[实用新型]环形单晶无机非金属部件的制作设备及飞轮

说明书

本实用新型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。

技术领域

本实用新型涉及制造技术领域，特别涉及环形单晶无机非金属部件的制作设备及飞轮。

背景技术

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。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型实施例提供的具体方案如下：

第一方面，本实用新型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。