一种硅烷化处理装置

1.本发明涉及材料表面改性领域，进一步地涉及一种硅烷化处理装置。


背景技术：

2.随着我国航天事业的高速发展，近地轨道航天器的应用日趋增多，需求也更加迫切。其中低轨航天器服役过程中面临复杂的服役环境，其中低地球轨道的高度为200-700km，低地球轨道的环境含有高浓度高活性的原子氧，原子氧会剧烈侵蚀处于低地球轨道的航天器表面的聚酰亚胺薄膜等聚合物以及碳纤维/树脂等复合材料，造成结构材料强度下降、功能材料性能变差，原子氧氧化侵蚀过程还会造成航天器敏感表面的污染，进而会导致航天器综合性能下降、寿命缩短，从而影响航天器的在轨服役寿命，因此，航天器表面聚合物及其复合材料需要进行原子氧防护。
3.目前，国内外应用的原子氧防护方案主要包括无机氧化硅和有机硅防护涂层等，该类防护涂层具有一定的防护效果，但基材表面的氧化硅涂层因有机/无机界面突变而容易开裂，导致原子氧掏蚀从而损伤基材，另外有机硅胶涂层厚重、防护效率低，暴露后分解会造成污染并影响太阳能电池效率，防原子氧表面改性技术在基材表面/亚表面键合梯度层，兼顾基材匹配性和原子氧防护性能，有望实现较优的低轨综合防护性能。
4.湿法活化硅烷化技术是一种重要的防原子氧表面改性技术，依次包括活化、硅烷化、稳定化3个主要过程。然而，在湿法活化硅烷化技术实施过程中，尤其在处理大尺寸样品时，可能会因为样品活化后的表面层比较脆弱而出现样品活化后的表层在硅烷化过程中脱落、不均匀、深度不够等问题。一方面，硅烷化处理装置如采用常规的振动或晃动方式，易导致硅烷化过程中活化后的表层脱落的问题；一方面，硅烷化过程中如采用溶液静置的方式会导致硅烷化不均匀的问题；为了改善上述问题而采用样品静置同时溶液常规对流的方式进行处理，会导致硅烷化层深度不够的问题。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种硅烷化处理装置，解决了现有技术中的硅烷化处理装置处理样品的硅烷化效果不佳的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种硅烷化处理装置，包括：
7.壳体，内部开设有反应槽，所述反应槽用于放置待硅烷化处理样件和硅烷试剂，所述壳体内还设置有若干加热板，所述加热板均对应分布于所述反应槽外的两侧；
8.至少两个导液管，所述导液管均设置于所述反应槽内对应所述待硅烷化处理样件的两侧，所述导液管上均开设有若干导液孔，所述导液管通过软管连接，所述软管上还连通有动力泵，若干所述导液管、所述软管与所述反应槽形成闭环管路，使得所述硅烷试剂能够在所述动力泵的驱动下于所述闭环管路内以预定流速进行循环流动。
9.通过在待硅烷化处理样件的两侧设置开设有导液孔的导液管，同时硅烷试剂在动力泵的驱动下于反应槽内以预定流速进行流动，若干导液孔的设定将流经导液管的硅烷试
剂多次分流，有效减少硅烷试剂的压力，从而形成微流，使待硅烷化处理样件的两侧表面与硅烷试剂充分接触并反应，有效提高了样件表面的硅烷化层的深度，从而有效延长了样件产品后续的使用寿命。
10.在一些实施方式中，所述反应槽为t型反应槽，所述t型反应槽包括横槽和与所述横槽垂直连通的纵槽，所述纵槽用于放置待硅烷化处理样件，所述横槽与所述纵槽的连接处均设置有倒角。
11.t型反应槽的设定不仅有效节约了反应槽内硅烷试剂的使用量，也有效解决了反应槽内硅烷试剂被加热后因为体积膨胀而引起硅烷试剂溢出等问题。
12.在一些实施方式中，所述导液管均为u型导液管，所述u型导液管的数目为两个，所述u型导液管分别设置于所述待硅烷化处理样件对应所述硅烷试剂的流向的两端，所述u型导液管包括两个平行的管路，所两个平行的所述管路分别紧贴所述纵槽两侧的槽壁，所述待硅烷化处理样件放置于两个所述管路之间。
13.u型导液管的设定使待硅烷化处理样件对应硅烷试剂流动方向的两面均设置有开设导液孔的管路，使待硅烷化处理样件的两面能够接触相同流速的硅烷试剂，从而有效确保样件的两面表面的硅烷化层深度保持一致，u型导液管上的导液孔均朝向或背离硅烷试剂流动的方向，经由导液孔流出的硅烷试剂的流向一致性和流速均匀性，另外u型导液管分别设置于待硅烷化处理样件对应硅烷试剂的流向方向的两端，使经由导液孔的硅烷试剂流动范围覆盖待硅烷化处理样件的两侧，从而使待硅烷化处理样件的两侧硅烷化反应均匀。
