本实用新型涉及镀膜技术领域，特别涉及一种镀膜腔体及粉末镀膜装置。
背景技术：
粉体颗粒表面功能化是材料表面工程技术的重要组成部分，尤其对提高颗粒的原有性能具有重要意义。通过在粉体颗粒表面包覆层，即镀膜，可实现对粉体颗粒的表面功能化。
原子层沉积技术由于其具有更为优秀的均匀性、保形性和尺寸可控性，目前已广泛应用于针对粉体颗粒镀膜的工艺中。现阶段的镀膜工艺中，一般采用的设备为流化床式ald(atomiclayerdeposition，原子层沉积)设备。流化床式ald设备需要持续对反应腔体抽气并充入流化气。这样，反应腔体内的粉体颗粒将会流化并分散。
但是，分散的粉体颗粒常常会因吸附于反应腔体的内壁或者端口处，而导致部分颗粒与颗粒相互接触区域无法形成有效的包覆。特别是针对大批量的粉体颗粒进行镀膜处理时，沉积的均匀性较差，导致最终镀膜的均匀性较差。
技术实现要素：
基于此，有必要针对上述问题，提供一种能提升镀膜均匀性的镀膜腔体及粉末镀膜装置。
一种镀膜腔体，包括内腔体，所述内腔体的轴向的两端分别形成有进气端口及出气端口，待镀膜的粉末可收容于所述内腔体靠近所述进气端口的一端，且在由所述进气端口到所述出气端口的方向上，所述内腔体的过流断面的面积呈增大的趋势。
在其中一个实施例中，所述内腔体包括第一直管段、第二直管段及锥管段，所述第一直管段的内径小于所述第二直管段的内径，且所述第一直管段及所述第二直管段分别与所述锥管段的小端及大端连通，所述进气端口及所述出气端口分别设于所述第一直管段及所述第二直管段，所述待镀膜的粉末可收容于所述第一直管段。
在其中一个实施例中，所述锥管段的锥角为10度至140度。
在其中一个实施例中，还包括外腔体，所述内腔体收容于所述外腔体内，且所述出气端口与所述外腔体连通，所述外腔体远离所述出气端口的一端形成有排气端口。
在其中一个实施例中，还包括可驱使所述内腔体振动的振动机构。
在其中一个实施例中，还包括可驱使所述内腔体相对于所述外腔体振动的振动机构，所述振动机构包括：
振动源；
连杆，穿设于所述外腔体且两端分别与所述内腔体的外壁及所述振动源固定连接；及
波纹管，套设于所述连接杆，所述波纹管的两端分别与所述内腔体的外壁及所述外腔体的内壁密封连接。
一种粉末镀膜装置，包括：
如上述优选实施例中任一项所述的镀膜腔体；
气路系统，与所述进气端口连通，并用于向所述内腔体内充入气体；
加热系统，用于对所述镀膜腔体及所述气路系统加热；及
抽气机构，与所述镀膜腔体连通，并经所述出气端口对所述内腔体进行抽气。
在其中一个实施例中，还包括设于所述抽气机构与所述镀膜腔体之间的废气处理机构。
在其中一个实施例中，所述抽气机构对所述内腔体进行抽气的抽气速率可调。
在其中一个实施例中，所述抽气机构包括真空泵及设于所述真空泵与所述镀膜腔体之间的蝶阀。
在其中一个实施例中，所述抽气机构包括真空泵、与所述真空泵并联且可开启或关闭的排气旁路，所述排气旁路的排气速率小于所述真空泵的抽气速率。
上述粉末镀膜装置及镀膜腔体，从进气端口充入流化气，可使粉末得到较高的初速度并流化。由于在由进气端口到出气端口的方向上，内腔体的过流断面的面积呈增大的趋势。根据流体方程，进气端口到出气端口的方向上气体流速将呈递减趋势。当流速下降至一定程度后，被扬起的粉末将逐步开始沉降，并在靠近进气端口时再次被扬起。因此，粉末将在有限的高度内形成内循环，从而增加粉末颗粒间的相互作用，减少团聚。同时，由于粉末扬起的高度有限，故能避免粉末触及并吸附于出气端口。而且，形成内循环的粉末增加了对腔壁的冲击，还减少了腔壁上吸附的粉末。因此，镀膜的均匀性得以显著提升。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型较佳实施例中粉末镀膜装置的结构示意图；
