Iib-via族化合物粉末的自由降落高溫合成方法及合成裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明所述粉體材料合成裝置，包括爐體、裝料室、第一閥門(mén)、第二閥門(mén)、冷凝室和收集室，爐體立式安裝，其隔熱段在上、加熱段在下，用支架支撐；裝料室通過(guò)第一閥門(mén)與爐體的隔熱段頂部連接，第一閥門(mén)用于控制裝料室與爐體內(nèi)腔的相通或隔離；冷凝室與爐體的加熱段底部連接，冷凝室內(nèi)腔與爐體的內(nèi)腔相通；收集室通過(guò)第二閥門(mén)與冷凝室連接，第二閥門(mén)用于控制冷凝室與收集室的相通或隔離。采用上述粉體材料合成裝置，裝料室內(nèi)的VIA族非金屬粉末與IIB族金屬粉末相混合形成原料粉料以自由降落的方式陸續(xù)進(jìn)入爐體內(nèi)腔，在經(jīng)過(guò)爐體的加熱段后完成合成反應(yīng)，并直接落入冷凝室內(nèi)腔冷凝成IIB-VIA族化合物粉末。
【專(zhuān)利說(shuō)明】I IB-VIA族化合物粉末的自由降落高溫合成方法及合成裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于IIB-VIA族化合物粉末合成【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及IIB-VIA族化合物粉末的合成方法及合成裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶IIB-VIA化合物合金粉是制備太陽(yáng)能薄膜電池的關(guān)鍵核心材料。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)IIB-VIA族化合物粉體原料的需求量迅速增加。通過(guò)控制合理的制備工藝獲得高純度、小粒徑的半導(dǎo)體高純IIB-VIA族化合物粉體原料，并可連續(xù)化批量生產(chǎn)是如今半導(dǎo)體材料工業(yè)化生產(chǎn)的重點(diǎn)追求目標(biāo)。
[0003]申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210401061.X的專(zhuān)利公開(kāi)了一種碲化鎘粉末的高溫液相合成方法，該方法將鎘塊和碲塊，按摩爾比1:1分別裝入到“Y”形石英管的A、B兩端，并將“Y”形石英管水平放入三段加熱的開(kāi)合式“Y”形爐膛中；然后對(duì)石英管抽真空至I X KT3Pa?I X l(T4Pa，并對(duì)“Y”形石英管的A、B、C三段分別加熱到350?400°C、480?600°C和600?IlOO0C，保溫至試驗(yàn)完成。當(dāng)碲和鎘熔化成液體后，通過(guò)碲和鎘的霧化液滴接觸合成碲化鎘粉末，并散落于“Y”形石英管的C端底部后進(jìn)行收集。此種方法的不足之處是合成過(guò)程中反應(yīng)熱很大且難以迅速釋放掉，因而反應(yīng)過(guò)程不安全，易發(fā)生爆炸事故。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮镃N02114571.7的專(zhuān)利公開(kāi)了一種碲化鎘粉末的制備方法，該方法將鎘粉和碲粉按重量比1: (1.14?1.18)混合均勻，置于真空條件下的坩堝內(nèi)，加熱至125?160°C進(jìn)行合成反應(yīng)形成碲化鎘材料，然后將碲化鎘材料再次研磨、混合，并置于加熱爐中在溫度450?500°C之間退火I?1.5小時(shí)。此種方法雖然安全,但制備周期較長(zhǎng),且在將生成的碲化鎘材料進(jìn)行再次研磨、混合及退火的過(guò)程中易引入雜質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種IIB-VIA族化合物粉末的自由降落高溫合成方法及合成裝置，以便能安全、高效地合成IIB-VIA族化合物粉末，并避免雜質(zhì)的引入。
[0006]本發(fā)明所述粉體材料合成裝置，包括爐體、裝料室、第一閥門(mén)、第二閥門(mén)、冷凝室和收集室，所述爐體由隔熱段和加熱段組成，隔熱段設(shè)置有用于與保護(hù)氣體氣源連接的進(jìn)氣口和用于與真空泵連接的第一出氣口，加熱段安裝有加熱器件和控溫?zé)犭娕?，所述裝料室設(shè)置有用于與真空泵連接的第二出氣口，所述收集室設(shè)置有用于與真空泵連接的第三出氣口 ；各構(gòu)件(或器件)的安裝與組合方式:爐體立式安裝，其隔熱段在上、加熱段在下，用支架支撐；裝料室通過(guò)第一閥門(mén)與爐體的隔熱段頂部連接，第一閥門(mén)用于控制裝料室與爐體內(nèi)腔的相通或隔離；冷凝室與爐體的加熱段底部連接，冷凝室內(nèi)腔與爐體的內(nèi)腔相通；收集室通過(guò)第二閥門(mén)與冷凝室連接，第二閥門(mén)用于控制冷凝室與收集室的相通或隔離。
[0007]本發(fā)明所述粉體材料合成裝置，其爐體加熱段的長(zhǎng)度L為40cm?200cm。
[0008]本發(fā)明所述粉體材料合成裝置，其冷凝室的室體壁為夾層結(jié)構(gòu)，室體外壁設(shè)置有與夾層相通的冷卻介質(zhì)入口和冷卻介質(zhì)出口，通過(guò)冷卻介質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)實(shí)現(xiàn)合成產(chǎn)物的冷卻。所述冷卻介質(zhì)優(yōu)選水。
[0009]本發(fā)明所述粉體材料合成裝置，其加熱器件為電阻式加熱器件或感應(yīng)式加熱器件體或微波發(fā)生器。
[0010]本發(fā)明所述粉體材料合成裝置，爐體隔熱段和爐體加熱段的外層用陶瓷纖維毯制作，內(nèi)層用不低于3N的石英制作，冷凝室用不低于3N的石英制作。
