[发明专利]用于纳米粉体的合成和材料加工的等离子体反应器

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种用于生产纳米粉体和材料加工的方法和设备。更具体地，但不限于，本发明涉及一种等离子体反应器，其包括炬体和反应器部分，其中温度场易于控制。此外，本发明涉及这种用于纳米粉体的合成和材料加工的等离子体反应器的使用。

背景技术

这些年来，用于纳米粉体的合成和材料加工的等离子体技术的使用已引起相当的关注。等离子体技术的主要优势在于它的从能级(即温度)消除方法的化学性质的能力，在该能级处给定的化学或物理变化被完成。与燃烧火焰反应器对比，其中反应介质包含燃烧产物，等离子体技术构成高温方法，在该高温方法中可以独立控制反应过程的化学性质和反应温度。等离子体反应器可使用惰性的、氧化或还原气氛、在达到10000开氏温度或更高的温度来操作。

等离子体技术的、用于纳米粉体的合成的标准技术包括使使纳米粉体前驱体蒸发，无论以固体或液体的形式，之后在良好控制条件下急冷所产生的蒸气(图1)。在急冷步骤，通过接触冷表面或通过与冷气体(即急冷气)直接混合，冷却蒸气。在任一情况下，急冷过程经历成核步骤，之后是粒子生长和凝聚。纳米粉体的最终粒子尺寸分布直接取决于在等离子体反应器的急冷段中的温度场。

由于难于在等离子体反应器内使蒸气不接触更冷的表面，反应器内的粒子凝结通常不可避免且表现出不利的问题，其常常是反应器堵塞和生产力损耗的原因。此外，这种不利的粒子凝结，除成为纳米粉体产物的污染的潜在源之外，表现出产量损失的潜在可能。

在一些等离子体应用中，急冷气实际上也可以活性的(即是反应物)，由此引起纳米粉体产物的化学和/或物理改变。活性急冷气已广泛用于在金属氧化物纳米粉体的合成、以及氮化物和碳化物纳米粉体材料的合成中。

对等离子体相关方法的共同的挑战，不论包括活性(reactive)还是惰性急冷(passive quenching)、不论为了生产纳米粉体材料还是仅为了熔化和强化材料，在于难于控制反应器内的温度场、及由此难于控制材料遭受到的热化学条件。

本发明引用了一些文件，其内容于此被全部纳入参考。

发明内容

本发明涉及新的用于生产纳米粉体和材料加工的方法和设备。

如广义地要求保护的，本发明涉及新的等离子体反应器，包括炬体和反应器部分，其中温度场易于控制。在实施例中，本发明涉及一种等离子体反应器，包括用于在炬体中产生等离子体的第一电源，和用于加热反应器部分的壁的第二电源。在更具体的本发明的实施例中，第二电源包括多个副电源。

在进一步的实施例中，本发明涉及等离子体反应器，包括感应等离子体炬，其由第一电源供电；以及反应器部分，其包括第二电源，用于加热反应器部分的壁。在本发明的更具体的实施例中，第二电源包括多个副电源。

又在进一步的实施例中，本发明涉及等离子体反应器，其包括直流(dc)等离子体炬或转移弧等离子体炬，由第一电源供电；及反应器部分，其包括用于加热反应器部分的壁的第二电源。在本发明的更具体的实施例中，第二电源包括多个副电源。

在实施例中，本发明涉及新的用于纳米粉体的制备和材料加工的方法，所述方法包括将前驱体材料供应到等离子体反应器中，所述等离子体反应器包括感应等离子体炬，由第一电源供电；及反应器部分，其包括用于加热反应器部分的壁的第二电源。在本发明的更具体的实施例，第二电源包括多个副电源。

在实施例中，本发明涉及新的用于纳米粉体的制备和材料加工的方法，所述方法包括将前驱体材料供应到等离子体反应器，所述等离子体反应器包括直流(dc)等离子体炬或转移弧等离子体炬，由第一电源供电；及反应器部分，其包括用于加热反应器部分的壁的第二电源。在本发明的更具体的实施例中，第二电源包括多个副电源。

在实施例中，本发明涉及纳米粉体材料，其使用等离子体反应器生产，所述等离子体反应器包括炬体，由第一电源供电；及反应器部分，其包括用于加热反应器部分的壁的第二电源。在本发明的更具体的实施例中，第二电源包括多个副电源。

在实施例中，本发明涉及使用等离子体反应器生产的经加工材料，所述等离子体反应器包括炬体，由第一电源供电；及反应器部分，其包括用于加热反应器部分的壁的第二电源。在本发明的更具体的实施例中，第二电源包括多个副电源。