图2为图1所示粉末镀膜装置中镀膜腔体的内腔体的结构示意图；
图3为图2所示内腔体内气流速度分布模拟；
图4为图2所示内腔体内不同压力下进气量与飞溅区高度的关系图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参阅图1，本实用新型提供了一种粉末镀膜装置10及镀膜腔体100。其中，粉末镀膜装置10包括镀膜腔体100、气路系统200、加热系统300及抽气机构400。
镀膜腔体100内形成有的反应腔体，以供待镀膜的粉末，如微纳颗粒发生反应并得到包覆于粉末颗粒表面的包覆层。镀膜腔体100可以是单层腔体或者双层腔体结构。
请一并参阅图2，本实用新型较佳实施例中的镀膜腔体100包括内腔体110。内腔体110的内部即可形成上述反应腔体。而且，内腔体110的轴向的两端分别形成有进气端口(图未示)及出气端口(图未示)，待镀膜的粉末可收容于内腔体110靠近进气端口的一端。进气端口及出气端口一般均设有过滤网，该过滤网可供前驱体及吹扫气通过，并能阻隔待镀膜的粉末颗粒。另外，进气端口及出气端口还可设置接气法兰。
进一步的，在由进气端口到出气端口的方向上，内腔体110的过流断面的面积呈增大的趋势。过流断面指的是，气流由进气端口向出气端口流动时的过流面。也即，沿垂直于内腔体110轴向的方向进行截面，所得到的断面。过流断面的面积可以是连续增大的趋势，也可是阶梯式增大的趋势。
气路系统200与进气端口连通，并用于向内腔体110内充入气体。气路系统200一般包括工艺气路及流化气路，分别用于向内腔体110中充入前驱体、吹扫气及流化气。气路系统200可采用现有技术中相关的设置方式。比如，气路系统200中的工艺气路包括工艺气体管道、连接于工艺气体管道的源瓶、气体质量流量控制器等。流化气路包括脉冲阀、气体质量流量控制器、流化气体管道。其中，源瓶用于容纳液体或固体形态的前驱体源，气体质量流量控制器用于向反应腔内通入指定流量的前驱体。打开源瓶上的气动阀(未标出)，可实现氮气吹扫气携带前驱体进入内腔体110，关闭源瓶上的气动阀，即可实现仅通入氮气(即吹扫气)的功能。如需为反应腔体提供多种前驱体，还可根据工艺生产的实际需要，设置多路工艺气体管道。另外，在工艺气体管道上还可设置脉冲阀，用于控制多种前驱体交替进入反应腔体。
加热系统300用于对镀膜腔体100及气路系统200加热。加热系统300可以为电热组件，一般包括两部分。其中，一部分可以是包覆于镀膜腔体100外侧的电加热片结构，通电发热可将热量传导至反应腔体内；另一部分为软包的加热带，可包裹在气路系统200的管道上和源瓶上。加热系统的主要作用使反应腔体内达到并为维持合适的温度，通常以40℃～350℃为佳。
为了对反应腔体内的温度实现精确控制，镀膜腔体100上还设有测温端子140。该测温端子140用于监测内腔体110内的温度，并可通过设于镀膜腔体100外侧的显示屏进行显示。
抽气机构400与镀膜腔体100连通，并经出气端口对内腔体110进行抽气。抽气机构400用于将反应腔体抽真空，从而确保反应区域对空气的隔离。抽气机构400可以是真空泵、排气阀等结构。
具体在本实施例中，粉末镀膜装置10还包括设于抽气机构400与镀膜腔体100之间的废气处理机构500。抽气机构400抽气时，反应腔体的尾气将先抽至尾气处理机构500内，再充入定量空气与之反应，生成无害颗粒。
上述粉末镀膜装置10执行镀膜工艺的流程大致如下：