[0011]本發(fā)明所述粉體材料合成裝置，其第一閥門(mén)、第二閥門(mén)為手動(dòng)閥門(mén)或電動(dòng)閥門(mén)。
[0012]本發(fā)明所述IIB-VIA族化合物粉末的自由降落高溫合成方法，使用上述粉體材料合成裝置，工藝步驟依次如下:
[0013]①將VIA族非金屬粉末與IIB族金屬粉末按照摩爾比1: (I?1.2)進(jìn)行配料并混合均勻，在所述第一閥門(mén)關(guān)閉的狀態(tài)下將混合均勻的粉料裝入所述裝料室內(nèi)；
[0014]②在所述第二閥門(mén)處于關(guān)閉的狀態(tài)下采用向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔交替抽真空、充入保護(hù)氣體的方式清洗爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔，以去除爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的雜質(zhì)氣體，清洗爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔完成后，采用向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入保護(hù)氣體、或同時(shí)抽真空和充入保護(hù)氣體的方式將爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至lX10_2Pa?IX IO4Pa;在調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)的同時(shí)，通過(guò)抽真空將裝料室、收集室內(nèi)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至I X 10_3Pa?I X 10_2Pa，并使冷凝室處于冷卻工作狀態(tài)；
[0015]③打開(kāi)加熱電源，將爐體加熱段內(nèi)腔的溫度升至500?1000°C，然后開(kāi)啟第一閥門(mén)，裝料室內(nèi)的原料粉料即以自由降落的方式陸續(xù)進(jìn)入爐體內(nèi)腔，在經(jīng)過(guò)爐體的加熱段后完成合成反應(yīng)，并直接落入冷凝室內(nèi)腔冷凝成IIB-VIA族化合物粉末；
[0016]④在裝料室內(nèi)的原料粉料完全進(jìn)入爐體內(nèi)腔后關(guān)閉第一閥門(mén)并停止對(duì)裝料室抽真空，在進(jìn)入爐體內(nèi)腔的原料粉料的合成反應(yīng)全部完成后關(guān)閉加熱電源并開(kāi)啟第二閥門(mén)，位于冷凝室內(nèi)腔的IIB-VIA化合物粉末即落入收集室內(nèi)，當(dāng)冷凝室內(nèi)腔的IIB-VIA族化合物粉末全部落入收集室后，關(guān)閉第二閥門(mén)，并停止對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的調(diào)壓操作、停止對(duì)收集室抽真空，使冷凝室處于非冷卻工作狀態(tài)，然后再開(kāi)啟收集室的出料口收集IIB-VIA族化合物粉末。
[0017]上述合成方法中，VIA族非金屬粉末為S粉、Se粉、Te粉中的至少一種，IIB族金屬粉末為Zn粉、Cd粉中的至少一種。VIA族非金屬粉末和IIB族金屬粉末的粒徑可在200nm?600 μ m選擇。
[0018]上述合成方法中，保護(hù)氣體為不與VIA族非金屬粉末和IIB族金屬粉末發(fā)生反應(yīng)的氣體，可以是気氣、氮?dú)?、氫氣中的一種。
[0019]上述合成方法中，步驟②采用向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔交替抽真空、充入保護(hù)氣體的方式進(jìn)行清洗的目的是去除爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的雜質(zhì)氣體(如氧氣)，以避免雜質(zhì)氣體與IIB族金屬粉末和VI族非金屬粉末反應(yīng)生成的氧化物影響最終產(chǎn)物IIB-VIA化合物粉末的純度。對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔交替抽真空、充入保護(hù)氣體的具體方式?jīng)]有特殊要求，只要能夠充分去除爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的雜質(zhì)氣體即可。本發(fā)明采用的具體實(shí)現(xiàn)方式為:將爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔抽真空至lX10_3Pa?lX10_4Pa，再通過(guò)充入保護(hù)氣體-抽真空的循環(huán)操作，即向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔中充入保護(hù)氣體使?fàn)t體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的壓強(qiáng)至常壓、再將爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔抽真空至I X 10_3Pa?I X 10_4Pa，如此循環(huán)2?3次，即可完成爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的清洗。爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的清洗完成后，調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)的方式為:向管式反應(yīng)室內(nèi)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入保護(hù)氣體，使?fàn)t體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的壓強(qiáng)為lX10_2Pa?IXlO4Pa,然后關(guān)閉進(jìn)氣閥，保持靜態(tài)保護(hù)氣體氣氛；或者對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔同時(shí)抽真空和充入保護(hù)氣體，并調(diào)節(jié)保護(hù)氣體的流量小于真空泵的抽氣速率，使?fàn)t體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的壓強(qiáng)為lX10_2Pa?I X IO4Pa,保持動(dòng)態(tài)保護(hù)氣體氣氛。
[0020]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]1、使用本發(fā)明所述合成裝置和合成方法，原料粉料以自由降落的方式經(jīng)過(guò)爐體的加熱段即可完成合成反應(yīng)，并直接落入冷凝室內(nèi)腔冷凝成IIB-VIA族化合物粉末，且由于裝料室內(nèi)的原料粉料是陸續(xù)進(jìn)入爐體內(nèi)腔，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱量不會(huì)聚集造成安全隱患，尤其是在動(dòng)態(tài)保護(hù)氣體氣氛下完成合成反應(yīng)，安全性更好，因而能安全、高效地合成IIB-VIA族化合物粉末，并能避免雜質(zhì)的引入。
[0022]2、使用本發(fā)明所述合成裝置和合成方法，IIB-VIA族化合物粉末的純度主要與原料VIA族非金屬粉末、IIB族金屬粉末的純度有關(guān)，當(dāng)選用高純度的VIA族非金屬粉末、IIB族金屬粉末時(shí)，即可獲得高純度的IIB-VIA族化合物粉末。
[0023]3、使用本發(fā)明所述合成裝置和合成方法制備的IIB-VIA族化合物粉末粒徑均勻，產(chǎn)物回收率可達(dá)93 %?99 %。
[0024]4、本發(fā)明所述合成裝置便于加工制作，本發(fā)明所述合成方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，因而易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0025]凡是依據(jù)本發(fā)明對(duì)設(shè)備和工藝所作的修飾與變化，均為本發(fā)明所涵蓋。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明所述粉體材料合成裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖，其加熱器件為電阻式加熱器件或感應(yīng)式加熱器件。
[0027]圖2是本發(fā)明所述粉體材料合成裝置的又一種結(jié)構(gòu)示意圖，其加熱器件為微波發(fā)生器。
[0028]圖3是實(shí)施例4合成的碲化鎘粉末的XRD衍射圖譜。
[0029]圖中，I一裝料室，2—第一閥門(mén)，3—爐體(3_1:隔熱段、3_2:加熱段)，4一加熱器件，5—控溫?zé)犭娕迹?—冷凝室，7—冷卻介質(zhì)出口，8—冷卻介質(zhì)入口，9一第二閥門(mén)，10—收集室，11 一出料口，12—支架，13—進(jìn)氣口，14一第一出氣口，15—第二出氣口，16—第三出氣口、17—波導(dǎo)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述粉體材料合成裝置和IIB-VIA族化合物粉末的自由降落高溫合成方法作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]實(shí)施例1
[0032]本實(shí)施例中，粉體材料合成裝置如圖1所示，包括爐體3、裝料室1、第一閥門(mén)2、第二閥門(mén)9、冷凝室6和收集室10 ;所述爐體3由隔熱段3-1和加熱段3-2組成，隔熱段3_1外層用陶瓷纖維毯制作，內(nèi)層用3N的石英制作，其上設(shè)置有用于與保護(hù)氣體氣源連接的進(jìn)氣口 13和用于與真空泵連接的第一出氣口 14，加熱段外層用陶瓷纖維毯制作，內(nèi)層用3N的石英制作，長(zhǎng)度L為200cm，加熱段安裝有加熱器件4和控溫?zé)犭娕?，所述加熱器件為電阻式加熱器件；所述冷凝室6用3N的石英制作，其室體壁為夾層結(jié)構(gòu)，室體外壁設(shè)置有與夾層相通的冷卻介質(zhì)入口 8和冷卻介質(zhì)出口 7，冷卻介質(zhì)選用冷卻水；所述裝料室I設(shè)置有用于與真空泵連接的第二出氣口 15，所述收集室10設(shè)置有用于與真空泵連接的第三出氣口 16 ；所述第一閥門(mén)2、第二閥門(mén)9選用手動(dòng)閥門(mén)。各構(gòu)件(或器件)的安裝與組合方式:爐體3立式安裝，其隔熱段3-1在上、加熱段3-2在下，用支架12支撐；裝料室I通過(guò)第一閥門(mén)2與爐體的隔熱段3-1頂部連接，冷凝室6與爐體的加熱段底部3-2連接，冷凝室內(nèi)腔與爐體的內(nèi)腔相通，收集室10通過(guò)第二閥門(mén)9與冷凝室6連接。
[0033]實(shí)施例2
[0034]本實(shí)施例中，粉體材料合成裝置如圖1所示，包括爐體3、裝料室1、第一閥門(mén)2、第二閥門(mén)9、冷凝室6和收集室10。與實(shí)施例1不同之處是:1、加熱段3-2的長(zhǎng)度L為IOOcm ；2、加熱段安裝的加熱器件4為感應(yīng)式加熱器件。
[0035]實(shí)施例3
