[发明专利]一种环形均匀气流供粉装置

说明书

技术领域：

本发明属于直流电弧等离子体制备纳米材料技术领域，具体涉及一种环形均匀气流供粉装置。

背景技术：

热等离子体纳米材料制备方法得到了广泛的应用，这是因为通过气体放电所产生的电弧等离子体及其射流，气体温度高达几千度、甚至上万度，几乎能够熔融所有物质，而且可以比较方便地控制气体放电的环境氛围0如在无氧条件下放电等)。另外，采用热等离子体方法，不仅能够制备单质纳米材料，而且能够制备合金型纳米材料。热等离子体制备单质纳米材料具有所需设备简单、操作方便、产率高、适用范围广等特点，目前已成功用于制备单质金属纳米粉末、氮化物、氧化物、碳化物粉末等；但用其进行合金型纳米颗粒的制备，需要考虑合金材料的成分控制方法等问题。

采用热等离子体进行纳米颗粒的合成，既可以在气体放电区内进行，也可以在气体放电后形成的高温等离子体射流区内进行。直流电弧等离子体法是一种在惰性气氛或反应性气氛下通过电弧放电使气体电离产生高温等离子体，从而等离子体增强的气氛中发生物理或化学变化产生气相沉积的材料制备方法。采用直流电弧等离子体法进行纳米材料的合成，往往在等离子体反应器内通入所需的各种气体(如H₂、H₂-Ar、H₂-H₂O、H₂-H₂O-Ar、N₂、NH₃、C₂H₄等)，即可在气体放电后形成金属或各类化合物的纳米材料。

在热等离子体合成纳米材料粉的工艺中，传统的做法是采用单一载气管路注入颗粒状的原料，从反应器前部侧向喷入高温区。由于反应器通道中流速高，停留时间短，而颗粒蒸发需要比较长的时间或较长的反应器通道，原料颗粒在这种等离子体反应器中不容易完全蒸发。

发明内容：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种环形均匀气流供粉装置，以助于原料的熔融并改善纳米颗粒合成的环境，提高纳米颗粒的质量。

本发明提出的一种环形均匀气流供粉装置，包括等离子体发生器、淬冷气体输送管、原料喷射环、淬冷室、收集室和冷却水管。

等离子体发生器嵌在原料喷射环的环形栅栏框的中空凹口内，原料喷射环通过螺栓与淬冷室连接。

原料喷射环包括外环、切向入口、环形栅栏框和供粉混合腔，原料喷射环的外环为圆环形结构，外环上均匀设置有切向入口，外环的中心具有中空的环形栅栏框，供粉混合腔为环形栅栏框的栅栏与原料喷射环外环的内壁之间的空腔，使入射材料粉末在各个方向均匀分布。

收集室包括收集室上端和收集室下端，收集室上端的上端通过螺纹与淬冷室联接，下端开口；收集室下端圆盘的中间设有淬冷气体输送管，与等离子体发生器对向共轴布置，淬冷气体通过淬冷气体输送管送管进入淬冷室；淬冷室和收集室上端外壁设有冷却水管道。

本发明的优点在于：

1)本发明的环形供粉装置是通过4个切向进气口进入供粉混合腔，然后供粉经过环形的栅栏加速进入等离子体射流，这样能够保证各个方向均匀供粉。。

2)本发明提出一种环形均匀气流供粉装置，其淬冷气体输送管的冷气入口管出口与等离子体发生器的出口之间的距离可以调节，因等离子体发生器的功率大小而定，通常该距离为20～60cm，以调整滞止面的位置位于淬冷室的中间位置为佳，延长原料颗粒在等离子体中的停留时间。

3)本发明提出一种环形均匀气流供粉装置，淬冷气体输送管的冷气和等离子体射流流量均可以调节从而达到调整反应气体局部温度及浓度的作用。

4)本发明提出一种环形均匀气流供粉装置，其环形栅栏框将原料颗粒注入高温等离子体射流，使原料的分布更加均匀，熔化蒸发更加充分，从而得到质量更高的纳米粉材料。

附图说明：

图1：本发明提出的一种环形均匀气流供粉装置结构示意图；

图2：本发明提出的一种环形均匀气流供粉装置中原料喷射环的截面图。

图中：

1-等离子体发生器  2-原料喷射环      3-淬冷室

4-收集室          5-淬冷气体输送管  6-冷却水管

101-冷却水入口    102-冷却水出口    301-外环

302-切向入口      303-环形栅栏框    304-供粉混合腔

401-收集室上端    402-收集室下端

403-环形挡板

具体实施方式：