均應涵蓋于本實用新型的保護范圍之內。