[发明专利]直流电弧等离子体制备微米和纳米级粉体材料的装置和方法

权利要求书

1、一种尺寸可控、具有工业生产规模的生产微米和纳米级粉体的装置，其特征在于该装置包括直流电弧等离子体发生器(1)，反应器(2)，球化汽化炉(3)，气冷水冷骤冷器(4)，集料锥(5)，以及在集料锥(5)以下的旋风分离器和布袋集尘器。

2、如权利要求1所述装置，所述直流电弧等离子体发生器的结构包括：阴极(6)、辅助阳极(8)、电弧柱(9)及主阳极(12)，主阳极(12)和辅助阳极(8)之间采用在高温下具有良好绝缘性的绝缘体绝缘，其特征在于运行时由电极保护气体入口(7)引入惰性气体保护阴极，以及主气(惰性气体或空气)由主气入口(11)切向旋入主气室(10)以稳定电弧正常燃烧，并对环境无污染。

3、如权利要求2所述装置，特征在于阴极采用铈钨棒以发射电子。

4、如权利要求1所述装置，其特征在于反应器的结构设计，用台阶结构使进入反应器后的等离子体火焰形成紊流高温气体，原料颗粒用惰性气体带入反应器，通过切向分布的送粉管进入反应器，原料颗粒在紊流中均匀弥漫于反应器中，进入的粒子将受到均匀的加热。

5、如权利要求1所述装置，其特征在于，在所述球化汽化炉内完成球化和汽化，球化汽化炉需一个足够的高度，例如300-500毫米，内腔需特制耐火材料制成绝热层，使热能得到充分利用并完成球化和汽化过程。

6、如权利要求1所述装置，其特征在于，所述气冷水冷骤冷器冷却速度可控，其上部采用环形布置多个超声速气流喷管(15)，可喷射出超声速气流，气流速度无级可控，均匀地、强力地冷却被熔化和汽化的粉体，以获得球形微米和纳米级粉体。

7、如权利要求6所述装置，其中所述超声速气流通过具有锥形狭窄的喷管在4公斤以上压力下引入冷却气体，如氮气来获得。

8、一种微米和纳米级粉体的生产方法，包括采用直流电弧等离子体发生器作高温热源(3000-7000K)，用0.3-100微米的原料，送入反应器中的等离子体焰中，原料在几个毫秒内受热熔化和汽化，经可控制骤冷速度的骤冷器淬冷，再经重力沉降，旋风集尘和布袋集尘，并对纳米材料进行分散，生产出微米或纳米级粉体。

9、权利要求8的方法，其特征在于直流电弧等离子体发生器，发生器有三个电极：阴极(6)、辅助阳极(8)、电弧柱(9)、主阳极(12)，主阳极和辅助阳极之间采用绝缘体，以及特征在于运行时由电极保护气体入口(7)引入惰性气体保护阴极，以及主气(为惰性气体)由主气入口(11)切向旋入主气室(10)以稳定电弧正常燃烧。

10、权利要求8的方法，其特征在于骤冷器是气冷水冷骤冷器，采用环形布置多个超声速气流喷嘴，气流速度无级可控，均匀地、强力的冷却被熔化和汽化的粉体，获得微米和纳米级粉体。