[實用新型]一種用來制備納米硅粉的電弧放電-等離子體復合裝置

有效

• 申請號: 201320285757.0
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN203339107U
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 劉國鈞;楊小旭;沈曉東
• 申請（專利權）人: 蘇州金瑞晨科技有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;B82Y30/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 劉憲池

技術領域

本實用新型屬于等離子技術領域，具體涉及一種用來制備納米硅粉的電弧放電-等離子體復合裝置。

背景技術

現有的納米硅制備方法可歸結為兩類方法：第一類方法是裂解小分子形成納米硅粒子（Bottom?Up）。通常以硅烷（SiH₄）為原料借用高功率激光或等離子體的能量進行脫氫，將Si-H鍵斷裂生成Si-Si鍵、硅核(Si_X)、以至硅粒子。這類方法的通病是脫氫不完全、原材料轉化率低、產率低。由于不完全脫氫，產品常包含有危害性的氣體，比如未反應的原料氣體（SiH₄）、反應中間體多聚硅烷、以及脫氫反應的副產物氫氣(H₂)。這些易燃易爆氣體嚴重影響安全生產。第二類方法是將硅塊進行機械粉碎球磨成納米粒子（Top?Down）。這種方法產出的粒子形狀不規則、大小分布不均勻。另外，機械球磨法生產納米級粒子的時間長產率低。不適宜工業化規模生產。??

現有的方法均是制得納米級別的硅粉，納米硅比表面積大，極易發生氧化等反應，不易保存。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種用來制備納米硅粉的電弧放電-等離子體復合裝置，可以直接采用高純度半導體（9N級晶硅）或太陽能級（6N級晶硅）鑄錠的硅棒，采用電弧放電、高溫等離子體氣化、活化處理、接枝反應等步驟得到一種核殼結構硅納米復合材料，成品轉化率和純度較高，使用本裝置制備方法簡單易行，適合規模化生產。

為實現上述實用新型目的，本實用新型采用了如下技術方案：

一種用來制備納米硅粉的電弧放電-等離子體復合裝置，其特征在于，包括電弧放電裝置和等離子體發生器，所述電弧放電裝置和等離子體發生器通過管道和閥門連接。

進一步的，所述電弧放電裝置包括容納火花放電的腔體，所述腔體一端連通供介電材料進入的管道，腔體另一端連通有第一收集腔，還包括置于腔體中的第一電極、第二電極以及與第一電極、第二電極導通的脈沖電源；所述第二電極連接有使第二電極旋轉的旋轉馬達，所述第一電極連接有使第一電極前后移動的步進馬達。

所述脈沖電源其產生電壓施加于第一電極和第二電極上使之產生火花放電；所述脈沖電源為旋轉脈沖電源發生器（Rotary?Impulse?Generator）、弛豫電源發生器（Relaxation?Generator）、脈沖電源發生器（Pulse?Generator）和雜化電源發生器（Hybird?Generator）中的任何一種。

進一步的，所述等離子體發生器包括中空的腔體，所述腔體上端設有供硅粉料進入的投料口和保護氣氛通入的風簾；所述腔體內部分為上、中、下三部分，上半部分為燃燒室，中間部分為接枝反應腔，下半部分為沉淀腔；所述燃燒室內裝有石英管，石英管外圍繞有放電線圈，所述放電線圈外接有電源；石英管內為等離子弧；所述石英管上端連接投料口和風簾進氣端；等離子弧下端設在接枝反應腔內，接枝反應腔內壁設有從外部通入活性氣體和接枝反應氣體的進氣管道，所述活性氣體進氣管道的噴嘴朝向等離子弧下端。?

進一步的，所述第一電極為所需制備的納米材料的塊材，其靠近第二電極的一面為凹形的圓柱面；所述第二電極為圓柱體面；所述第二電極的圓柱體面與第一電極的凹形圓柱面的間距為0.8~1.2mm。

進一步的，所述投料口上端與第一收集腔的出口用管道連接，所述管道上設有第一閥門。

進一步的，所述等離子體發生器的腔體外壁上設有冷卻裝置，所述冷卻裝置為裝有冷卻水的管道。

進一步的，所述接枝反應氣體的進氣管道設在活性氣體進氣管道的下方。

進一步的，所述沉淀腔下端出口連接有第二收集腔，所述第二收集腔內設有篩網，用于收集制備好的納米硅粉。

實用新型優點：

本實用新型所述用來制備納米硅粉的電弧放電-等離子體復合裝置，具有如下優點：

可以直接采用高純度半導體（9N級晶硅）或太陽能級（6N級晶硅）鑄錠的硅棒，采用電弧放電、高溫等離子體氣化、活化處理、接枝反應等步驟得到一種核殼結構硅納米復合材料，成品轉化率和純度較高，使用本裝置制備方法簡單易行，適合規模化生產。

附圖說明

圖1為本實用新型所述用來制備納米硅粉的電弧放電-等離子體復合裝置的結構示意圖；