專利名稱：常壓冷等離子體納米陶瓷粉體制備設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型本發(fā)明屬于納米粉體制備技術(shù)領(lǐng)域。涉及到一種采用大氣壓下的冷等離子體制備納米陶瓷粉的裝置。
背景技術(shù)：
目前，在納米陶瓷粉體的合成方面，美國(guó)處于領(lǐng)先地位，而日本和歐洲在器件、結(jié)構(gòu)彌散、涂覆和新型儀器方面實(shí)力較強(qiáng)，我國(guó)在納米技術(shù)的研究與開發(fā)的某些方面也取得了一定的成績(jī)。在納米陶瓷材料的科研和生產(chǎn)方面，國(guó)外有代表性的單位有日本帝國(guó)化工公司、夏普公司，美國(guó)的麻省理工學(xué)院，德國(guó)的迪高沙公司，芬蘭凱米拉公司等。目前國(guó)內(nèi)有60多個(gè)研究小組，600多人從事納米材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，有20多所高等學(xué)校和研究所具有很強(qiáng)的研究力量，與納米技術(shù)相關(guān)的注冊(cè)公司有100多家。它們使用的制備納米陶瓷粉體的方法主要可分為液相法和氣相法(或者物理法和化學(xué)法)以及機(jī)械法。
(1)液相法主要有化學(xué)共沉淀、溶膠—凝膠、微乳液水熱等方法，制備了包括氧化物、氮化物、碳化物等多種性能優(yōu)良的納米陶瓷材料。但是與上述的常壓冷等離子體法相比，液相法存在以下不足?；瘜W(xué)合成法常常對(duì)人體和環(huán)境有害，而且合成化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，必須盡可能避免雜質(zhì)在產(chǎn)物中的殘留，更重要的是粒子的團(tuán)聚，在化學(xué)合成的任何一步中發(fā)生的團(tuán)聚都對(duì)材料的性質(zhì)發(fā)生影響，解決團(tuán)聚問(wèn)題是化學(xué)合成方法中的一大難題。溶膠-凝膠法可以同時(shí)控制粉末的尺寸、形貌及表面結(jié)構(gòu)，能制備單分散的、無(wú)缺陷的亞微米粉末，但是，粒子長(zhǎng)大仍然是溶膠-凝膠法的一個(gè)問(wèn)題，而且反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，加工過(guò)程復(fù)雜、成本高。微乳液水熱法可以制備出高質(zhì)量的納米粉，但同樣存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、后處理復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)。
(2)氣相法主要有熱化學(xué)合成、等離子體合成及激光合成等氣相合成方法。
(a)熱化學(xué)合成法的熱源主要有電加熱和氣體燃料燃燒，可以直接合成包括TiO2在內(nèi)的多種納米氧化物粉末，生產(chǎn)速度快，可連續(xù)生產(chǎn)，具備上述常壓冷等離子體法的共同特點(diǎn)，但是熱化學(xué)合成反應(yīng)是在高溫下瞬時(shí)完成的，要求物料在極短時(shí)間內(nèi)微觀混合，而且反應(yīng)溫度高，顆粒容易長(zhǎng)大，能源消耗高，高溫腐蝕嚴(yán)重，對(duì)反應(yīng)器形式、材質(zhì)、加熱方式以及進(jìn)料方式都有很高的要求，這些問(wèn)題目前還沒有得到很好的解決。
