本实用新型专利技术涉及一种用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，包括桶的外壁通过阳极接地线（4）与地线相连接而形成阳极（3）、设置在桶内部的阴极（7）和阴极支架（10），所述的阴极支架（10）将阴极（7）支撑在桶内，桶状外壁的进气盖（13）设有气体进气口（1），进气口（1）设置在进气盖（13）上的凸出圆锥上方接近圆锥顶的位置，其特征在于：所述的进气盖（13）和阴极（7）之间设有石英盖（6），石英盖（6）上的凸出圆锥（62）的形状大小与进气盖（13）凸出的圆锥形状相同；所述的石英盖（6）盖子的外沿环状平板部分上设有孔。本实用新型专利技术实现了等离子体的分布均匀，使纳米颗粒的尺寸分布更窄。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及硅及氮化硅纳米颗粒生产领域，特涉及一种用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置。
技术介绍
纳米结构具有尺寸小、比表面积大、比表面能高等特点，同时具有三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。因而在光电学和力学等方面表现出一般材料所不具备的诸多特性。硅纳米颗粒在生物荧光标记、太阳能电池的减反射层以及锂电池负极材料方面具有重大的应用。氮化硅纳米颗粒可以当做添加剂加入到塑料或涂料中，使它们的力学强度以及耐磨损性得到很大的提高，并且还可以降低它们的摩擦系数；同时氮化硅纳米颗粒在烧结陶瓷和作为高温涂层方面具有很好的应用。目前生产硅纳米颗粒的方法有球磨方法，但是球磨法要磨到纳米尺寸的话生产效率就会很低下，并且由于研磨体与原料的碰撞会使颗粒的纯度很差，且颗粒均匀性很差。其次就是脉冲激光烧蚀法，但是脉冲激光烧蚀法装置复杂，高功率的激光器很昂贵，且产量很少。还有溶胶-凝胶法和化学溶液沉淀法，虽然这两种方法的设备很简单，但是生产的纳米颗粒粒径分布宽，分散性差。我们使用的是气相法生产硅纳米颗粒，通过等离子体将硅烷或四氯化硅分解之后结晶成核生长成纳米硅颗粒。这种方法的优点是颗粒的粒径分布很窄，并且可以通过调节气体在反应腔体的停留时间以及反应气体在反应腔体里的密度来精确控制纳米颗粒的尺寸。但是现在很多用等离子体法生产纳米硅颗粒的设备的腔体内的电磁场分布不均匀，这样就会使气体的生产率低下，造成气体源的浪费和环境的污染，还使产出的硅纳米颗粒的分布相对比较宽，同时不能量产，以致不能产业化。此外自蔓延法制备氮化硅具有节能和省时的优点，但是设备要求高成本高产量低，无法产业化。目前国际上生产氮化硅纳米颗粒的方法有硅粉直接氮化法，此方法的优点是工艺简单，成本较低，但是也有烧成温度高，氮化时间长，能源浪费严重的缺点。
技术实现思路
针对
技术介绍
的不足，本技术的装置采用在进气盖与石英盖上设置相应的圆锥体，并且合理分布石英盖上的外沿环状平板部分上的孔，同时在阴极上设置大于或等于4个接触点，从而使阴极上的电场分布均匀，实现了等离子体的分布均匀，使硅纳米颗粒的尺寸分布更窄。其次本装置还能提高了硅纳米颗粒的产率，进而提高产量实现大批量工业化生产。同时本装置还可以用来生产氮化硅，二氧化硅等硅的化合物的纳米颗粒。本装置还能够以硅烷（或四氯化硅）、液氨为原料生产氮化硅，生产的氮化硅纯度非常高，尺寸分布很窄，还能精确控制纳米颗粒的尺寸，使标准偏差在一个纳米以内，通过调节气体在等离子体区域的时间。本装置能根据应用需要生产10—200纳米之间任意尺寸的颗粒。且由于反应腔体内的电场和气流分布均匀，产率非常高，可以达到90%以上的产率，能实现产业化。（硅颗粒生产方法）本技术的技术方案是：一种用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，包括桶的外壁通过阳极接地线（4）与地线相连接而形成阳极（3）、设置在桶内部的阴极（7）和阴极支架（10），所述的阴极支架（10）将阴极（7）支撑在桶内，桶状外壁的进气盖（13）设有气体进气口（1），进气口（1）设置在进气盖（13）上的凸出圆锥上方接近圆锥顶的位置，其特征在于：所述的进气盖（13）和阴极（7）之间设有石英盖（6），石英盖（6）上的凸出圆锥（62）的形状大小与进气盖（13）凸出的圆锥形状相同；石英盖（6）的外径比进气盖（13）的外径小；所述的石英盖（6）盖子的外沿环状平板部分上设有孔。如上所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所得的阴极（7）内设有射频冷等离子体阴极导线（8），阴极导线（8）与阴极（7）的接触点大于或等于4个，且阴极导线（8）在阴极（7）内壁分布均匀。如上所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所述的阳极（3）内表面设有上下两个桶状聚四氟乙烯（5），使得没有被遮住的外壁内表面与阴极（7）的高度相等，确保阴极（7）和阳极（3）的高度一致。如上所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所述的阴极（7）的外径同阳极（3）的外径比例为3：5，所述进气盖（13）中圆锥的内表面与凸出圆锥（62）的外表面之间的距离等于阴极（7）和阳极（3）的距离。如上所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所述的进气口（1）为四个，对称分布在进气盖（13）上，所述的进气盖（13）还设有两个对称分布的观察窗（2），如上所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所述的阴极（7）设有夹层，夹层内部可通入冷却水。