一种坩埚夹具及应用其的管式炉加热装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种坩埚夹具及应用其的管式炉加热装置，其中坩埚夹具包括固定设置于炉管内的管内装置、可移动地设置于炉管外的管外装置、带有轴向长度刻度的连接杆以及用于夹持坩埚的夹持装置，连接杆固定连接管内装置和夹持装置，管内装置包括管内条形磁铁以及管内环形磁铁，管外装置包括管外条形磁铁以及管外环形磁铁，管外环形磁铁可沿连接杆的轴向方向左右平移，从而驱动管内环形磁铁进行相同方向的平移进而驱使连接杆进行轴向上的移动；管外条形磁铁可驱动管内条形磁铁进行旋转，进而驱动连接杆进行径向旋转。本发明提供的坩埚夹具可以使得坩埚在轴向以及径向进行移动，从而获得需要的加热区域，以更好的适应实验条件。
【专利说明】
一种坩埚夹具及应用其的管式炉加热装置
技术领域
[0001]本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种坩祸夹具及应用其的管式炉加热装置。
【背景技术】
[0002]管式炉加热是一种常用的材料制备方法，它是把一种或几种原材料放入炉管内适宜的加热区位置，使原材料在较高的温度下发生物理或化学反应，从而生成新的材料。除原材料外，还可能通入一些具有特定功能的气体。这些气体可能起到保护或还原作用，也可能直接参与反应。炉管内不同位置有不同的加热温度，一般中心部位温度最高，距离炉管中心越远温度越低。管式炉炉体一般不透明，将盛有原材料的坩祸推进炉管时，坩祸位置只能通过测量推进杆进入炉管的长度以及炉管露出炉体的长度等进行估算。在很多情况下，材料在炉管内的加热区位置及在竖直面内的角度需要视反应进行的不同阶段而改变，同时又不能在高温下停止通入气体，也就是不能打开炉管两侧的封闭端。现有的解决方法是将炉管在炉膛内向一侧抽拉或在竖直面内旋转。
[0003]综上所述，现有技术对于坩祸在炉管内所处位置以及在竖直面内角度的确定是很粗略的，存在许多弊端。第一，坩祸定位精度低，多次实验很难保证各次实验坩祸处于相同的加热区位置，实验的可重复性差。第二，推进、抽拉或旋转炉管过程中坩祸在竖直方向的角度会发生无规律的改变，甚至造成坩祸倾覆，实验者对此却很难发现。第三，抽拉炉管操作将改变炉管内所有坩祸的位置，只能适应简单情况，对于炉管内有多个处于不同加热区位置的坩祸，它们的加热区位置改变量又不尽相同时，此种操作不能满足要求。第四，经常性将炉管推进拉出，容易造成炉管与炉膛之间的过度摩擦而损坏炉膛。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述，为了克服至少一个上述问题，本发明有必要提供一种管式炉加热的坩祸夹具。根据本发明的另一个方面，还提供了一种使用该坩祸夹具的管式炉加热装置。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]本发明提供一种坩祸夹具，坩祸夹具包括固定设置于炉管内的管内装置、可移动地设置于炉管外的管外装置、带有轴向长度刻度的连接杆以及用于夹持坩祸的夹持装置，连接杆固定连接管内装置和夹持装置，管内装置包括管内条形磁铁以及管内环形磁铁，管外装置包括管外条形磁铁以及管外环形磁铁，管外环形磁铁可沿连接杆的轴向方向左右平移，从而驱动管内环形磁铁进行相同方向的平移进而驱使连接杆进行轴向上的移动；管外条形磁铁可驱动管内条形磁铁进行旋转，进而驱动连接杆进行径向旋转。
[0007]进一步的，管内装置还包括角度指针，炉管的正上方设置有水平指示刻线，通过角度指针与水平指示刻线的夹角，判断坩祸夹具是否处于水平状态。
[0008]进一步的，管内装置还包括定位金属片，管内条形磁铁以及管内环形磁铁分别通过一个定位金属片固定在炉管内，角度指针与管内条形磁铁紧密连接从而同步旋转或静止。
[0009]进一步的，夹持装置以及连接杆均采用熔点高、刚度大、热膨胀系数小、化学性质不活泼，在高温下不会挥发出气相物质与原材料发生反应的材料制成。
[0010]本发明的另一个方面还提供一种管式炉加热装置，包括炉管、炉体以及坩祸夹具，坩祸夹具为如前述任一项的坩祸夹具，炉管为透明的石英炉管，炉体为不透明炉体，炉体可用于固相反应以及气相反应。