14.在一些实施方式中，所述u型导液管的两个端口均设置有导流套，对应的两个所述导流套通过三通导管与所述软管连通；
15.所述u型导液管的两个端口均包括有连接环，所述连接环的一侧均连通所述u型导液管，所述导流套包括套管和固定螺母，所述套管的一端与所述三通导管连通，所述套管的另一端套插固定所述固定螺母，所述套管远离所述连接管的一端设置有与所述连接环对应的连接槽，所述连接槽上设置有若干小孔。
16.导流套对流入导液管的硅烷试剂进行分压分流形成混合微流，从而有效保障u型导液管的两端压力的均匀性及导流孔的压力的均匀性，使硅烷试剂能够经由导液孔平行流向反应槽。
17.在一些实施方式中，所述加热板设置于所述壳体上与所述硅烷试剂的流向方向对应平行的侧壁上，所述加热板与所述纵槽之间留有间隙，所述加热板之间还设置有保温棉，所述保温棉覆盖所述壳体的侧壁。
18.通过加热板辐射纵槽，使纵槽的侧壁受热进而传导热到反应槽中的硅烷试剂，使硅烷试剂加热更均匀、更安全，有效避免了因直接加热而引起硅烷试剂局部过热，从而导致硅烷试剂温度超过硅烷试剂闪点引发爆炸的问题，另外保温棉的设定强化了硅烷化处理装置的保温性能。
19.在一些实施方式中，所述软管上还设置有管道电加热器、泄压阀，所述管道电加热器用于加热流经所述管道电加热器的所述硅烷试剂，所述泄压阀用于降低所述软管内的压力。
20.利用管道电加热器加热从反应槽流出再流经管道电加热器的硅烷试剂，使得反应槽流出再流经软管的硅烷试剂的温度和反应槽内的硅烷试剂的温度基本一致。
21.在一些实施方式中，所述反应槽的开口设置有密封盖，所述密封盖转动连接于所述开口的一侧；
22.所述壳体连接所述密封盖的一侧固定设置有所述气缸装置，所述气缸装置的输出端连接所述密封盖远离所述反应槽的一面，使得所述密封盖能够在所述气缸装置的驱动下转动。
23.在一些实施方式中，所述开口远离所述密封盖与所述开口连接的一侧设置有风刀装置，所述风刀装置朝向所述密封盖与所述开口的连接结构的一侧，以形成惰性气体风幕从而保护硅烷试剂。
24.通过设置风刀装置，使得在硅烷试剂加热至高温的阶段打开密封盖仍能保护反应槽内的硅烷试剂不受外界空气的影响，以确保硅烷试剂的质量，为硅烷化处理提供保障。
25.在一些实施方式中，所述壳体还包括液位观察口、测温口和排液口，所述液位观察口设置于所述壳体靠近所述三通导管的侧壁上，所述测温口设置于所述壳体上靠近所述加热块的侧壁，所述排液口设置于所述壳体对应所述纵槽的底部的侧壁上。
26.在一些实施方式中，所述壳体还包括若干防滴液槽，若干所述防滴液槽设置于所述密封盖与所述开口的连接结构的下方。
27.防滴液槽用于收集从反应槽挥发并凝固于密封盖上的废液，定期回收废液以保护环境。
28.通过本发明提供的一种硅烷化处理装置，能够带来以下至少一种有益效果：
29.1、本发明通过将待硅烷化处理样件放置于充有适量硅烷试剂的反应槽内，同时使硅烷试剂在动力泵的驱动下于待硅烷化处理样件的两侧表面以预定流速进行对流流动，若干导液孔的设定将流经导液管的硅烷试剂多次分流，有效减少硅烷试剂的压力，从而形成微流，使待硅烷化处理样件充分与流动的硅烷试剂接触反应，从而达到待硅烷化处理样件表面硅烷化均匀的效果，有效地避免待硅烷化处理样件表面硅烷化深度不够从而导致待硅烷化处理样件表面硅烷化层脱落的情况，提升产品硅烷化的良品率，为后续的已硅烷化处理的产品的使用提供有效保障。
30.2、本发明中u型导液管的设定使待硅烷化处理样件的两面均设置有开设导液孔的管路，使待硅烷化处理样件的两面能够接触相同流速的硅烷试剂，避免样件表面接触的硅烷试剂因反应导致的浓度差的问题，从而有效确保样件的两面表面的硅烷化层深度保持一致，u型导液管上的导液孔均朝向或背离硅烷试剂流动的方向，经由导液孔流出的硅烷试剂的流向一致性和流速均匀性，另外导流套使流入导液管的硅烷试剂形成混合微流，从而有效保障u型导液管的两端压力的均匀性及导流孔的压力的均匀性，使硅烷试剂能够经由导液孔平行流向反应槽，从而进一步优化了硅烷试剂流动的稳定性，强化了待硅烷化处理样件的硅烷化效果。
