[發明專利]納米粉體機

無效

• 申請號: 200710023557.7
• 申請日: 2007-06-08
• 公開（公告）號: CN101318219A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 邊浩光
• 申請（專利權）人: 邊浩光
• 主分類號: B22F9/14
• 分類號: B22F9/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種生產納米金屬粉體的裝置，尤其涉及一種用等離子體制備納米粉體的裝 置。

背景技術

納米金屬材料由于顆粒微小，具有其他材料所無法達到的性能，在粉末冶金、精細化工、 電子信息等領域有著廣闊的前景。目前生產納米金屬粉體的方法主要有化學方法(如電解法和 羥基熱分解法水漿加壓氧還原法等)和物理方法(激光法及等離子體法)，其中等離子體法生產 納米金屬粉體是利用高頻電源放電產生等離子體弧為熱源，使金屬汽化蒸發，再經收集器冷 卻凝聚，從而生成納米金屬粉體，由于用等離子體法制備的納米金屬粉體產量大、粒度容易 控制、粉體性能好等優點，在工業上已經得到廣泛應用，相應的用等離子體生產納米金屬粉 體的設備也就應用而生。現有納米金屬粉體機也存在以下缺點：等離子槍與坩堝之間的相對 位置不能調節；制取的金屬粉體的顆粒較大，大都在100um以上，不是嚴格意義上的納米粉 體的制備技術。

發明內容

本發明的目的是提供一種納米粉體機的裝置，該裝置等離子槍與坩堝之間的相對位置可 調，且納米金屬粉體顆粒的粒徑分布在100um以下，粒徑均勻、無團簇現象。

本發明的目的可以通過以下措施實現：

一種納米粉體機的裝置，包括真空室、設在真空室內的坩堝、等離子體產生裝置、粒子 收集裝置及冷水循環系統等，所述等離子體產生裝置為外置高頻引弧裝置，其等離子槍體由 真空室壁伸入到真空室內的坩堝上方。所述粒子收集裝置包括雙層套筒及設在雙層套筒下部 的負壓抽取裝置；所述雙層筒置于所述真空室內的坩堝四周，所述負壓抽取裝置位于真空室 外；所述雙層筒的空腔與冷卻液連通，其外壁設有冷凝管。為了制取低熔點納米金屬粉體， 在上述真空室的頂部還設有可上下移動的陰極。所述粒子收集裝置的氣相出口通過循環泵與 真空室連通。

本發明的工作原理如下：在真空反應室內充入低壓惰性保護氣氛，利用高頻電源和直流 電源，在等離子槍和水冷坩堝之間產生穩定的惰性混合氣體熱等離子體。這種等離子體同時 受到經過等離子槍體水冷噴嘴的內腔時產生的機械壓縮、循環水和氣體的冷壓縮以及放電時 產生的電磁壓縮三種壓縮效應，使陰陽極間的自由電弧被壓縮成高溫、高電離度、高能量密 度的等離子體，這一高能量密度熱等離子體(中心溫度達40000K)作用于陽極的高純金屬原料 時，產生金屬氣氛等離子體，該等離子體在擴散過程中，不斷與惰性氣體原子發生激烈的碰 撞，或利用驟冷裝置迅速損失能量而冷卻，這種有效的冷卻過程在金屬蒸氣中形成很高的區 域過飽和區，使金屬蒸氣冷卻，從氣相中白發成核并凝聚生長成超微粒團簇，團簇形成后， 通過氣體對流作用而迅速離開過飽和區，最后沉積在粒子收集裝置的器壁上。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明采用高頻引弧裝置及特殊結構的等離子槍體，對高頻電源產生的等離子體弧進 行空間約束，使等離子體受到冷壓縮、機械壓縮、電磁壓縮三種壓縮效應，陰陽極之間的自 由電弧被壓縮成高溫、高電離度、高能量密度的等離子體，溫度可達30000K以上，熱功率密 度高達10⁴w/cm²，能使高熔點金屬充分汽化蒸發，制取金屬粉體。

2、本發明的超高溫蒸發熱源與驟冷裝置兩個極端參數實現了連續可調的溫度場分布和溫 度梯度，一般為10²-10⁶K/m，冷卻速度高(可達100K/S)，等離子體溫度分布區域小、成 核速率大，有利于形成極細的、高性能的金屬納米顆粒。

3、本發明為外置高頻引弧裝置，其等離子槍與坩堝之間的相對位置、角度均可自由的改 變。

4、本發明的金屬粉粒在低壓惰性保護氣體中產生，粉末純度高，呈標準球形；又由于其 在準熱平衡狀態下生成，結晶良好。

5、本發明可根據需要通過優化工藝參數控制納米粉體的大小和性能，適用于各種被蒸發 的金屬及其化合物超微粉的制取。

6、本發明工藝簡單、操作方便、產率高，且對金屬原材料的幾何形狀沒有限制，不產生 廢料。

附圖說明

圖1為本發明的結構原理圖

具體事實方式

參照圖1，一種納米粉體機的裝置，包括真空室1、設在真空室1內的坩堝2、等離子體產 生裝置3、粒子收集裝置4及冷水循環系統10等。粒子收集裝置4包括雙層套筒5及設在雙 層套筒下部的負壓抽取裝置6兩部分，其中雙層筒5置于真空室1內的坩堝2四周，而負壓 抽取裝置6設置在真空室1外；等離子體產生裝置3為外置高頻引弧裝置，其槍體通過真空 室1及套筒5的壁延伸到坩堝2的上方；上述雙層套筒5的空腔與冷卻液連通，其外壁上還 設有冷凝管7。為了制取低熔點納米金屬粉體，在真空室1的頂部設有可上下移動的陰極8(鎢 絲或金屬)；上述粒子收集裝置的負壓抽取裝置6的氣相出口通過循環泵9與真空室1連通。 上述冷水循環系統10的水冷管道可采用水電管。為了實現納米金屬粉粒的粒徑、性能的可控 性，本發明還設置了自動控制裝置，并在粒子收集裝置4的不同位置上配置等離子體診斷系 統(圖中未標出)。