环形单晶无机非金属部件的制作设备及飞轮制造技术

本实用新型专利技术提供环形单晶无机非金属部件的制作设备及飞轮，其中制作设备包括：制备容器、基体和基体控制组件；制备容器包括微波室和等离子室，微波室与等离子室隔离，微波室内设置有微波发生器，等离子室设置有进气口和真空装置，真空装置用于将等离子室抽真空，并控制等离子室内的气压，从进气口进入等离子室中的原料气体能够在微波激励下形成等离子体；基体设置于等离子室内的等离子体分布区域，基体控制组件用于控制基体旋转，以使等离子体沉积于基体的外圆周面形成环形单晶无机非金属部件。该环形单晶无机非金属部件具备高硬度、高导热性以及低热膨胀系数等性能，可以作为飞轮使用于飞轮储能器，从而使得高储能密度的飞轮制作成为可能。

Fabrication Equipment and Flywheel for Inorganic Nonmetallic Components of Ring Single Crystal

The utility model provides a manufacturing device and a flywheel for annular single crystal inorganic non-metallic components, in which the manufacturing equipment includes a preparation container, a matrix and a matrix control component; the preparation container includes a microwave chamber and a plasma chamber, the microwave chamber is isolated from the plasma chamber, a microwave generator is arranged in the microwave chamber, an air inlet and a vacuum device are arranged in the plasma chamber, and a vacuum device is used for the plasma chamber. The material gas entering the plasma chamber from the intake port can form plasma under microwave excitation. The matrix is located in the plasma distribution area of the plasma chamber. The matrix control module is used to control the rotation of the matrix, so that the plasma can be deposited on the outer circumference of the matrix to form a ring-shaped single crystal inorganic non-metallic component. The ring-shaped single crystal inorganic non-metallic components have the properties of high hardness, high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient. They can be used as flywheels for flywheel energy storage devices, thus making it possible to fabricate flywheels with high energy storage density.