附图说明
31.下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
32.图1是本发明的实施例的硅烷化处理装置的立体示意图；
33.图2是本发明的实施例的硅烷化处理装置的侧面透视示意图；
34.图3是本发明的实施例的硅烷化处理装置的俯视示意图；
35.图4是本发明的实施例的硅烷化处理装置的后视示意图；
36.图5是本发明的实施例的硅烷化处理装置的正视透视示意图；
37.图6是本发明的实施例的硅烷化处理装置的软管和导流套的结构示意图。
38.附图标号说明：
39.壳体10、保温棉11、加热板12、测温口13、反应槽20、横槽21、导流套22、纵槽23、u型导液管30、导液孔31、连接环32、软管40、管道电加热器50、动力泵60、气缸装置70、密封盖80、风刀装置81、密封胶82、排液口90、泄压阀100。
具体实施方式
40.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。
41.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
42.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
43.在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.另外，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.在一个实施例中，参考说明书附图1至图6所示，本发明提供的硅烷化处理装置，包括壳体10和至少两个导液管，其中壳体10的内部开设有反应槽20，反应槽20用于放置待硅烷化处理样件和硅烷试剂，使待硅烷化处理样件浸泡于硅烷试剂内，壳体10内还设置有若干加热板12，加热板12均对应分布于反应槽20外的两侧，导液管均设置于反应槽20内对应待硅烷化处理样件的两侧，导液管上均开设有若干导液孔31，导液管通过软管40连接，软管40上还连通有动力泵60，若干导液管、软管40与反应槽20形成闭环管路，使得硅烷试剂能够在动力泵60的驱动下于闭环管路内以预定流速进行循环流动。
46.具体地，通过控制动力泵60来调节硅烷试剂的流动速度，使硅烷试剂能够以预定的流速流动，避免流速过快导致待硅烷化处理样件被冲刷受损，再通过导液孔31的导向作用，使硅烷试剂在反应槽20内的流向单一均匀，需要指出的是，软管的材质一般为不锈钢材质。
47.在一个实施例中，参考说明书附图2所示，反应槽20为t型反应槽20，t型反应槽20
包括横槽21和与横槽21垂直连通的纵槽23，纵槽23用于放置待硅烷化处理样件，横槽21与纵槽23的连接处均设置有倒角。
48.具体地，从硅烷试剂流动的方向看反应槽20的视图为“t”字结构，纵槽23连通横槽21的中间位置，使用硅烷化处理装置时，待硅烷化处理样件放置于纵槽23内，不仅利于减少硅烷试剂的使用量以有效降低成本，同时有效避免硅烷试剂加热后硅烷试剂体积膨胀溢出的情况，另外横槽21与纵槽23的连接处均设置有倒角，以方便待硅烷化处理样件放置于纵槽23。
49.在一个实施例中，在上个实施例的基础上，参考说明书附图3所示，导液管均为u型导液管30，u型导液管30的数目为两个，u型导液管30分别设置于待硅烷化处理样件对应硅烷试剂的流向的两端，u型导液管30包括两个平行的管路，所两个平行的管路分别紧贴纵槽23两侧的槽壁，待硅烷化处理样件放置于两个管路之间。
50.具体地，一个u型导液管30作为进液管，另一个u型导液管30作为出液管，u型导液管30由导热性能高的金属管弯曲而成，金属管的材质是铜、、铝和钛中的任一种，具体的材质根据实际需求而定，每间隔固定距离开一个导流孔，导流孔可以采用圆形小孔，导流孔的孔型还可以采用正方形、六边形或其他对称规则图形，具体的孔型根据实际液体的湍流特性而定。