[0036]本實(shí)施例中，粉體材料合成裝置如圖2所示，包括爐體3、裝料室1、第一閥門(mén)2、第二閥門(mén)9、冷凝室6和收集室10。與實(shí)施例1不同之處是:1、加熱段3-2的長(zhǎng)度L為40cm ；
2、加熱段3-2安裝的加熱器件4為微波發(fā)生器，微波發(fā)生器通過(guò)波導(dǎo)17與加熱段連接。
[0037]實(shí)施例4
[0038]本實(shí)施例使用實(shí)施例1所述粉體材料合成裝置，工藝步驟依次如下:
[0039]①將平均粒徑為20 μ m、純度為5N的碲粉和鎘粉按摩爾比1:1配料并混合均勻，配料總質(zhì)量為220g，然后在所述第一閥門(mén)2關(guān)閉的狀態(tài)下將混合均勻的碲粉和鎘粉裝入所述裝料室I內(nèi)；
[0040]②在所述第二閥門(mén)9處于關(guān)閉的狀態(tài)下對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔抽真空至I X 10_3Pa，再通過(guò)充入氬氣-抽真空的操作循環(huán)3次完成爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的清洗(充入氬氣-抽真空的循環(huán)操作:向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入純度為5N的氬氣至常壓、再將爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔抽真空至IX 10_3Pa，再向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入純度為5N的氬氣至常壓、再將爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔抽真空至IX 10_3Pa，再向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入純度為5N的氬氣至常壓、再將爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔抽真空至IXl(T3Pa);清洗爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔完成后，向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入純度為5N的氬氣調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的壓強(qiáng)至IXlO3Pa ;在調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)的同時(shí)，通過(guò)抽真空將裝料室1、收集室10內(nèi)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至IX 10_3Pa，并使冷凝室6在循環(huán)冷卻水的作用下處于冷卻工作狀態(tài)；
[0041]③打開(kāi)加熱電源，將爐體加熱段3-2內(nèi)腔的溫度升至500°C，然后開(kāi)啟第一閥門(mén)2，裝料室內(nèi)的原料粉料即以自由降落的方式陸續(xù)進(jìn)入爐體內(nèi)腔，在經(jīng)過(guò)爐體的加熱段后完成合成反應(yīng)，并直接落入冷凝室6內(nèi)腔冷凝成碲化鎘粉末；
[0042]④在裝料室I內(nèi)的原料粉料完全進(jìn)入爐體內(nèi)腔后關(guān)閉第一閥門(mén)2并停止對(duì)裝料室I抽真空，在進(jìn)入爐體內(nèi)腔的原料粉料的合成反應(yīng)全部完成后關(guān)閉加熱電源并開(kāi)啟第二閥門(mén)9，位于冷凝室6內(nèi)腔的碲化鎘粉末即落入收集室10內(nèi)，當(dāng)冷凝室6內(nèi)腔的碲化鎘粉末全部落入收集室10后，關(guān)閉第二閥門(mén)9，并停止對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的調(diào)壓操作、停止對(duì)收集室抽真空，關(guān)閉冷卻水，使冷凝室6處于非冷卻工作狀態(tài)，然后再開(kāi)啟收集室10的出料口 11收集碲化鎘粉末。
[0043]本實(shí)施例所收集的碲化鎘粉末為215.6g，平均粒徑為36 μ m，產(chǎn)物回收率為98%，其XRD衍射圖譜見(jiàn)圖3，從圖3可以看出，所合成的粉末由碲化鎘的單一相組成，無(wú)異相，也無(wú)過(guò)量締、鎘的沉積相。
[0044]實(shí)施例5
[0045]本實(shí)施例使用實(shí)施例1所述粉體材料合成裝置，工藝步驟依次如下:
[0046]①將平均粒徑為300 μ m、純度為3N的硒粉和鎘粉按摩爾比1: 1.1配料并混合均勻，配料總質(zhì)量為300g，然后在所述第一閥門(mén)2關(guān)閉的狀態(tài)下將混合均勻的硒粉和鎘粉裝入所述裝料室I內(nèi)；
[0047]②在所述第二閥門(mén)9處于關(guān)閉的狀態(tài)下對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔進(jìn)行清洗，清洗方法與實(shí)施例4相同。清洗爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔完成后，向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入純度為5N的氬氣調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的壓強(qiáng)至IXlOPa ;在調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)的同時(shí)，通過(guò)抽真空將裝料室1、收集室10內(nèi)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至IX 10_2Pa，并使冷凝室6在循環(huán)冷卻水的作用下處于冷卻工作狀態(tài)；