【技术实现步骤摘要】
环形单晶无机非金属部件的制作设备及飞轮
本技术涉及制造
，特别涉及环形单晶无机非金属部件的制作设备及飞轮。
技术介绍
随着科学技术的发展，能耗产品的使用越来越普及，储能装置的需求也越来越多。飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。在储能时，电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中。之后，电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号；释能时，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出的过程。理论上，飞轮储能系统的功率密度很高，可以实现无限次的大功率充放电，且对环境无污染。但现有技术的飞轮储能的储能密度较低，这是因为飞轮储能系统的储能密度，一方面取决于飞轮的转速，另一方面取决于转子的质量。但是，由于受材料的限制，飞轮的转速过高时，飞轮很容易损坏甚至爆炸，目前碳纤维复合材料作为飞轮的优选材料，其具有较高的抗拉强度，但是，在飞轮旋转速度达到一定值时依旧存在爆炸的可能和危险。而众所周知，金刚石及同类无机单晶非金属材料，硬度及强度大，且其具有良好的导热性以及极低的热膨胀系数等。因此，利用此类无机单晶非金属材料制造飞轮，能够突破目前飞轮储能技术发展材料受限的难点。但是如何使用单晶无机非金属材料制造飞轮依然存在难以克服的技术难点。现有技术中，无机单晶非金属部件的制作方法包括直接法、熔煤法和外延法等，但这些方法合成的无机单晶非金属部件都无法用来制作飞轮。例如采用直接法合成金刚石时，合成的金刚石为多晶粉末，采用熔煤法制造出的金刚石为磨料级金刚石，而采用外延法制造的金刚石为颗粒状或者平板状。因此，现有方法均无法制作飞轮储能器中所需的圆环状飞轮。因此，如何制作一种适用于飞轮储能器的飞轮的环形单晶无机非金属部件，以提升飞轮储能系统的储能密度是我们亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本技术实施例的目的在于提供环形单晶无机非金属部件的制作设备及飞轮，以解决现有方案均无法使用单晶无机非金属材料制作飞轮储能器中所需的圆环状飞轮的技术问题。为了达到上述目的，本技术实施例提供的具体方案如下：第一方面，本技术实施例提供了一种环形单晶无机非金属部件的制作设备，利用如上述第一方面中任一项所述的环形单晶无机非金属部件的制作方法制作环形单晶无机非金属部件，所述制作设备包括：所述制作设备包括：制备容器、基体和基体控制组件；所述制备容器包括微波室和等离子室，所述微波室与所述等离子室隔离，所述微波室内设置有微波发生器，所述等离子室设置有进气口和真空装置，所述真空装置用于将所述等离子室抽真空，并控制所述等离子室内的气压，从所述进气口进入所述等离子室中的原料气体能够在微波激励下形成等离子体；所述基体设置于所述等离子室内的等离子体分布区域，所述基体控制组件用于控制所述基体旋转，以使等离子体沉积于所述基体的外圆周面形成环形单晶无机非金属部件。可选的，所述基体控制组件包括基体安装平台和基体夹持装置；所述基体和所述基体夹持装置均设置于所述基体安装平台上；所述基体夹持装置用于夹持所述基体在所述基体安装平台上固定和旋转。可选的，所述基体夹持装置包括支持件、转轴和驱动装置；所述支持件设置于所述基体安装平台上，所述转轴架设在所述支持件上，并能够相对所述支持件转动，所述转轴与所述驱动装置传动连接，所述基体套设在所述转轴上；所述驱动装置用于驱动所述转轴转动，以使所述转轴带动所述基体旋转。可选的，所述微波室包括顶盖和侧壁，所述顶盖盖合在所述侧壁上；所述顶盖与所述侧壁通过滑动件滑动连接；所述微波发生器设置于所述顶盖上；所述滑动件用于调节所述顶盖与所述等离子室之间的距离。可选的，所述微波室包括顶盖和侧壁，所述顶盖盖合在所述侧壁上；所述顶盖与所述侧壁通过滑动件滑动连接；所述微波发生器设置于所述顶盖上；所述滑动件用于调节所述顶盖与所述等离子室之间的距离。可选的，述圆环形承载件、所述套接环和所述连接件一体成型。可选的，所述微波室内还设置有波导管；所述微波发生器的输出端与所述波导管的输入端连通，所述波导管的输出端朝向所述等离子室；所述波导管用于将所述微波发生器产生的微波传输至所述等离子室。可选的，所述微波发生器、所述波导管和所述基体位于同一安装线上。可选的，所述等离子室包括隔离罩和侧边凸台，所述隔离罩盖合在所述侧边凸台上；所述侧边凸台开设有所述进气口；所述隔离罩用于隔离所述微波室和所述等离子室；所述进气口用于向所述等离子室内输送保护气体和原料气体。第二方面，本技术实施例还提供一种飞轮，所述飞轮为利用如第一方面中任一项所述的环形单晶无机非金属部件的制作设备制作的环形单晶无机非金属部件。本技术实施例中，通过在制作设备中的微波室产生微波，微波传输至等离子室内的真空环境中，激励等离子室内的原料气体形成等离子体。这样，在基体旋转时，基体的外圆周面上能够均匀沉积无机非金属等离子体，从而能够在基体的外圆周面上形成环形单晶无机非金属部件。该环形单晶无机非金属部件具备高硬度、高导热性以及低热膨胀系数等性能，可以作为飞轮使用于飞轮储能器，从而使得高储能密度的飞轮制作成为可能。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的一种环形单晶无机非金属部件的制作设备的结构示意图；图2为本技术实施例提供的环形单晶无机非金属部件的制作设备所应用的制作方法的流程示意图；图3为本技术实施例所提供的制作设备的基体的结构示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。参见图1，为本技术实施例提供的一种环形单晶无机非金属部件的制作设备(以下简称制作设备)10的结构示意图。所述制作设备10可以包括：制备容器100、基体200和基体控制组件300；所述制备容器100包括微波室110和等离子室120，所述微波室110与所述等离子室120隔离，所述微波室110内设置有微波发生器111，所述等离子室120设置有进气口123和真空装置130，真空装置130用于将等离子室120抽成真空，并控制等离子室120内的气压，从所述进气口123进入所述等离子室120中的原料气体能够在微波激励下形成等离子体；所述基体200设置于所述等离子室120内的等离子体分布区域，所述基体200控制组件控制所述基体200旋转，以使等离子体沉积于所述基体200的外圆周面形成环形单晶无机非金属部件。本实施例提供的环形单晶无机非金属部件的制作设备10，用于制作环形单晶无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形单晶无机非金属部件的制作设备，其特征在于，用于制作环形单晶无机非金属部件，所述制作设备包括：制备容器、基体和基体控制组件；所述制备容器包括微波室和等离子室，所述微波室与所述等离子室隔离，所述微波室内设置有微波发生器，所述等离子室设置有进气口和真空装置，所述真空装置用于将所述等离子室抽真空，并控制所述等离子室内的气压，从所述进气口进入所述等离子室中的原料气体能够在微波激励下形成等离子体；所述基体设置于所述等离子室内的等离子体分布区域，所述基体控制组件用于控制所述基体旋转，以使等离子体沉积于所述基体的外圆周面形成环形单晶无机非金属部件。

【技术特征摘要】
1.一种环形单晶无机非金属部件的制作设备，其特征在于，用于制作环形单晶无机非金属部件，所述制作设备包括：制备容器、基体和基体控制组件；所述制备容器包括微波室和等离子室，所述微波室与所述等离子室隔离，所述微波室内设置有微波发生器，所述等离子室设置有进气口和真空装置，所述真空装置用于将所述等离子室抽真空，并控制所述等离子室内的气压，从所述进气口进入所述等离子室中的原料气体能够在微波激励下形成等离子体；所述基体设置于所述等离子室内的等离子体分布区域，所述基体控制组件用于控制所述基体旋转，以使等离子体沉积于所述基体的外圆周面形成环形单晶无机非金属部件。2.根据权利要求1所述的制作设备，其特征在于，所述基体控制组件包括基体安装平台和基体夹持装置；所述基体和所述基体夹持装置均设置于所述基体安装平台上；所述基体夹持装置用于夹持所述基体在所述基体安装平台上固定和旋转。3.根据权利要求2所述的制作设备，其特征在于，所述基体夹持装置包括支持件、转轴和驱动装置；所述支持件设置于所述基体安装平台上，所述转轴架设在所述支持件上，并能够相对所述支持件转动，所述转轴与所述驱动装置传动连接，所述基体套设在所述转轴上；所述驱动装置用于驱动所述转轴转动，以使所述转轴带动所述基体旋转。4.根据权利要求1所述的制作设备，其特征在于，所述微波室包括顶盖和侧壁，所述顶盖盖合在所述侧壁上；所述顶盖与所述侧壁通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳普，
申请(专利权)人：至玥腾风科技投资集团有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11