将待镀膜的粉末装入内腔体110中；抽气机构400启动，对反应腔体进行抽真空，从而维持反应腔体与空气环境的有效隔离；开启加热系统300进行加热，使得反应腔体内达到反应所需的合适温度；开启气路系统200，先向反应腔体内通入流化气，使粉末颗粒流化并充分分散；再向反应腔体内通入第一前驱体，并使其吸附于粉末颗粒的表面；通入吹扫气将反应腔体中多余的第一前驱体清除；向反应腔体内通入第二前驱体，使其与吸附于粉末颗粒表面的第一前驱体反应形成包覆层；通入吹扫气将反应腔体中多余的第二前驱体清除。
如有必要，可重复上述步骤，直至所获得的包覆层的厚度满足需求。
在气路系统200向反应腔体内通入流化气并使粉末颗粒流化的过程中，粉末颗粒先在靠近进气端口的位置获得较大的初速度，并迅速朝出气端口飞溅。根据流体力学原理，流量一定的前提下，过流断面越小，则流速越大。因此，进气端口到出气端口的方向上，气体的流速将呈递减趋势。当流化的粉末朝出气端口飞溅，且流速下降至一定程度后，压差将不足以支撑粉末。此时，被扬起的粉末将逐步开始沉降，并在靠近进气端口时再次被扬起。以此往复，粉末将在内腔体110内有限的高度内形成内循环，从而增加粉末颗粒间的相互作用，减少团聚。
同时，由于粉末扬起的高度有限，故能避免粉末触及并吸附于出气端口，从而避免堵塞出气端口或者大量的粉末吸附于出气端口的过滤网上。而且，形成内循环的粉末增加了对内腔体110腔壁的冲击，还减少了腔壁上吸附的粉末的数量。因此，镀膜的均匀性得以显著提升。
在本实施例中，抽气机构400对内腔体110进行抽气的抽气速率可调。在向反应腔体内充入第一前驱体及第二前驱体时，可通过将抽气机构400的抽气速率调小，使的反应腔体内的进气速率大于抽气速率。这样，将会在反应腔体内维持较高压力。
待反应腔体内压力升高后，一方面能够防止前驱体未来得及发生吸附或反应即被抽走，增加了前驱体在反应腔体内停留的时间，从而确保粉末的表面发生充分的吸附反应，减少浪费。另一方面，还能够使抽气侧(出气端口)与进气侧(进气端口)间的压差缩小，从而还能有效控制粉末流化时的飞溅区高度。如此，能防止因粉末大量吸附在抽气侧，而影响前驱体的吸附与清除，提高包覆层的生长效率。
如图4所示，反应腔体内压力越高，则在进气流量相同的前提下，粉末飞溅区的高度越低。
而在通入吹扫气并用于清除多余的前驱体时，则可将抽气机构400的抽气速率调大。如此，则会快速实现多余前驱体的清除，有助于提升镀膜效率。
对抽气机构400的抽气速率实现调节的方式有很多。譬如：
请再次参阅图1，在本实施例中，抽气机构400包括真空泵410及设于真空泵410与镀膜腔体100之间的蝶阀420。由于真空泵410启动后其功率是不变的。因此，通过控制蝶阀420的开启程度，便可对整个抽气机构400的抽气速率实现调节。
又譬如：
在另一个实施例中，抽气机构400包括真空泵、与真空泵并联且可开启或关闭的排气旁路(图未示)，排气旁路的排气速率小于真空泵的抽气速率。
上述排气旁路可由管径较细的导管，该导管可通过角阀与真空泵并联并与镀膜腔体100连通。在向反应腔体内注入前驱体时，关闭真空泵并打开排气旁路，从而仅由导管排放尾气。但是，由于导管的管径较细，将会使得反应腔体内的进气速率大于抽气速率，从而在反应腔体内维持较高压力。
而在向反应腔体内充入吹扫气时，则可打开真空泵，从而提高抽气效率，提高前驱体的清洗效率。在打开真空泵的同时，也可关闭上述排气旁路，从而防止长时间工作后，管径较细的导管被堵。相较于设置蝶阀，设置排气旁路来实现抽气速率可调的方式，成本更低。
显然，在其他实施例中，也可通过设置电控装置，用于对真空泵的功率进行调节，从而达到抽气速率可调的目的。