(b)等離子體合成可分為熱等離子體和冷等離子體。代表性的熱等離子體合成技術(shù)是在真空條件下，采用電弧蒸發(fā)固體材料并與氣氛發(fā)生反應(yīng)生成所需要的氧化物或者氮化物材料，具有粒徑小、粒徑可控、表面清潔、產(chǎn)量高、表面活性高、表面修飾作用、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。代表性的冷等離子體合成技術(shù)是采用等離子冷放電化學(xué)氣相法(PCVD)、微波等離子法等產(chǎn)生等離子體誘發(fā)化學(xué)氣相合成納米Si3N4粉等，具有明顯的特點(diǎn)，但這些技術(shù)均是在真空狀態(tài)實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)在有關(guān)于常壓微波等離子體的報(bào)道，但問(wèn)題是微波等離子體在反應(yīng)室內(nèi)的分布均勻性還存在問(wèn)題，特別是在大的反應(yīng)室中，工業(yè)放大存在困難。
(c)采用激光蒸發(fā)和離解有機(jī)金屬化合物制備納米陶瓷和其它納米粒子可以達(dá)到公斤級(jí)的產(chǎn)量。
但是氣相法制備納米顆粒的主要問(wèn)題是工業(yè)化放大存在一定困難，其實(shí)用化的關(guān)鍵在于開發(fā)一種易于放大、又能控制納米顆粒形態(tài)的制備技術(shù)。
(3)球磨法是陶瓷工藝中所使用的基本方法，用于有限的或相對(duì)硬的、脆性的材料，具有產(chǎn)量大、用以簡(jiǎn)單易行等特點(diǎn)，問(wèn)題是要制備分布均勻的納米材料還非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是提供一種能夠大規(guī)模生產(chǎn)，成本大大降低的常壓冷等離子體納米陶瓷粉體制備設(shè)備。
發(fā)明的構(gòu)思是，采用介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生冷等離子體制備納米陶瓷粉體，大大降低生產(chǎn)成本，為常壓冷等離子體的工業(yè)應(yīng)用開拓新途徑。
本實(shí)用新型的解決方案是設(shè)備由高壓電源1、電纜2、出氣孔3、廢氣處理器4、排放口5、接地陰極6、震蕩器7、進(jìn)氣口8、混氣室9、氣源10、粉體收集器11、反應(yīng)室底板12、反應(yīng)室13、阻擋介質(zhì)14、陽(yáng)極板15、反應(yīng)室側(cè)壁16、反應(yīng)室頂壁17、高壓電纜18構(gòu)成；設(shè)備安裝關(guān)系反應(yīng)室底板12水平用螺栓固定在粉體收集器11上；反應(yīng)室側(cè)壁16豎直用螺栓固定在反應(yīng)室底板12的一端；陽(yáng)極板15緊貼著反應(yīng)室側(cè)壁16并固定在反應(yīng)室側(cè)壁16上；阻擋介質(zhì)14緊貼著陽(yáng)極板15并固定在陽(yáng)極板15上；平板電極6豎直用螺栓固定在反應(yīng)室底板12的另一端并與阻擋介質(zhì)14平行；在反應(yīng)室側(cè)壁16頂端固定用螺栓固定著反應(yīng)室頂壁17；陽(yáng)極板15通過(guò)高壓電纜18與高壓電源1的陽(yáng)極連接，接地陰極6通過(guò)固定其上的電纜2與高壓電源1的陰極連接；振蕩器7固定在電極6上朝外；出氣孔3和進(jìn)氣口8在接地陰極6；廢氣處理器4用管道連接出氣孔3，排放口5廢氣處理器4上；氣源10通過(guò)管道連接著混和室9，混和室9通過(guò)道連接著接地陰極?；旌蠚怏w在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電離放電，進(jìn)行等離子體化學(xué)反應(yīng)；化合物氣體電離產(chǎn)生的金屬離子與空氣電離產(chǎn)生的活性氧原子結(jié)合，生成陶瓷納米粉體；生成的陶瓷納米粉體吸附于電極板6；吸附于電極板的陶瓷納粹米粉體在震蕩器7的作用下，落到收集器11中；產(chǎn)生的廢氣經(jīng)出氣口3進(jìn)入凈化4以后由排氣口5排放。
本實(shí)用新型的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠大規(guī)模生產(chǎn)，而其節(jié)省了材料消耗、能源消耗、復(fù)雜的工序，不需要真空、溶液和特殊的原料，因此比其它方法的成本大大降低。特別是不需真空系統(tǒng)，為常壓冷等離子體的工業(yè)應(yīng)用開拓了新途徑。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