51.在一个实施例中，参考说明书附图3和图6所示，u型导液管30的两个端口均设置有导流套22，对应的两个导流套22通过三通导管与软管40连通，u型导液管30的两个端口均包括有连接环32，连接环32的一侧均连通u型导液管30，导流套22包括套管和固定螺母，套管的一端与三通导管连通，套管的另一端套插固定螺母，套管远离连接管的一端设置有与连接环32对应的连接槽，连接槽上设置有若干小孔。
52.具体地，作为进液管的u型导液管30导流套22通过让流经导流套22的硅烷试剂经过若干小孔分流流出，使流入导液管的硅烷试剂分流形成多股混合微流，有效保障u型导液管30的两端压力的均匀性及导流孔的压力的均匀性，使硅烷试剂能够经由导液孔31平行流向反应槽20，另外导流套22的可装卸性使u型导液管30方便更换。
53.在一个实施例中，参考说明书附图3和图5所示，加热板12设置于壳体10上与硅烷试剂的流向方向对应平行的侧壁上，加热板12与纵槽23之间留有间隙，加热板12之间还设置有保温棉11，保温棉11覆盖壳体10的侧壁。
54.具体地，加热板12可以分为8组，反应槽20的两侧对应位置的加热板12为一组，每组加热板12数量为2块，每组加热板12通过一个温度控制器进行控制，以便更精准地控制加热板12的加热均匀性，加热板12具体为红外加热块，也可以是陶瓷加热板块，具体的根据待硅烷化的材料的加热特性而定，保温棉11的材质可以是氧化铝纤维棉。
55.在一个实施例中，参考说明书附图4所示，软管40上还设置有管道电加热器50、泄压阀100，管道电加热器50用于加热流经管道电加热器50的硅烷试剂，泄压阀100用于降低软管40内的压力。
56.具体地，硅烷试剂循环流动时可以依次通过管道电加热器50、动力泵60及泄压阀100，管道电加热器50、动力泵60及泄压阀100均安装于壳体10的背面靠近底部的位置，其中管道电加热器50的进口和出口均设置有一个温度计装置，使得能够通过观察温度计调节管道电加热器50，进而保证通过循环再次进入反应槽20的硅烷试剂温度与反应槽20内的硅烷
试剂温度基本一致。
57.在一个实施例中，在上述实施例的基础上，参考说明书附图2所示，反应槽20的开口设置有密封盖80，密封盖80转动连接于开口的一侧，壳体10连接密封盖80的一侧固定设置有气缸装置70，气缸装置70的输出端连接密封盖80远离反应槽20的一面，使得密封盖80能够在气缸装置70的驱动下转动，为密封盖80的开关提供了方便。
58.需要指出的是，密封盖80对应开口的位置环绕设置有密封胶82，以确保密封盖80关闭后反应槽20的密封性。
59.在一个实施例中，在上述实施例的基础上，参考说明书附图2所示，开口远离密封盖80与开口连接的一侧设置有风刀装置81，风刀装置81朝向密封盖80与开口的连接结构的一侧，以形成惰性气体风幕从而保护硅烷试剂。
60.具体地，风刀装置81和密封盖80联动控制设置，当硅烷试剂加热至高温的阶段打开密封盖80时，触发风刀装置81的触点开关，使风刀装置81开启，有效避免了反应槽20内的硅烷试剂受外界空气的影响，从而影响最终的待硅烷化处理样件硅烷化的反应质量。
61.在一个实施例中，参考说明书附图1和图3所示，壳体10还包括液位观察口、测温口13和排液口90，液位观察口设置于壳体10靠近三通导管的侧壁上，测温口13设置于壳体10上靠近加热块的侧壁，排液口90设置于壳体10对应纵槽23的底部的侧壁上。
62.具体地，液位观察口用于读取反应槽20内的液位变化，以记录硅烷试剂的使用损耗情况，也可以通过设置液位计等装置进行观测反应槽20内的硅烷试剂体积情况，进而及时进行补充硅烷试剂，以确保待硅烷化处理样件硅烷化能够持续进行，排液口90用于补充和排放硅烷试剂。
63.在一个实施例中，参考说明书附图3所示，壳体10还包括若干防滴液槽，若干防滴液槽设置于密封盖80与开口的连接结构的下方，防滴液槽用于收集从反应槽20挥发并凝固于密封盖80上的废液，定期回收废液以保护环境。