请再次参阅图2，在本实施例中，内腔体110包括第一直管段111、第二直管段112及锥管段113。其中，第一直管段111的内径小于第二直管段112的内径，且第一直管段111及第二直管段112分别与锥管段113的小端及大端连通，进气端口及出气端口分别设于第一直管段111及所述第二直管段112，待镀膜的粉末可收容于第一直管段111。
第一直管段111、第二直管段112及锥管段113可以是一体成型的，也是通过焊接的方式实现连通。此时，在由进气端口到出气端口的方向上，内腔体110的过流端面的面积是呈阶梯式增大趋势的。其中，小口径的第一直管段111用于放置粉末，从而能够使得粉末在流化时获得较高的初速度。
锥管段113的管径逐渐变大，故进入锥管段113中气体流速将逐渐降低，粉末或的压降是逐渐降低的。因此，可避免因扬起的粉末突然沉降，从而减少粉末颗粒之间的相互作用。大口径的第二直管段112则提供了粉末颗粒飞溅的缓冲空间，从而进一步避免堵塞出气端口或者大量的粉末吸附于出气端口的过滤网上。
需要指出的是，在其他实施例中，内腔体110也可是多个管径依次增大或减小的直管段拼接而成的腔体结构。另外，内腔体110也可整体呈锥形中空结构，且进气端口位于小端，而出气端口位于大端。此时，在由进气端口到出气端口的方向上，内腔体110的过流端面的面积是呈连续增大趋势的。
进一步的，在本实施例中，锥管段113的锥角为30度至85度。经过实验验证，当锥管段113的锥角为30度至85度之间时，粉末的分散效果较佳且触及出气端口的概率较小。
常用的内腔体110的尺寸如下：第一直管段111的管径d为20至100毫米，第一直管段111的高度h1为10至150毫米；内腔体110的总高度h3为50至800毫米；锥管段113的高度h2为30至400毫米；夹角α，即锥管段113锥角的二分之一为15度至45度。
在此尺寸下，当总进气流量为100sccm～50slm时，根据图3所示内腔体内110气流速度分布模拟可知，在第一锥管段111内气流速度大，而第二直管段112内的气流速度则急剧下降。
请再次参阅图1，在本实施例中，镀膜腔体100还包括外腔体120，内腔体110收容于外腔体120内，且出气端口与外腔体120连通，外腔体120远离所述出气端口的一端形成有排气端口。
外腔体120一般呈圆筒状，并与内腔体110同轴设置。本实施例中的抽气机构400与排气端口连通，并通过直接对外腔体120抽气，进而实现对内腔体110抽气。一方面，外腔体120可以对内腔体110起到保护及保温的作用；另一方面，抽气机构400不直接与内腔体110的出气端口对接，且出气端口距离排气端口较远。因此，能有效地防止将内腔体110内的粉末吸入抽气机构400。
此外，外腔体120的一侧端还设置有腔门121，从而便于内腔体110放入及取出。
在本实施例中，镀膜腔体100还包括可驱使内腔体110振动的振动机构130。振动机构130通过产生机械振动，可辅助对粉末颗粒进行分散，从而减少内腔体110腔体内壁及出气端口的过滤网的粉末吸附，进而有效提高了大批量粉末颗粒的均匀沉积效果。
需要指出的是，在其他实施例中，还可通过搅拌、旋转等方式对粉末颗粒实现辅助分散。
进一步的，在本实施例中，振动机构130可驱使内腔体110相对于外腔体120振动。振动机构130包括振动源131、连杆132及波纹管133。
