[发明专利]一种多功能等离子材料制备系统

说明书

技术领域

本发明属于等离子材料制备设备技术领域，涉及一种多功能等离子材料制备系统。

背景技术

利用等离子技术的高温、高温梯度等特殊性能，制备非金属功能材料，制备高纯金属、非金属纳米粉体材料，精练提纯特种金属材料以及对活性高难烧结金属、非金属粉体材料进行等离子活化烧结。利用等离子技术提高特殊材料加工制备的经济效益、提高电能利用率和该技术在高性能材料领域中的应用范围。

等离子高能束加工技术是目前国内外发展较快的新材料加工制备的高技术之一。国外在非金属材料加工、特种金属冶炼、新材料制备、高能量利用率方面发展较快。国内在20世纪60年代开始用于特种金属冶炼，目前已经发展为门类齐全有特殊功能的应用技术，在航空航天、核能、军事、材料制备与材料加工等多种领域中获得了广泛应用。在材料加工领域主要用于焊接、切割、喷涂、热处理、热加工、气相沉积、离子镀膜等方面，在非金属功能性材料制备方面仅有少量每小时几十公斤级别的生产线，由于生产能力小、能量利用率低，电极寿命短、运行可靠性差，所以没有得到广泛的应用，等离子冶金也如此。

目前国内等离子加工技术方面虽然发展很快，但存在能量利用率低，加工成本高，经济效益并不显著的问题，根据目前市场提供的各种等离子加工设备的参数和使用情况初步分析，其电能的转换率在(40～75)％，热能的利用率在(30～80)％，电极寿命在几十小时到一百小时以下，并且系统可靠性差。等离子热能的特点是能量集中，温度梯度大，需要综合应用热力学、流体力学、等离子物理学、材料学等知识，找出其相互间制约的关系和规律，才能更好地发展这一学术领域。若解决现阶段比较突出的理论和实际中的这些问题，等离子这种高能束加工中最容易实现的加工手段，就能真正发挥出其优势，在新材料制备和矿物和功能材料的深加工中将发挥更大的作用。对电弧热等离子学科和技术推广都具有重要意义。

本项目重点解决等离子在电能利用上低且无规律可循的问题和等离子发生器电极寿命低，可靠性差的问题，并建立工艺和数学模型进行分析研究，只有解决了能量利用率低，电极寿命低，可靠性差，使用成本高的问题，等离子材料制备和加工应用才会有更加广阔的发展空间。本项目具体应用方面的研究重点在等离子体炬可靠、稳定地点燃，电能转化的热能能够最大限度地用于非金属粉体功能材料的加工以及特种金属材料的精练提纯上。

发明内容

本发明的目的在提供一种多功能等离子材料制备系统，解决了现有的等离子发生设备电极寿命低，可靠性差的问题。

本发明所采用的技术方案是包括综合控制柜及系统电源，综合控制柜及系统电源分别连接压缩空气装置、第一等离子气体装置、第二等离子气体装置和去离子纯净冷却水装置，去离子纯净冷却水装置连接多功能工作台和等离子发生器，第一等离子气体装置、第二等离子气体装置分别连接等离子发生器或PAS、SPS等离子活化烧结装置，压缩空气装置连接等离子发生器或PAS、SPS等离子活化烧结装置，等离子发生器或PAS、SPS等离子活化烧结装置安装在等离子多功能工作台上，等离子多功能工作台内部安装有真空室，等离子多功能工作台上还安装有摄像装置，等离子多功能工作台连接计算机监视装置，等离子发生器或PAS、SPS等离子活化烧结装置还连接有原料供给装置，等离子多功能工作台内的真空室连接旋风产品收集气固分离装置，旋风产品收集气固分离装置连接布袋产品收集及排风净化气体装置，并同时连接真空泵抽真空装置。

进一步，压缩空气装置，第一等离子气体装置，第二等离子气体装置，去离子纯净冷却水装置，综合控制柜及系统电源，等离子多功能工作台，等离子发生器，原料供给装置，旋风产品收集气固分离装置，布袋产品收集排风净化气体装置，真空泵抽真空装置，PAS、SPS等离子活化烧结装置上分别设置有自动检测仪表。

进一步，综合控制柜及系统电源采用DZX-30等离子综合应用系统。

进一步，真空室一端开口连接等离子发生器或SPS等离子活化烧结装置，真空室下部设有真空室收料盒，真空室另一端开口连接旋风产品收集气固分离装置。

进一步，等离子发生器包括阴极电极、阳极电极，等离子气体入口，等离子压缩气入口，物料加入口，冷却水入口出口。阴极电极和阳极电极之间的腔室设有等离子气体入口，其下方有沿切向加入的等离子压缩气入口，再靠下是物料加入口，在阳极附近有进水和出水口，冷却水冷却整个等离子通道。