[0011]进一步的，管内条形磁铁以及管内环形磁铁的居里温度至少高于炉管的最高承受温度200度。
[0012]进一步的，管外环形磁铁为轴向充磁，管外环形磁铁的内径比炉管外径大I一3毫米，表面光滑处理；
[0013]管外条形磁铁为长度方向充磁，使其磁场强度足以引导管内装置在炉管内竖直平面内旋转。
[0014]进一步的，管式炉加热装置还包括坩祸，坩祸的长度方向沿炉管被坩祸夹具所夹持，坩祸的长度为L，炉体长度为M，夹持装置以及夹持装置与管内条形磁铁之间的连接杆的长度之和为N，则:N彡M/2 — L/2。
[0015]进一步的，手持管外条形磁铁，与管内条形磁铁的一端相吸引或者相斥，可驱动坩祸夹具进行旋转。
[0016]进一步的，坩祸夹具还包括铁环，铁环在管式炉加热装置完成反应过程以后，套设在炉管上，接近管内环形磁铁，依靠吸引作用，吸引管内环形磁铁做轴向平移，从而使坩祸夹具将坩祸从炉体中撤出。
[0017]相较于现有技术，本发明的坩祸夹具，通过设置磁性的管内装置以及管外装置，管外装置包括管外条形磁铁以及管外环形磁铁，管外环形磁铁可沿连接杆的轴向方向左右平移，从而驱动管内环形磁铁进行相同方向的平移进而驱使连接杆进行轴向上的移动；管外条形磁铁可驱动管内条形磁铁进行旋转，进而驱动连接杆进行径向旋转。因此，本发明提供的坩祸夹具可以使得坩祸在轴向以及径向进行移动，从而获得需要的加热区域，以更好的适应实验条件。
[0018]本发明的优选实施方案及其有益效果，将结合【具体实施方式】进一步详细说明。
【附图说明】
[0019]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但不应构成对本发明的限制。在附图中，
[0020]图1为本发明的坩祸夹具夹持坩祸的一个结构示意图；
[0021 ]图2为本发明的管式炉加热装置的一个结构示意图；
[0022]图3为本发明的管式炉加热装置将坩祸抽拉出炉体之外的结构示意图。
[0023]【附图说明】:
[0024]炉管1、炉体2、坩祸3、夹持装置4、连接杆5、连接杆定位架6、管内条形磁铁7、管内环形磁铁8、管外环形磁铁9、铁环10，管外条形磁铁11、角度指针12、定位金属片13。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0026]参见图1以及图2，本实施例提供一种坩祸夹具，坩祸夹具包括固定设置于炉管内的管内装置、可移动地设置于炉管外的管外装置、带有轴向长度刻度的连接杆5以及用于夹持坩祸3的夹持装置4，连接杆5固定连接管内装置和夹持装置4，管内装置包括管内条形磁铁7以及管内环形磁铁8，管外装置包括管外条形磁铁11以及管外环形磁铁9，管外环形磁铁9可沿连接杆5的轴向方向左右平移，从而驱动管内环形磁铁8进行相同方向的平移进而驱使连接杆5进行轴向上的移动;管外条形磁铁11可驱动管内条形磁铁7进行旋转，进而驱动连接杆5进行径向旋转。由此可以看出，本发明提供的坩祸夹具可以使得坩祸3在轴向以及径向进行移动并且可以精确的加以定位，从而获得需要的加热区域，以更好的适应实验条件。
[0027]根据本实施例的一个优选实施方式，管内装置还包括角度指针12，炉管I的正上方设置有水平指示刻线，通过角度指针与水平指示刻线的夹角，判断坩祸夹具是否处于水平状态。通过设置角度指针以及水平指示刻线，可以简单明了的判断坩祸夹具是否处于水平状态，进而可以知晓被坩祸夹具所夹持的坩祸是否处于水平状态，防止坩祸出现倾覆的情况。
[0028]根据本实施例的一个优选实施方式，管内装置还包括定位金属片13，管内条形磁铁7以及管内环形磁铁8分别通过一个定位金属片13固定在炉管I内，角度指针与管内条形磁铁7紧密连接从而同步旋转或静止。这样可以固定管内条形磁铁7以及管内环形磁铁8，使得管内条形磁铁7以及管内环形磁铁8能够较为牢固的固定在炉管I内，不会轻易左右移动。
[0029]根据本实施例的一个优选实施方式，夹持装置4与管内条形磁铁7之间还设置有连接杆定位架6，防止连接杆5由于长度过长且在恶劣环境的炉体2内出现变形而影响实验数据的情况出现。