振动源131用于产生振动能量，可以是振动电机、气动振动器、超声振动杆等振动发生装置。振动源131设置于外腔体120的外侧，并通过连杆132与内腔体110连接，并将振动源131产生的振动能量传递给内腔体110。具体的，连杆132穿设于外腔体120且两端分别与内腔体110的外壁及振动源131固定连接。波纹管133套设于连接杆132，波纹管133的两端分别与内腔体110的外壁及外腔体120的内壁密封连接。如此，可在内腔体110、外腔体120及波纹管133之间形成一个密闭空间，从而避免因连接杆132与外腔体120的结合处存在间隙而破坏整个镀膜腔体100的真空。
上述粉末镀膜装置10及镀膜腔体100，从进气端口充入流化气，可使粉末得到较高的初速度并流化。由于在由进气端口到出气端口的方向上，内腔体110的过流断面的面积呈增大的趋势。根据流体方程，进气端口到出气端口的方向上气体流速将呈递减趋势。当流速下降至一定程度后，被扬起的粉末将逐步开始沉降，并在靠近进气端口时再次被扬起。因此，粉末将在有限的高度内形成内循环，从而增加粉末颗粒间的相互作用，减少团聚。同时，由于粉末扬起的高度有限，故能避免粉末触及并吸附于出气端口。而且，形成内循环的粉末增加了对腔壁的冲击，还减少了腔壁上吸附的粉末。因此，镀膜的均匀性得以显著提升。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
1.一种镀膜腔体，包括内腔体，其特征在于，所述内腔体的轴向的两端分别形成有进气端口及出气端口，待镀膜的粉末可收容于所述内腔体靠近所述进气端口的一端，且在由所述进气端口到所述出气端口的方向上，所述内腔体的过流断面的面积呈增大的趋势。
2.根据权利要求1所述的镀膜腔体，其特征在于，所述内腔体包括第一直管段、第二直管段及锥管段，所述第一直管段的内径小于所述第二直管段的内径，且所述第一直管段及所述第二直管段分别与所述锥管段的小端及大端连通，所述进气端口及所述出气端口分别设于所述第一直管段及所述第二直管段，所述待镀膜的粉末可收容于所述第一直管段。
3.根据权利要求2所述的镀膜腔体，其特征在于，所述内腔体的高度为50毫米至800毫米，所述第一直管段的直径为20毫米至100毫米，且所述第一直管段的高度为10毫米至150毫米，所述锥管段的高度为30毫米至400毫米，且所述锥管段的二分之一锥角为15度至45度。
4.根据权利要求1所述的镀膜腔体，其特征在于，还包括外腔体，所述内腔体收容于所述外腔体内，且所述出气端口与所述外腔体连通，所述外腔体远离所述出气端口的一端形成有排气端口。
5.根据权利要求1所述的镀膜腔体，其特征在于，还包括可驱使所述内腔体振动的振动机构。
6.根据权利要求4所述的镀膜腔体，其特征在于，还包括可驱使所述内腔体相对于所述外腔体振动的振动机构，所述振动机构包括：
振动源；
连杆，穿设于所述外腔体且两端分别与所述内腔体的外壁及所述振动源固定连接；及
波纹管，套设于所述连杆，所述波纹管的两端分别与所述内腔体的外壁及所述外腔体的内壁密封连接。
7.一种粉末镀膜装置，其特征在于，包括：
如上述权利要求1至6任一项所述的镀膜腔体；
气路系统，与所述进气端口连通，并用于向所述内腔体内充入气体；
加热系统，用于对所述镀膜腔体及所述气路系统加热；及
抽气机构，与所述镀膜腔体连通，并经所述出气端口对所述内腔体进行抽气。
8.根据权利要求7所述的粉末镀膜装置，其特征在于，还包括设于所述抽气机构与所述镀膜腔体之间的废气处理机构。
9.根据权利要求7所述的粉末镀膜装置，其特征在于，所述抽气机构对所述内腔体进行抽气的抽气速率可调。
10.根据权利要求9所述的粉末镀膜装置，其特征在于，所述抽气机构包括真空泵及设于所述真空泵与所述镀膜腔体之间的蝶阀。
11.根据权利要求9所述的粉末镀膜装置，其特征在于，所述抽气机构包括真空泵、与所述真空泵并联且可开启或关闭的排气旁路，所述排气旁路的排气速率小于所述真空泵的抽气速率。
技术总结