64.应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种硅烷化处理装置，其特征在于，包括：壳体，内部开设有反应槽，所述反应槽用于放置待硅烷化处理样件和硅烷试剂，使所述待硅烷化处理样件浸泡于所述硅烷试剂内，所述壳体内还设置有若干加热板，所述加热板均对应分布于所述反应槽外的两侧；至少两个导液管，所述导液管均设置于所述反应槽内对应所述待硅烷化处理样件的两侧，所述导液管上均开设有若干导液孔，所述导液管通过软管连接，所述软管上还连通有动力泵，若干所述导液管、所述软管与所述反应槽形成闭环管路，使得所述硅烷试剂能够在所述动力泵的驱动下于所述闭环管路内以预定流速进行循环流动，所述导液孔面向的方向与所述硅烷试剂于所述反应槽内流动的方向平行。2.根据权利要求1所述的硅烷化处理装置，其特征在于，所述反应槽为t型反应槽，所述t型反应槽包括横槽和与所述横槽垂直连通的纵槽，所述纵槽用于放置待硅烷化处理样件，所述横槽与所述纵槽的连接处均设置有倒角。3.根据权利要求2所述的硅烷化处理装置，其特征在于，所述导液管均为u型导液管，所述u型导液管的数目为两个，所述u型导液管分别设置于所述待硅烷化处理样件对应所述硅烷试剂的流向的两端，所述u型导液管包括两个平行的管路，所两个平行的所述管路分别紧贴所述纵槽两侧的槽壁，所述待硅烷化处理样件放置于两个所述管路之间。4.根据权利要求3所述的硅烷化处理装置，其特征在于，所述u型导液管的两个端口均设置有导流套，对应的两个所述导流套通过三通导管与所述软管连通；所述u型导液管的两个端口均包括有连接环，所述连接环的一侧均连通所述u型导液管，所述导流套包括套管和固定螺母，所述套管的一端与所述三通导管连通，所述套管的另一端套插固定所述固定螺母，所述套管远离所述连接管的一端设置有与所述连接环对应的连接槽，连接槽上设置有若干小孔。5.根据权利要求中2所述的硅烷化处理装置，其特征在于，所述加热板设置于所述壳体上与所述硅烷试剂的流向方向对应平行的侧壁上，所述加热板与所述纵槽之间留有间隙，所述加热板之间还设置有保温棉，所述保温棉覆盖所述壳体的侧壁。6.根据权利要求1-5任一项所述的硅烷化处理装置，其特征在于，所述软管上还设置有管道电加热器、泄压阀，所述管道电加热器用于加热流经所述管道电加热器的所述硅烷试剂，所述泄压阀用于降低所述软管内的压力。7.根据权利要求6所述的硅烷化处理装置，其特征在于，所述反应槽的开口设置有密封盖，所述密封盖转动连接于所述开口的一侧；所述壳体连接所述密封盖的一侧固定设置有所述气缸装置，所述气缸装置的输出端连接所述密封盖远离所述反应槽的一面，使得所述密封盖能够在所述气缸装置的驱动下转动。8.根据权利要求7所述的硅烷化处理装置，其特征在于，所述开口远离所述密封盖与所述开口连接的一侧设置有风刀装置，所述风刀装置朝向所述密封盖与所述开口的连接结构的一侧，以形成惰性气体风幕从而保护硅烷试剂。
9.根据权利要求7或8所述的硅烷化处理装置，其特征在于，所述壳体还包括液位观察口、测温口和排液口，所述液位观察口设置于所述壳体靠近所述三通导管的侧壁上，所述测温口设置于所述壳体上靠近所述加热块的侧壁，所述排液口设置于所述壳体对应所述纵槽的底部的侧壁上。10.根据权利要求9所述的硅烷化处理装置，其特征在于，所述壳体还包括若干防滴液槽，若干所述防滴液槽设置于所述密封盖与所述开口的连接结构的下方。

技术总结
本发明公开了一种硅烷化处理装置，包括壳体和至少两个导液管，其中壳体的内部开设有反应槽，反应槽用于放置待硅烷化处理样件和硅烷试剂，使待硅烷化处理样件浸泡于硅烷试剂内，壳体内还设置有若干加热板，加热板均对应分布于反应槽外的两侧，导液管均设置于反应槽内对应待硅烷化处理样件的两侧，导液管上均开设有若干导液孔，导液管通过软管连接，软管上还连通有动力泵，若干导液管、软管与反应槽形成闭环管路，使得硅烷试剂能够在动力泵的驱动下于闭环管路内以预定流速进行循环流动，本发明解决了现有技术中处理样品的硅烷化效果不佳的问题，有效提升了产品硅烷化的良品率，为后续的已硅烷化处理的产品的使用提供有效保障。的已硅烷化处理的产品的使用提供有效保障。的已硅烷化处理的产品的使用提供有效保障。


技术研发人员：张锦麟 谷红宇 吕少波 齐振一 宋力昕
受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/9/14