[0048]③打開(kāi)加熱電源，將爐體加熱段3-2內(nèi)腔的溫度升至700°C，然后開(kāi)啟第一閥門(mén)2，裝料室內(nèi)的原料粉料即以自由降落的方式陸續(xù)進(jìn)入爐體內(nèi)腔，在經(jīng)過(guò)爐體的加熱段后完成合成反應(yīng)，并直接落入冷凝室6內(nèi)腔冷凝成硒化鎘粉末；
[0049]④在裝料室I內(nèi)的原料粉料完全進(jìn)入爐體內(nèi)腔后關(guān)閉第一閥門(mén)2并停止對(duì)裝料室I抽真空，在進(jìn)入爐體內(nèi)腔的原料粉料的合成反應(yīng)全部完成后關(guān)閉加熱電源并開(kāi)啟第二閥門(mén)9，位于冷凝室6內(nèi)腔的硒化鎘粉末即落入收集室10內(nèi)，當(dāng)冷凝室6內(nèi)腔的硒化鎘粉末全部落入收集室10后，關(guān)閉第二閥門(mén)9，并停止對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的調(diào)壓操作、停止對(duì)收集室抽真空，關(guān)閉冷卻水，使冷凝室6處于非冷卻工作狀態(tài)，然后再開(kāi)啟收集室10的出料口 11收集硒化鎘粉末。
[0050]本實(shí)施例所收集的硒化鎘粉末為285g，平均粒徑為72 μ m，產(chǎn)物回收率為95%。
[0051]實(shí)施例6
[0052]本實(shí)施例使用實(shí)施例2所述粉體材料合成裝置，工藝步驟依次如下:
[0053]①將平均粒徑為80 μ m、純度為3N的硫粉和鎘粉按摩爾比1: 1.2配料并混合均勻，配料總質(zhì)量為300g，然后在所述第一閥門(mén)2關(guān)閉的狀態(tài)下將混合均勻的硫粉和鎘粉裝入所述裝料室I內(nèi)；
[0054]②在所述第二閥門(mén)9處于關(guān)閉的狀態(tài)下對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔進(jìn)行清洗，清洗方法與實(shí)施例1相似，不同之處在于，對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔抽真空至IX 10_4Pa，采用的氣體是純度為5N的氮?dú)?，循環(huán)次數(shù)為2次。清洗爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔完成后，向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入氮?dú)?，同時(shí)打開(kāi)真空泵抽真空，并保持氮?dú)獾牧髁啃∮谡婵毡玫某闅馑俾?，使?fàn)t體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)保持在IXlO4Pa ;在調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)的同時(shí)，通過(guò)抽真空將裝料室1、收集室10內(nèi)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至IX 10_3Pa，并使冷凝室6在循環(huán)冷卻水的作用下處于冷卻工作狀態(tài)；
[0055]③打開(kāi)加熱電源，將爐體加熱段3-2內(nèi)腔的溫度升至800°C，然后開(kāi)啟第一閥門(mén)2，裝料室內(nèi)的原料粉料即以自由降落的方式陸續(xù)進(jìn)入爐體內(nèi)腔，在經(jīng)過(guò)爐體的加熱段后完成合成反應(yīng)，并直接落入冷凝室6內(nèi)腔冷凝成硫化鎘粉末；
[0056]④在裝料室I內(nèi)的原料粉料完全進(jìn)入爐體內(nèi)腔后關(guān)閉第一閥門(mén)2并停止對(duì)裝料室I抽真空，在進(jìn)入爐體內(nèi)腔的原料粉料的合成反應(yīng)全部完成后關(guān)閉加熱電源并開(kāi)啟第二閥門(mén)9，位于冷凝室6內(nèi)腔的硫化鎘粉末即落入收集室10內(nèi)，當(dāng)冷凝室6內(nèi)腔的硫化鎘粉末全部落入收集室10后，關(guān)閉第二閥門(mén)9，并停止對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的調(diào)壓操作、停止對(duì)收集室抽真空，關(guān)閉冷卻水，使冷凝室6處于非冷卻工作狀態(tài)，然后再開(kāi)啟收集室10的出料口 11收集硫化鎘粉末。
[0057]本實(shí)施例所收集的硫化鎘粉末為295g，平均粒徑為62 μ m,產(chǎn)物回收率為98.3%。
[0058]實(shí)施例7
[0059]本實(shí)施例使用實(shí)施例2所述粉體材料合成裝置，工藝步驟依次如下:
[0060]①將平均粒徑為200 μ m、純度為4N的碲粉和鋅粉按摩爾比1:1配料并混合均勻，配料總質(zhì)量為500g，然后在所述第一閥門(mén)2關(guān)閉的狀態(tài)下將混合均勻的碲粉和鋅粉裝入所述裝料室I內(nèi)；
