專利名稱：常壓冷等離子體納米陶瓷粉體制備設備的制作方法
技術領域：
本實用新型本發明屬于納米粉體制備技術領域。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：
目前，在納米陶瓷粉體的合成方面，美國處于領先地位，而日本和歐洲在器件、結構彌散、涂覆和新型儀器方面實力較強，我國在納米技術的研究與開發的某些方面也取得了一定的成績。在納米陶瓷材料的科研和生產方面，國外有代表性的單位有日本帝國化工公司、夏普公司，美國的麻省理工學院，德國的迪高沙公司，芬蘭凱米拉公司等。目前國內有60多個研究小組，600多人從事納米材料的基礎和應用研究，有20多所高等學校和研究所具有很強的研究力量，與納米技術相關的注冊公司有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(或者物理法和化學法)以及機械法。
(1)液相法主要有化學共沉淀、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。化學合成法常常對人體和環境有害，而且合成化學反應復雜，必須盡可能避免雜質在產物中的殘留，更重要的是粒子的團聚，在化學合成的任何一步中發生的團聚都對材料的性質發生影響，解決團聚問題是化學合成方法中的一大難題。溶膠-凝膠法可以同時控制粉末的尺寸、形貌及表面結構，能制備單分散的、無缺陷的亞微米粉末，但是，粒子長大仍然是溶膠-凝膠法的一個問題，而且反應時間長，加工過程復雜、成本高。微乳液水熱法可以制備出高質量的納米粉，但同樣存在反應時間長、后處理復雜、成本高的缺點。
(2)氣相法主要有熱化學合成、等離子體合成及激光合成等氣相合成方法。
(a)熱化學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在內的多種納米氧化物粉末，生產速度快，可連續生產，具備上述常壓冷等離子體法的共同特點，但是熱化學合成反應是在高溫下瞬時完成的，要求物料在極短時間內微觀混合，而且反應溫度高，顆粒容易長大，能源消耗高，高溫腐蝕嚴重，對反應器形式、材質、加熱方式以及進料方式都有很高的要求，這些問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是在真空條件下，采用電弧蒸發固體材料并與氣氛發生反應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、產量高、表面活性高、表面修飾作用、工藝簡單等特點。代表性的冷等離子體合成技術是采用等離子冷放電化學氣相法(PCVD)、微波等離子法等產生等離子體誘發化學氣相合成納米Si3N4粉等，具有明顯的特點，但這些技術均是在真空狀態實現的。現在有關于常壓微波等離子體的報道，但問題是微波等離子體在反應室內的分布均勻性還存在問題，特別是在大的反應室中，工業放大存在困難。
(c)采用激光蒸發和離解有機金屬化合物制備納米陶瓷和其它納米粒子可以達到公斤級的產量。
但是氣相法制備納米顆粒的主要問題是工業化放大存在一定困難，其實用化的關鍵在于開發一種易于放大、又能控制納米顆粒形態的制備技術。
(3)球磨法是陶瓷工藝中所使用的基本方法，用于有限的或相對硬的、脆性的材料，具有產量大、用以簡單易行等特點，問題是要制備分布均勻的納米材料還非常困難。
發明內容
本實用新型的目的就是提供一種能夠大規模生產，成本大大降低的常壓冷等離子體納米陶瓷粉體制備設備。
發明的構思是，采用介質阻擋放電產生冷等離子體制備納米陶瓷粉體，大大降低生產成本，為常壓冷等離子體的工業應用開拓新途徑。
本實用新型的解決方案是設備由高壓電源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、進氣口8、混氣室9、氣源10、粉體收集器11、反應室底板12、反應室13、阻擋介質14、陽極板15、反應室側壁16、反應室頂壁17、高壓電纜18構成；設備安裝關系反應室底板12水平用螺栓固定在粉體收集器11上；反應室側壁16豎直用螺栓固定在反應室底板12的一端；陽極板15緊貼著反應室側壁16并固定在反應室側壁16上；阻擋介質14緊貼著陽極板15并固定在陽極板15上；平板電極6豎直用螺栓固定在反應室底板12的另一端并與阻擋介質14平行；在反應室側壁16頂端固定用螺栓固定著反應室頂壁17；陽極板15通過高壓電纜18與高壓電源1的陽極連接，接地陰極6通過固定其上的電纜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通過管道連接著混和室9，混和室9通過道連接著接地陰極。混合氣體在電場作用下產生電離放電，進行等離子體化學反應；化合物氣體電離產生的金屬離子與空氣電離產生的活性氧原子結合，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；產生的廢氣經出氣口3進入凈化4以后由排氣口5排放。
本實用新型的主要優點是能夠大規模生產，而其節省了材料消耗、能源消耗、復雜的工序，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，為常壓冷等離子體的工業應用開拓了新途徑。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進一步說明。
圖1是本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
1.接通高壓電源1，調整電壓至20kV。
2.觀察電極間的反應室內有穩定的放電存在，用空氣攜帶TiCl4氣體從氣源10進入混氣室9經進氣口8進入反應室13。
3.調整混合氣流量，維持穩定的極板間絲狀放電。
4.反應后生成的納米TiO2粉體吸附于電極板6表面，采用震動法收集粉體。
5.殘余氣體有主要為氯氣等酸性氣體，由出氣口3進入4經稀氫氧化鈉堿性溶液吸收后由5排放。
權利要求1.常壓冷等離子體納米陶瓷粉體制備設備，其特征在于，設備由高壓電源(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)、進氣口(8)、混氣室(9)、氣源(10)、粉體收集器(11)、反應室底板(12)、反應室(13)、阻擋介質(14)、陽極板(15)、反應室側壁(16)、反應室頂壁(17)、高壓電纜(18)構成；設備安裝關系反應室底板(12)水平用螺栓固定在粉體收集器(11)上；反應室側壁(16)豎直用螺栓固定在反應室底板(12)的一端；陽極板(15)緊貼著反應室側壁(16)并固定在反應室側壁(16)上；阻擋介質(14)緊貼著陽極板(15)并固定在陽極板(15)上；平板電極(6)豎直用螺栓固定在反應室底板(12)的另一端并與阻擋介質(14)平行；在反應室側壁(16)頂端固定著反應室頂壁(17)；陽極板(15)通過高壓電纜(18)與高壓電源(1)的正極連接，接地陰極(6)通過固定其上的電纜(2)與高壓電源(1)的負極連接；振蕩器(7)固定在電極(6)上朝外；出氣孔(3)和進氣口(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)通過管道連接著混和室(9)，混和室(9)通過道連接著接地陰極。
專利摘要常壓冷等離子體納米陶瓷粉體制備設備屬于納米粉體制備技術領域。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生高壓施加在集成了阻擋介質的兩平板電極之間，阻擋介質之間為反應室，在反應室中氣體產生電離放電。來自氣源的氣體經混合室、經進氣口進入反應室，混合氣體在電場作用下產生電離放電，進行等離子體化學反應。反應的結果是產生陶瓷粉體和廢氣。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。產生的廢氣經出氣口經凈化以后由排氣口排放。本實用新型能夠大規模生產，成本大大降低。適用于常壓冷等離子體的工業應用領域。
文檔編號C04B35/622GK2856047SQ200520146139
公開日2007年1月10日 申請日期2005年12月31日 優先權日2005年12月31日
發明者徐久軍, 朱新河, 嚴立 申請人:大連海事大學