[0030]根据本实施例的一个优选实施方式，夹持装置4以及连接杆5均采用熔点高、刚度大、热膨胀系数小、化学性质不活泼，在高温下不会挥发出气相物质与原材料发生反应的材料制成。这样可以使得夹持装置4以及连接杆5不会参与到反应当中，避免影响实验结果。
[0031]参见图2和图3，本发明的另一个方面还提供一种管式炉加热装置，该管式炉加热装置包括炉管1、炉体2以及坩祸夹具，坩祸夹具为如前述任一项实施例的坩祸夹具，其中本实施例的管式炉加热装置的炉管I为透明的石英炉管，炉体2为不透明炉体，炉体2可用于固相反应以及气相反应。
[0032]根据本实施例的一个优选实施方式，管内条形磁铁7以及管内环形磁铁8的居里温度至少高于炉管的最高承受温度200度。通过这样选取温度，可以保证本发明的管内条形磁铁7以及管内环形磁铁8可以具有较高的可靠性，不会轻易出现消磁的情况，降低对实验造成影响的风险。
[0033]根据本实施例的一个优选实施方式，管外环形磁铁9为轴向充磁，管外环形磁铁9的内径比炉管I外径大I至3毫米，表面光滑处理；
[0034]管外条形磁铁11为长度方向充磁，使其磁场强度足以引导管内装置在炉管I内竖直平面内旋转。
[0035]根据本实施例的一个优选实施方式，管式炉加热装置还包括坩祸，坩祸的长度方向沿炉管被坩祸夹具所夹持，坩祸的长度为L，炉体长度为M，夹持装置以及夹持装置与管内条形磁铁之间的连接杆的长度之和为N，则:N多M/2 — L/2。这样可以使得坩祸可以推进到炉体正中央，而此时管内的磁铁仍位于炉体之外，便于抽拉和旋转，便于将位于炉体2正中央的坩祸3完全抽出炉体之外，使得坩祸3在炉体2内有足够的行程，获取不同的加热区域，满足不同的实验要求。
[0036]根据本实施例的一个优选实施方式，手持管外条形磁铁11，与管内条形磁铁7的一端相吸引或者相斥，可驱动坩祸夹具进行旋转。
[0037]根据本实施例的一个优选实施方式，坩祸夹具还包括铁环10，铁环10在管式炉加热装置完成反应过程以后，套设在炉管I上，接近管内环形磁铁8，依靠管内环形磁铁8对铁环10吸引作用，吸引管内环形磁铁8做轴向平移，由于管内环形磁铁8固定设置在炉管I之中，而连接杆5又固定连接管内装置与夹持装置4，从而使坩祸夹具将坩祸3从炉体2中撤出。
[0038]根据本实施例的一个优选实施方式，坩祸长度6厘米，炉体长度40厘米，炉管长度100厘米，炉管右侧外露长度30厘米。为使用此装置可以将坩祸推进至炉体正中央并可以调整位于炉体中部的坩祸角度，夹持装置以及夹持装置与管内条形磁铁之间的连接杆长度之和至少达到17厘米。为使用此装置可以将位于炉体正中央的坩祸完全抽拉至炉体之外，管外环形磁铁必须有足够的行程以将坩祸完全拉出炉体，炉管外露长度至少在23厘米以上。连接杆上长度刻度以坩祸中点为零点，最小单位为毫米。
[0039]在坩祸中部盛装好原材料，用坩祸夹具夹紧坩祸，将炉管内装置水平推进炉管后，在炉管外侧套上管外环形磁铁，使其向左侧平稳缓慢推进，保持角度指针始终指向炉管外水平刻线，以保持坩祸在竖直方向的角度不发生偏转。如欲将坩祸推进至炉体正中央，观察连接杆在炉体上刚刚露出刻度，推进至露出刻度增大到20厘米即可停止，此时坩祸精确定位于炉体正中央。此时应将管外环形磁铁抽拉到炉管最右侧或从炉管上卸下。封闭炉管两端通入气体开始加热程序。
[0040]加热过程中欲将坩祸抽出到炉体之外或其它设定位置，用两块截面呈半圆形的铁瓦组合成铁环套在炉管外侧，靠近管内环形磁铁后向右侧缓慢移动，以铁环与管内环形磁铁的吸引力拉动炉管内装置向右侧移动，坩祸即可逐渐从炉体正中央抽出炉体之外或到达设定位置。
[0041 ]总结如下:
[0042]坩祸3水平方向的定位:参见图1-3，在炉管I内设置的连接杆5上设置长度刻度，以炉管I内的坩祸3中点为刻度零点，向右侧刻度值增大。初始状态时，炉管I伸入炉体2的炉膛之中，两侧外露一定长度，使炉管I内的管内装置在炉管I内预留足够的移动行程。以管外环形磁铁9将炉管的管内装置向左推进，使坩祸3的中点到达炉管I内的设定位置，此时连杆上5的外露刻度即为坩祸3的中点进入炉体2的深度。然后将管外环形磁铁9尽量拉至炉管I右侧接头处，封闭炉管I两端启动加热炉执行加热程序。加热过程中需要改变坩祸3在炉管I内所处加热区位置时，在右侧炉管I外侧套上两块相同的截面呈半圆形的铁瓦组成铁环10，并靠近管内环形磁铁8，利用其与铁环10之间的相互吸引力，拉动炉管I的管内装置向右移动至一定位置，从连接杆5外露刻度即可确定坩祸3的中心所处的加热区位置。