[0061]②在所述第二閥門(mén)9處于關(guān)閉的狀態(tài)下對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔進(jìn)行清洗，清洗方法與實(shí)施例1相似，不同之處在于，采用的氣體是純度為5N的氫氣，循環(huán)次數(shù)為2次。清洗爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔完成后，向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入氫氣，同時(shí)打開(kāi)真空泵抽真空，并保持氫氣的流量小于真空泵的抽氣速率，使?fàn)t體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)保持在5X IO2Pa ;在調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)的同時(shí)，通過(guò)抽真空將裝料室1、收集室10內(nèi)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至I X 10_2Pa，并使冷凝室6在循環(huán)冷卻水的作用下處于冷卻工作狀態(tài)；
[0062]③打開(kāi)加熱電源，將爐體加熱段3-2內(nèi)腔的溫度升至1000°C，然后開(kāi)啟第一閥門(mén)2，裝料室內(nèi)的原料粉料即以自由降落的方式陸續(xù)進(jìn)入爐體內(nèi)腔，在經(jīng)過(guò)爐體的加熱段后完成合成反應(yīng)，并直接落入冷凝室6內(nèi)腔冷凝成締化鋅粉末；
[0063]④在裝料室I內(nèi)的原料粉料完全進(jìn)入爐體內(nèi)腔后關(guān)閉第一閥門(mén)2并停止對(duì)裝料室I抽真空，在進(jìn)入爐體內(nèi)腔的原料粉料的合成反應(yīng)全部完成后關(guān)閉加熱電源并開(kāi)啟第二閥門(mén)9，位于冷凝室6內(nèi)腔的碲化鋅粉末即落入收集室10內(nèi)，當(dāng)冷凝室6內(nèi)腔的碲化鋅粉末全部落入收集室10后，關(guān)閉第二閥門(mén)9，并停止對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的調(diào)壓操作、停止對(duì)收集室抽真空，關(guān)閉冷卻水，使冷凝室6處于非冷卻工作狀態(tài)，然后再開(kāi)啟收集室10的出料口 11收集碲化鋅粉末。
[0064]本實(shí)施例所收集的碲化鋅粉末為495g，平均粒徑為104 μ m，產(chǎn)物回收率為99%。
[0065]實(shí)施例8
[0066]本實(shí)施例使用實(shí)施例3所述粉體材料合成裝置，工藝步驟依次如下:
[0067]①將平均粒徑為10 μ m、純度為4N的硒粉和鋅粉按摩爾比1: 1.1配料并混合均勻，配料總質(zhì)量為400g，然后在所述第一閥門(mén)2關(guān)閉的狀態(tài)下將混合均勻的硒粉和鋅粉裝入所述裝料室I內(nèi)；
[0068]②在所述第二閥門(mén)9處于關(guān)閉的狀態(tài)下對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔進(jìn)行清洗，清洗方法與實(shí)施例1相似，不同之處在于，循環(huán)次數(shù)為2次。清洗爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔完成后，向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入氬氣，同時(shí)打開(kāi)真空泵抽真空，并保持氬氣的流量小于真空泵的抽氣速率，使?fàn)t體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)保持在IXKT1Pa ;在調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)的同時(shí)，通過(guò)抽真空將裝料室1、收集室10內(nèi)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至IX 10_2Pa，并使冷凝室6在循環(huán)冷卻水的作用下處于冷卻工作狀態(tài)；
[0069]③打開(kāi)加熱電源，將爐體加熱段3-2內(nèi)腔的溫度升至800°C，然后開(kāi)啟第一閥門(mén)2，裝料室內(nèi)的原料粉料即以自由降落的方式陸續(xù)進(jìn)入爐體內(nèi)腔，在經(jīng)過(guò)爐體的加熱段后完成合成反應(yīng)，并直接落入冷凝室6內(nèi)腔冷凝成硒化鋅粉末；
[0070]④在裝料室I內(nèi)的原料粉料完全進(jìn)入爐體內(nèi)腔后關(guān)閉第一閥門(mén)2并停止對(duì)裝料室I抽真空，在進(jìn)入爐體內(nèi)腔的原料粉料的合成反應(yīng)全部完成后關(guān)閉加熱電源并開(kāi)啟第二閥門(mén)9，位于冷凝室6內(nèi)腔的硒化鋅粉末即落入收集室10內(nèi)，當(dāng)冷凝室6內(nèi)腔的硒化鋅粉末全部落入收集室10后，關(guān)閉第二閥門(mén)9，并停止對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的調(diào)壓操作、停止對(duì)收集室抽真空，關(guān)閉冷卻水，使冷凝室6處于非冷卻工作狀態(tài)，然后再開(kāi)啟收集室10的出料口 11收集硒化鋅粉末。
[0071]本實(shí)施例所收集的硒化鋅粉末為390g，平均粒徑為24 μ m，產(chǎn)物回收率為97.5%。
[0072]實(shí)施例9
[0073]本實(shí)施例使用實(shí)施例3所述粉體材料合成裝置，工藝步驟依次如下:
[0074]①將平均粒徑為20 μ m、純度為4N的硫粉和鋅粉按摩爾比1:1配料并混合均勻，配料總質(zhì)量為300g，然后在所述第一閥門(mén)2關(guān)閉的狀態(tài)下將混合均勻的硫粉和鋅粉裝入所述裝料室I內(nèi)；
