[实用新型]一种制备纳米含硼陶瓷粉末的直流等离子体发生器装置

说明书

本实用新型公开了一种制备纳米含硼陶瓷粉末的直流等离子体发生器装置，包括阴极总成、氩气输入总成、反应气输入总成、不锈钢连接环和阳极总成。本实用新型由于将还原性反应气体直接引入等离子体发生器与氩气进行混合放电，在总放电功率及总气体流量不变的情况下，可大大降低氩气用量并增加反应气流量，从而提高了反应气体浓度，使得合成效率得到进一步的提高。

技术领域

本实用新型涉及无机非金属材料制备技术领域，具体是一种制备纳米含硼陶瓷粉末的直流等离子体发生器装置。

背景技术

含硼陶瓷材料，具有许多独特性能，如单质硼的硬度近似于金刚石，具有极高的燃烧热及中子俘获率；六方氮化硼有“白色石墨”之称，而立方氮化硼具有金刚石结构；碳化硼则俗称“人造金刚石”。它们均具有高熔点、高硬度、高强度、高模量、高稳定性及中子吸附能力等优点，同时具有密度低、耐酸碱腐蚀性强等特点。含硼陶瓷材料在军工、核工业、防弹装甲、硬质材料、复合陶瓷、航天航空及半导体工业等领域具有广泛的应用。

含硼陶瓷材料(构件)的制备技术主要是粉末法热压烧结成型工艺。由于含硼陶瓷材料普遍是一种共价键很强的化合物，使得其很难进行烧结成型。同时受粉末的纯度、粒度、烧结温度及压力的影响，使得材料的纯度低、缺陷多、组织粗大、致密度不高，材料的结合力不强，始终存在强度和韧性比较低的缺憾。通过提高烧结密度(需更高温及更高压)、细化晶粒、提高纯度等基本途径可以明显地改善强度及断裂韧性，其中细化晶粒是解决陶瓷材料脆性的战略途径。纳米尺度的粉体由于具有小尺寸效应、量子效应、不饱和价效应和电子隧道效应等，使其具有易烧结的特性，同时构件材料会具有更强的结合力，可很大程度改善陶瓷材料的脆性。在含硼陶瓷材料的粉末法热压烧结成型工艺中，纳米粉体的开发具有非常大的市场价值和应用前景。

但目前技术生产的含硼陶瓷粉末一般只能达到微米级，纳米级的含硼陶瓷粉末技术尚不成熟。其中可行的技术方向是采用热等离子体制粉工艺，将三氯化硼与还原性反应气体混合，并引入等离子体射流中，利用等离子体的高温及活性粒子的作用进行断键重组，空间气相合成高纯纳米含硼陶瓷粉末。如可采用如下反应气体系(2BCl₃+3H₂→2B+6HCl；BCl₃+NH₃→BN+3HCl；4BCl₃+4H₂+CH₄→B₄C+12HCl)分别合成纳米硼粉、碳化硼粉、氮化硼粉。但目前的等离子发生器一般为氩气等离子体发生器，将反应气体引入氩气等离子体射流中进行反应时往往因为氩气流量过大，导致反应气体浓度不足，反应效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种制备纳米含硼陶瓷粉末的直流等离子体发生器装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种制备纳米含硼陶瓷粉末的直流等离子体发生器装置，包括阴极总成、氩气输入总成、反应气输入总成、不锈钢连接环和阳极总成；所述阴极总成与氩气输入总成螺纹连接，阴极总成与氩气输入总成螺纹连接处套设有聚四氟乙烯密封圈；所述氩气输入总成通过螺栓固定的方式与反应气输入总成固定连接，氩气输入总成与反应气输入总成连接处套设有硅橡胶密封垫圈；所述反应气输入总成与阳极总成通过不锈钢连接环固定连接，反应气输入总成与阳极总成之间通过聚四氟乙烯垫片密封。

作为本实用新型进一步的方案：所述阴极总成设有第一冷却机构，第一冷却机构包括水冷外套，水冷外套内设有水冷内套，水冷内套连通有冷却水进口管，冷却水进口管与水冷内套焊接密封，冷却水进口管延伸至水冷外套外侧，水冷内套与水冷内套之间设有呈圆周分布的切线回水槽，水冷外套连通有冷却水出口管，冷却水出口管与水冷外套焊接密封；所述水冷外套下端套接有阴极堵帽，阴极堵帽与水冷外套螺纹连接。