[发明专利]电极装置与应用该电极装置的反应气氛控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电弧法合成碳材料技术领域，尤其涉及一种用于电弧法合成碳材料时的电极装置及应用该电极装置的一种反应气氛控制系统及一种反应气氛控制方法。

背景技术

现有技术中，电弧放电法是目前制备富勒烯最普遍且产率最高的方法。通常是以石墨棒为阴极，以石墨棒或金属复合石墨棒为阳极，在电弧放电的同时制备富勒烯和金属富勒烯。

电弧放电通常是在氦气气氛下进行的，氦气入口通常在进行放电合成的合成炉(或称电弧炉)的炉体上。目前氦气多是国外进口，因而价格高昂，每瓶氦气价格在2000元以上。按气氛的引入方式，电弧放电通常分为静态和动态两种，静态放电通常是将合成炉抽真空，到一定真空度时，充入氩气，重复数次，将空气完全除去，之后再抽真空后充入氦气，达到一定压力后，电弧放电合成富勒烯。动态方法是将空气除去后，充入氦气到一个大气压，打开炉体上的出气口。保持一定的氦气流量，在氦气流动的同时电弧放电，制备富勒烯。

这两种方法都有其本身的缺陷。静态方法时，随着电弧放电反应的进行，合成炉中的气氛变得越来越复杂，会生成大量的有机物或其它不明物质，气氛的改变严重降低了富勒烯及金属富勒烯的产率。而动态法时，氦气一直处于流动状态，完成相同的放电量，所用氦气量是静态方法的十倍以上，因此增加了富勒烯的制备成本。

另外，在富勒烯的制备时，有时需要引入其它反应气氛，例如制备含氮金属富勒烯时，可以引入氨气，所以需要在静态下进行，且需要控制氨气与惰性气体的比例。随着电弧放电的进行，这种混合气氛必然发生变化，特别是电弧放电区，氨气量大幅度下降，而外围的氨气无法及时供应于电弧放电区，因而降低了含氮金属富勒烯的产率。

因此，需要开发一种反应气氛控制系统及控制方法，解决上述问题。

另外，在需要对合成炉的反应气氛进行控制时，有时也需对合成炉内的压力进行控制，本申请人的申请号为201020173910.7的实用新型申请(以下简称申请1)，提出了一种具有压力控制单元的真空压力控制器，其结构简单、便于制造、维护方便、成本低廉且具有防爆功能的真空压力控制器。也为进行气氛控制提供了更好的条件。

发明内容

本发明的目的首先在于提供一种能够将反应气氛定向导入电弧放电区的电极装置，以解决现有技术的电弧放电区附近气氛复杂、反应气氛得不到有效利用、生产成本高的技术问题。

本发明的目的还在于提供一种能够有效控制与调节电弧放电区的反应气氛、提高碳材料产量并节约成本的反应气氛控制系统，以解决现有技术的电弧放电区附近气氛复杂、反应气氛得不到有效利用、生产成本较高的技术问题。

本发明的目的也在于提供一种能够有效控制与调节电弧放电区的反应气氛、提高碳材料产量并节约成本的反应气氛控制方法，以解决现有技术的电弧放电区附近气氛复杂、反应气氛得不到有效利用、生产成本较高的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电极装置，用于碳材料的电弧法合成工艺，所述电极装置包括：电极：壳体，所述壳体的中轴线上设置所述电极，所述壳体一侧具有开口以使所述电极前端与对电极进行接触放电形成放电区；所述壳体与所述电极之间通过绝缘件电性绝缘；气路，在所述电极与所述壳体外壁之间形成有环绕所述电极的气路，所述气路的出口位于所述壳体的出口端，以使所述气路中的气体输送于所述放电区。

本发明的电极装置，优选的，所述壳体为一侧开口的外圆筒，所述绝缘件为靠近所述外圆筒筒底且与所述筒底平行设置的一绝缘片，所述气路的入口设置于所述绝缘片与所述筒底之间，所述电极末端连接于所述绝缘片，所述电极前端伸出于所述圆筒的所述开口，所述绝缘片围绕所述电极均匀设置有分配孔，所述电极与所述外圆筒之间形成所述气路。

本发明的电极装置，优选的，所述壳体还包括一绝缘材质的内圆筒，所述电极设置于所述内圆筒中，所述内圆筒与所述外圆筒之间形成所述气路。

本发明的电极装置，优选的，所述内圆筒、所述外圆筒及所述绝缘片一体成型，且所述内圆筒与所述外圆筒之间一体成型有与所述分配孔直径相同的圆柱状通气孔，以作为所述气路。

一种反应气氛控制系统，用于碳材料的电弧法合成工艺，所述反应气氛控制系统包括：气源；气体流量控制器，连接于所述气源，控制所述气源中气体的流量；本发明的电极装置，设置于合成炉中，通过输气管连接于所述气体流量控制器，所述电极装置的所述气路入口连接所述输气管的出端，使所述气体经过所述气路从所述气路出口向所述放电区输送。