如上所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所述阴极（7）外表面和阳极（3）的内表面覆盖有氮化硅涂层，阳极接地线（4）与桶壁的接触点的高度和阴极导线（8）与阴极接触点的高度一致，都在阴极（7）的中间位置的高度上。如上所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所述的石英盖（6）盖子的外沿环状平板部分上的孔直径为3mm-5mm的孔，两个相邻孔之间圆心的距离是孔直径的两倍，石英盖（6）的外径为34 CM，进气盖（13）的外径为40CM，石英盖（6）的下表面还设有一个外径与凸出圆锥（62）外径相同的实心圆柱体（61），使实心圆柱体（61）塞着阴极（7）的上口。如上所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所述的阴极支架（10）设有三个孔，分别为冷却水进口（11）、冷却水出口（12）和阴极导线（8）通过的孔，阴极支架（10）由聚四氟乙烯制成，阴极支架（10）的聚四氟乙烯圆盘上外沿部分隆起而成杯状，用于固定住阴极（7）。如上所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所述的桶状外壁的底部内表面上焊接有三根钢杆（15），三根钢杆（15）插进阴极支架（10）的孔中，起到固定阴极支架（10）的作用，桶状外壁的底部还有一个出气口（14），出气口（14）与颗粒收集器连接，桶底部设有循环冷却水进口（11）、循环冷却水出口（12）的孔，桶底部还有个凸出部分与法兰盘式真空电极（9）结合密封在一起，阴极接线（16）通过真空电极（9）与射频等离子体发生器阴极导线（8）相连接，将电送至阴极（7）。附图说明图1为本技术的生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置结构示意图。图2为本技术的石英盖俯视图。图3为图2中本技术的石英盖A—A向视图。具体实施方式附图标记说明：进气口1、观察窗2、阳极3、阳极接地线4、聚四氟乙烯5、石英盖6、实心圆柱体61、凸出圆锥62、阴极7、阴极导线8、真空电极9、阴极支架10、冷却水进口11、冷却水出口12、进气盖13、出气口14、钢杆15、阴极接线16。以下结合附图对本技术的做进一步的说明。本装置如图1所示，由桶状的外壁作为阳极3，所述的桶可采用不锈钢材料，即阳极3为不锈钢材料，桶的内表面覆盖有Si3N4（氮化硅）涂层。如图1所示，桶状外壁的进气盖13上有四个对称分布的气体进气口1，四个进气口1设置在进气盖13上的凸出圆锥上方，同时进气盖13设有两个对称分布的观察窗2，用来观察桶内部的等离子体的状况。进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，包括桶的外壁通过阳极接地线（4）与地线相连接而形成阳极（3）、设置在桶内部的阴极（7）和阴极支架（10），所述的阴极支架（10）将阴极（7）支撑在桶内，桶状外壁的进气盖（13）设有气体进气口（1），进气口（1）设置在进气盖（13）上的凸出圆锥上方接近圆锥顶的位置，其特征在于：所述的进气盖（13）和阴极（7）之间设有石英盖（6），石英盖（6）上的凸出圆锥（62）的形状大小与进气盖（13）凸出的圆锥形状相同；石英盖（6）的外径比进气盖（13）的外径小；所述的石英盖（6）盖子的外沿环状平板部分上设有孔。
【技术特征摘要】
1.一种用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，包括桶的外壁通过阳极接地线（4）与地线相连接而形成阳极（3）、设置在桶内部的阴极（7）和阴极支架（10），所述的阴极支架（10）将阴极（7）支撑在桶内，桶状外壁的进气盖（13）设有气体进气口（1），进气口（1）设置在进气盖（13）上的凸出圆锥上方接近圆锥顶的位置，
其特征在于：所述的进气盖（13）和阴极（7）之间设有石英盖（6），石英盖（6）上的凸出圆锥（62）的形状大小与进气盖（13）凸出的圆锥形状相同；石英盖（6）的外径比进气盖（13）的外径小；所述的石英盖（6）盖子的外沿环状平板部分上设有孔。
2.如权利要求1所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所得的阴极（7）内设有射频冷等离子体阴极导线（8），阴极导线（8）与阴极（7）的接触点大于或等于4个，且阴极导线（8）在阴极（7）内壁分布均匀。
3.如权利要求1所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所述的阳极（3）内表面设有上下两个桶状聚四氟乙烯（5），使得没有被遮住的外壁内表面与阴极（7）的高度相等，确保阴极（7）和阳极（3）的高度一致。
4.如权利要求1所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所述的阴极（7）的外径同阳极（3）的外径比例为3：5，所述进气盖（13）中圆锥的内表面与凸出圆锥（62）的外表面之间的距离等于阴极（7）和阳极（3）的距离。
5.如权利要求1至4任一所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的装置，其特征在于：所述的进气口（1）为四个，对称分布在进气盖（13）上，所述的进气盖（13）还设有两个对称分布的观察窗（2）。
6.如权利要求1至4任一所述的用于生产硅及氮化硅纳米颗粒的...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑灵浪，高志飞，骆中伟，
申请(专利权)人：郑灵浪，
类型：新型
国别省市：上海;31
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