[0043]坩祸竖直方向的定位:参见图1-3，将炉管I的管内装置推进炉体之前，利用管外条形磁铁11引导管内条形磁铁7转动，使角度指针13指向炉管I外壁上预先设置的水平指示刻线，使坩祸3保持水平。推进过程中应使管外环形磁铁9平稳缓慢的向右推进，使角度指针13始终沿着炉管I外侧的水平刻线向左移动，这样就可以保证坩祸3在竖直面内的角度不发生偏转。当需要改变坩祸3在竖直面内的角度时，可使用管外条形磁铁11引导管内条形磁铁7在竖直面内旋转，旋转角度可以通过角度指针13偏离炉管I外水平刻线的角度加以确定。
[0044]只要不违背本发明创造的思想，对本发明的各种不同实施例进行任意组合，均应当视为本发明公开的内容;在本发明的技术构思范围内，对技术方案进行多种简单的变型及不同实施例进行的不违背本发明创造的思想的任意组合，均应在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种坩祸夹具，其特征在于:所述坩祸夹具包括固定设置于炉管内的管内装置、可移动地设置于炉管外的管外装置、带有轴向长度刻度的连接杆以及用于夹持坩祸的夹持装置，所述连接杆固定连接所述管内装置和所述夹持装置，所述管内装置包括管内条形磁铁以及管内环形磁铁，所述管外装置包括管外条形磁铁以及管外环形磁铁，所述管外环形磁铁可沿所述连接杆的轴向方向左右平移，从而驱动所述管内环形磁铁进行相同方向的平移进而驱使所述连接杆进行轴向上的移动;所述管外条形磁铁可驱动所述管内条形磁铁进行旋转，进而驱动所述连接杆进行径向旋转。2.根据权利要求1所述的坩祸夹具，其特征在于:所述管内装置还包括角度指针，所述炉管的正上方设置有水平指示刻线，通过所述角度指针与所述水平指示刻线的夹角，判断所述坩祸夹具是否处于水平状态。3.根据权利要求2所述的坩祸夹具，其特征在于:所述管内装置还包括定位金属片，所述管内条形磁铁以及管内环形磁铁分别通过一个所述定位金属片固定在所述炉管内，所述角度指针与所述管内条形磁铁紧密连接从而同步旋转或静止。4.根据权利要求1-3任一项所述的坩祸夹具，其特征在于:所述夹持装置以及所述连接杆均采用熔点高、刚度大、热膨胀系数小、化学性质不活泼，在高温下不会挥发出气相物质与原材料发生反应的材料制成。5.—种管式炉加热装置，包括炉管、炉体以及坩祸夹具，其特征在于:所述坩祸夹具为权利要求1-4任一项所述的坩祸夹具，所述炉管为透明的石英炉管，所述炉体为不透明炉体，所述炉体可用于固相反应以及气相反应。6.根据权利要求5所述的管式炉加热装置，其特征在于:所述管内条形磁铁以及所述管内环形磁铁的居里温度至少高于炉管的最高承受温度200度。7.根据权利要求5所述的管式炉加热装置，其特征在于:所述管外环形磁铁为轴向充磁，所述管外环形磁铁的内径比所述炉管外径大I至3毫米，表面光滑处理； 所述管外条形磁铁为长度方向充磁，使其磁场强度足以引导所述管内装置在所述炉管内竖直平面内旋转。8.根据权利要求5所述的管式炉加热装置，其特征在于:所述管式炉加热装置还包括坩祸，所述坩祸的长度方向沿所述炉管被所述坩祸夹具所夹持，所述坩祸的长度为L，所述炉体长度为M，所述夹持装置以及所述夹持装置与所述管内条形磁铁之间的所述连接杆的长度之和为N，则:N彡M/2-L/2。9.根据权利要求5所述的管式炉加热装置，其特征在于:手持所述管外条形磁铁，与所述管内条形磁铁的一端相吸引或者相斥，可驱动所述坩祸夹具进行旋转。10.根据权利要求5所述的管式炉加热装置，其特征在于:所述坩祸夹具还包括铁环，所述铁环在所述管式炉加热装置完成反应过程以后，套设在所述炉管上，接近所述管内环形磁铁，依靠吸引作用，吸引所述管内环形磁铁做轴向平移，从而使所述坩祸夹具将所述坩祸从所述炉体中撤出。
【文档编号】F27D3/00GK106091691SQ201610380094
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】牟中飞, 杨亿斌, 肖也, 招瑜, 吴福根, 李京波
【申请人】广东工业大学