[0075]②在所述第二閥門(mén)9處于關(guān)閉的狀態(tài)下對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔進(jìn)行清洗，清洗方法與實(shí)施例1相似，不同之處在于，循環(huán)次數(shù)為2次。清洗爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔完成后，向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入氬氣，同時(shí)打開(kāi)真空泵抽真空，并保持氬氣的流量小于真空泵的抽氣速率，使?fàn)t體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)保持在SXlO2Pa;在調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)的同時(shí)，通過(guò)抽真空將裝料室1、收集室10內(nèi)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至IX 10_2Pa，并使冷凝室6在循環(huán)冷卻水的作用下處于冷卻工作狀態(tài)；
[0076]③打開(kāi)加熱電源，將爐體加熱段3-2內(nèi)腔的溫度升至800°C，然后開(kāi)啟第一閥門(mén)2，裝料室內(nèi)的原料粉料即以自由降落的方式陸續(xù)進(jìn)入爐體內(nèi)腔，在經(jīng)過(guò)爐體的加熱段后完成合成反應(yīng)，并直接落入冷凝室6內(nèi)腔冷凝成硫化鋅粉末；
[0077]④在裝料室I內(nèi)的原料粉料完全進(jìn)入爐體內(nèi)腔后關(guān)閉第一閥門(mén)2并停止對(duì)裝料室I抽真空，在進(jìn)入爐體內(nèi)腔的原料粉料的合成反應(yīng)全部完成后關(guān)閉加熱電源并開(kāi)啟第二閥門(mén)9，位于冷凝室6內(nèi)腔的硫化鋅粉末即落入收集室10內(nèi)，當(dāng)冷凝室6內(nèi)腔的硫化鋅粉末全部落入收集室10后，關(guān)閉第二閥門(mén)9，并停止對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的調(diào)壓操作、停止對(duì)收集室抽真空，關(guān)閉冷卻水，使冷凝室6處于非冷卻工作狀態(tài)，然后再開(kāi)啟收集室10的出料口 11收集硫化鋅粉末。
[0078]本實(shí)施例所收集的硫化鋅粉末為289g，平均粒徑為31 μ m，產(chǎn)物回收率為96.3%。
[0079]實(shí)施例10
[0080]本實(shí)施例使用實(shí)施例2所述粉體材料合成裝置，工藝步驟依次如下:
[0081]①將平均粒徑為80 μ m、純度為5N的碲粉、硒粉和鎘粉按摩爾比0.5:0.5:1配料并混合均勻，配料總質(zhì)量為400g，然后在所述第一閥門(mén)2關(guān)閉的狀態(tài)下將混合均勻的碲粉、硒粉和鎘粉裝入所述裝料室I內(nèi)；
[0082]②在所述第二閥門(mén)9處于關(guān)閉的狀態(tài)下對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔進(jìn)行清洗，清洗方法與實(shí)施例1相同。清洗爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔完成后，向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入氬氣，同時(shí)打開(kāi)真空泵抽真空，并保持氬氣的流量小于真空泵的抽氣速率，使?fàn)t體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)保持在lX10_2Pa ;在調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)的同時(shí)，通過(guò)抽真空將裝料室1、收集室10內(nèi)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至I X 10_3Pa，并使冷凝室6在循環(huán)冷卻水的作用下處于冷卻工作狀態(tài)；
[0083]③打開(kāi)加熱電源，將爐體加熱段3-2內(nèi)腔的溫度升至800°C，然后開(kāi)啟第一閥門(mén)2，裝料室內(nèi)的原料粉料即以自由降落的方式陸續(xù)進(jìn)入爐體內(nèi)腔，在經(jīng)過(guò)爐體的加熱段后完成合成反應(yīng)，并直接落入冷凝室6內(nèi)腔冷凝成CdSeTe粉末；
[0084]④在裝料室I內(nèi)的原料粉料完全進(jìn)入爐體內(nèi)腔后關(guān)閉第一閥門(mén)2并停止對(duì)裝料室I抽真空，在進(jìn)入爐體內(nèi)腔的原料粉料的合成反應(yīng)全部完成后關(guān)閉加熱電源并開(kāi)啟第二閥門(mén)9，位于冷凝室6內(nèi)腔的CdSeTe粉末即落入收集室10內(nèi)，當(dāng)冷凝室6內(nèi)腔的CdSeTe粉末全部落入收集室10后，關(guān)閉第二閥門(mén)9，并停止對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的調(diào)壓操作、停止對(duì)收集室抽真空，關(guān)閉冷卻水，使冷凝室6處于非冷卻工作狀態(tài)，然后再開(kāi)啟收集室10的出料口 11收集CdSeTe粉末。
[0085]本實(shí)施例所收集的CdSeTe粉末為372g，平均粒徑為43 μ m，產(chǎn)物回收率為93%。
【權(quán)利要求】