1.接通高壓電源1，調(diào)整電壓至20kV。
2.觀察電極間的反應(yīng)室內(nèi)有穩(wěn)定的放電存在，用空氣攜帶TiCl4氣體從氣源10進(jìn)入混氣室9經(jīng)進(jìn)氣口8進(jìn)入反應(yīng)室13。
3.調(diào)整混合氣流量，維持穩(wěn)定的極板間絲狀放電。
4.反應(yīng)后生成的納米TiO2粉體吸附于電極板6表面，采用震動(dòng)法收集粉體。
5.殘余氣體有主要為氯氣等酸性氣體，由出氣口3進(jìn)入4經(jīng)稀氫氧化鈉堿性溶液吸收后由5排放。
權(quán)利要求1.常壓冷等離子體納米陶瓷粉體制備設(shè)備，其特征在于，設(shè)備由高壓電源(1)、電纜(2)、出氣孔(3)、廢氣處理器(4)、排放口(5)、接地陰極(6)、震蕩器(7)、進(jìn)氣口(8)、混氣室(9)、氣源(10)、粉體收集器(11)、反應(yīng)室底板(12)、反應(yīng)室(13)、阻擋介質(zhì)(14)、陽(yáng)極板(15)、反應(yīng)室側(cè)壁(16)、反應(yīng)室頂壁(17)、高壓電纜(18)構(gòu)成；設(shè)備安裝關(guān)系反應(yīng)室底板(12)水平用螺栓固定在粉體收集器(11)上；反應(yīng)室側(cè)壁(16)豎直用螺栓固定在反應(yīng)室底板(12)的一端；陽(yáng)極板(15)緊貼著反應(yīng)室側(cè)壁(16)并固定在反應(yīng)室側(cè)壁(16)上；阻擋介質(zhì)(14)緊貼著陽(yáng)極板(15)并固定在陽(yáng)極板(15)上；平板電極(6)豎直用螺栓固定在反應(yīng)室底板(12)的另一端并與阻擋介質(zhì)(14)平行；在反應(yīng)室側(cè)壁(16)頂端固定著反應(yīng)室頂壁(17)；陽(yáng)極板(15)通過(guò)高壓電纜(18)與高壓電源(1)的正極連接，接地陰極(6)通過(guò)固定其上的電纜(2)與高壓電源(1)的負(fù)極連接；振蕩器(7)固定在電極(6)上朝外；出氣孔(3)和進(jìn)氣口(8)在接地陰極(6)；廢氣處理器(4)用管道連接出氣孔(3)，排放口(5)廢氣處理器(4)上；氣源(10)通過(guò)管道連接著混和室(9)，混和室(9)通過(guò)道連接著接地陰極。
專利摘要常壓冷等離子體納米陶瓷粉體制備設(shè)備屬于納米粉體制備技術(shù)領(lǐng)域。涉及到一種采用大氣壓下的冷等離子體制備納米陶瓷粉的方法和裝置，這種裝置的高壓電源產(chǎn)生高壓施加在集成了阻擋介質(zhì)的兩平板電極之間，阻擋介質(zhì)之間為反應(yīng)室，在反應(yīng)室中氣體產(chǎn)生電離放電。來(lái)自氣源的氣體經(jīng)混合室、經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)室，混合氣體在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電離放電，進(jìn)行等離子體化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)的結(jié)果是產(chǎn)生陶瓷粉體和廢氣。陶瓷納米粉體吸附于電極板，在震蕩器的作用下，落到收集器中。產(chǎn)生的廢氣經(jīng)出氣口經(jīng)凈化以后由排氣口排放。本實(shí)用新型能夠大規(guī)模生產(chǎn)，成本大大降低。適用于常壓冷等離子體的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C04B35/622GK2856047SQ200520146139
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者徐久軍, 朱新河, 嚴(yán)立 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)