[发明专利]一种粉体液相等离子表面改性方法及其装置

说明书

本发明涉及一种粉体液相等离子表面改性方法及其装置，属于粉体材料表面改性技术领域。将粉体材料与电解质溶液组成的悬浊液加入到含有左右两个区域的反应容器中，且左右两个区域之间设置有连通的流道，放置在反应容器中的阴极和阳极与电源连通后在流道中形成稳定的等离子弧区；利用循环泵使左右两个区域的液面产生高度差后，再打开电源，直至粉体材料表面上沉积所需厚度的涂层。本发明所述方法简化了传统粉体表面改性研究工艺过程，该方法生产效率高、成本低且可以大大提高粉体材料的润湿性性能，而且所涉及的装置结构简单，易于操作，可以实现规模化生产。

技术领域

本发明具体涉及一种对粉体进行液相等离子表面改性的方法及其装置，属于粉体材料表面改性技术领域。

背景技术

石墨粉是一种化学反应很灵敏的物质，在冶金、化工、石油、铸造以及国防等领域应用广泛。它有热膨胀系数小，导热性、抗热震性和化学稳定性好等诸多优点，利用其独特的特点可以与很多不同物质制造出不同的复合材料。但是，石墨粉极易被氧化，因此，提高石墨粉的抗氧化性是世界各国的研究难点和工程领域研究的重点。

四川理工学院的田建华等人采用化学置换镀的方法在石墨粉表面镀铜，制得铜微粒均匀致密地包覆在石墨粉表面，但是整个涂层效果受限于温度、还原剂种类及颗粒直径大小、搅拌速率以及溶液的pH值等的综合因素限制，操作过程不确定因素多；武汉科技大学的李享成等人用聚乙烯醇、硼酸合成B₄C/石墨复合粉体，结果表明：氧化层厚度为4.09mm，原始层面积保持在60％以上，显示出一定的抗氧化性能；武汉科技大学的鲁兵等人研究了化学镀镍石墨粉体的制备工艺，在天然鳞片石墨颗粒表面镀镍，结果显示，镀镍石墨粉体与氧气反应的峰值温度比没有化学镀镍处理的普通石墨粉体提高了近80℃，抗氧化性提高；湖南大学的丁国芸等人用电镀法在石墨粉表面制备了金属锌，结果表明用该工艺可以在预处理过的微米级鳞片石墨粉表面成功镀覆均匀致密地单质锌，含锌量在70wt％以上；清华大学的周平等人利用硅粉、碳化硅粉、氧化铝粉和石墨粉混合，通过包埋法，经过多道工艺制得反应堆用石墨材料的SiC/SiO₂复合高温抗氧化涂层，制得涂层厚度均匀，耐热震及抗氧化性能优异。

目前对石墨粉体的表面改性，工业领域主要集中在化学镀金属这一方向上，且主要是镀铜、锌和镍，这显然无法达到石墨粉体的高温抗氧化性能要求，在陶瓷领域目前研究相对较少。为了实现石墨粉体表面陶瓷化物制备，工业上主流方法是采用涂层技术，常见的有溶胶凝胶法、CVD法和包埋法等，这些方法成本较高，工艺较难控制并且较难实现工业化大规模生产应用。

发明内容

针对粉体表面改性工艺存在不足，本发明提供一种粉体液相等离子表面改性方法及其装置，能够快速实现粉体表面纳米陶瓷涂层的规模化制备，简化了传统粉体表面改性工艺过程，生产效率高且成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种粉体液相等离子表面改性方法，所述方法步骤如下：

(1)将粉体材料与电解质溶液组成的悬浊液加入到含有左右两个区域的反应容器中，且左右两个区域之间设置有连通的流道，此时左右两个区域的液面高度相等；阴极和阳极分别放入反应容器中，且与电源连通后在流道中形成稳定的等离子弧区；

(2)利用循环泵将一个区域中的悬浊液输送至另一个区域，使左右两个区域的液面产生高度差，高度差优选为低液面区域中液面高度的0.2倍以上；

(3)打开电源，高液面区域中的悬浊液在液压作用下通过等离子弧区流向低液面区域，低液面区域中的悬浊液在循环泵的作用下输送至高液面区域，悬浊液在左右两个区域循环流动，直至粉体材料表面上沉积所需厚度的涂层，关闭电源以及循环泵。

所述电解质溶液是酸性、碱性或者盐类溶液，其电离出的离子是形成涂层所需的组分。