1.一種粉體材料合成裝置，包括爐體(3)，其特征在于還包括裝料室(I)、第一閥門(mén)(2)、第二閥門(mén)(9)、冷凝室(6)和收集室(10)，所述爐體(3)由隔熱段(3-1)和加熱段(3-2)組成，隔熱段(3-1)設(shè)置有用于與保護(hù)氣體氣源連接的進(jìn)氣口(13)和用于與真空泵連接的第一出氣口(14)，加熱段(3-2)安裝有加熱器件(4)和控溫?zé)犭娕?5)，所述裝料室(I)設(shè)置有用于與真空泵連接的第二出氣口(15)，所述收集室(10)設(shè)置有用于與真空泵連接的第三出氣口 (16)； 爐體(3)立式安裝，其隔熱段(3-1)在上、加熱段(3-2)在下，用支架(12)支撐；裝料室(I)通過(guò)第一閥門(mén)(2)與爐體的隔熱段(3-1)頂部連接，第一閥門(mén)(2)用于控制裝料室與爐體內(nèi)腔的相通或隔離；冷凝室(6)與爐體的加熱段(3-2)底部連接，冷凝室內(nèi)腔與爐體的內(nèi)腔相通；收集室(10)通過(guò)第二閥門(mén)(9)與冷凝室(6)連接，第二閥門(mén)(9)用于控制冷凝室(6)與收集室(10)的相通或隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述粉體材料合成裝置，其特征在于爐體加熱段(3-2)的長(zhǎng)度(L)為 40cm ~200cm。
3.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1或2所述粉體材料合成裝置，其特征在于冷凝室(6)的室體壁為夾層結(jié)構(gòu)，室體外壁設(shè)置有與夾層相通的冷卻介質(zhì)入口(8)和冷卻介質(zhì)出口(7)。
4.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1或2所述粉體材料合成裝置，其特征在于所述加熱器件(4)為電阻式加熱器件或感應(yīng)式加熱器件或微波發(fā)生器。
5.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求3所述粉體材料合成裝置，其特征在于所述加熱器件(4)為電阻式加熱器件或感應(yīng)式加熱器件或微波發(fā)生器。
6.一種IIB-VIA族化合物粉末的自由降落高溫合成方法，其特征在于使用權(quán)利要求1至5中任一粉體材料合成裝置，工藝步驟依次如下: ①將VIA族非金屬粉末與IIB族金屬粉末按照摩爾比1:(I~1.2)進(jìn)行配料并混合均勻，在所述第一閥門(mén)(2)關(guān)閉的狀態(tài)下將上述混合均勻的粉料裝入所述裝料室(I)內(nèi)； ②在所述第二閥門(mén)(9)處于關(guān)閉的狀態(tài)下采用向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔交替抽真空、充入保護(hù)氣體的方式清洗爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔，以去除爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的雜質(zhì)氣體，清洗爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔完成后，采用向爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔充入保護(hù)氣體、或同時(shí)抽真空和充入保護(hù)氣體的方式將爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至lX10_2Pa~IX IO4Pa;在調(diào)節(jié)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔壓強(qiáng)的同時(shí)，通過(guò)抽真空將裝料室、收集室內(nèi)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至I X 10_3Pa~I X 10_2Pa，并使冷凝室處于冷卻工作狀態(tài)； ③打開(kāi)加熱電源，將爐體加熱段內(nèi)腔的溫度升至500~1000°C，然后開(kāi)啟第一閥門(mén)(2)，裝料室內(nèi)的原料粉料即以自由降落的方式陸續(xù)進(jìn)入爐體內(nèi)腔，在經(jīng)過(guò)爐體的加熱段(3-2)后完成合成反應(yīng)，并直接落入冷凝室(6)內(nèi)腔冷凝成IIB-VIA族化合物粉末； ④在裝料室(I)內(nèi)的原料粉料完全進(jìn)入爐體內(nèi)腔后關(guān)閉第一閥門(mén)(2)并停止對(duì)裝料室(I)抽真空，在進(jìn)入爐體內(nèi)腔的原料粉料的合成反應(yīng)全部完成后關(guān)閉加熱電源并開(kāi)啟第二閥門(mén)(9)，位于冷凝室(6)內(nèi)腔的IIB-VIA族化合物粉末即落入收集室(10)內(nèi)，當(dāng)冷凝室(6)內(nèi)腔的IIB-VIA族化合物粉末全部落入收集室(10)后，關(guān)閉第二閥門(mén)(9)，并停止對(duì)爐體內(nèi)腔和冷凝室內(nèi)腔的調(diào)壓操作、停止對(duì)收集室抽真空，使冷凝室(6)處于非冷卻工作狀態(tài)，然后再開(kāi)啟收集室(10)的出料口(11)收集IIB-VIA族化合物粉末。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述IIB-VIA族化合物粉末的自由降落高溫合成方法，其特征在于所述VIA族非金屬粉末為S粉、Se粉、Te粉中的至少一種；所述IIB族金屬粉末為Zn粉、Cd粉中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述IIB-VIA族化合物粉末的合成方法，其特征在于所述保護(hù)氣體為IS氣、 氮?dú)?、氫氣中的一種。
【文檔編號(hào)】C01B19/04GK104014284SQ201410244791
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】葉金文, 劉穎, 李小磊 申請(qǐng)人:四川大學(xué)