[发明专利]热弧蒸发多腔体金属/碳纳米粉体连续生产方法

权利要求书

1.热弧蒸发多腔体金属/碳纳米粉体连续生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、放置靶材：在各独立腔体的阳极固定器上安装相同成分或不同成分的单金属、金属合金或不同类型碳与催化剂的混合物靶材为阳极，以熔点高于3000℃的金属为阴极；

(2)、抽真空：关闭各独立腔体的舱门，打开各独立腔体的真空阀门，对所有的腔体抽真空至真空度不高于10^-4Pa，关闭各独立腔体的真空阀门；

(3)、起弧：打开各独立腔体的进气阀门，通入氢气为工作气体，在阴极与阳极之间通入直流电压，阳极开始熔化蒸发；

(4)、蒸发：通过对直流电功率的控制，来改变阳极的蒸发效率；

(5)、形成粉体：控制腔体中的温度梯度为25000-37000K/m，形成不同粒径的纳米粉体；

(6)、金属/碳纳米粉体收集：待其中任一个阳极靶材消耗完成，关闭该腔体中电弧，收集取出该腔体中的金属/碳纳米粉体；

(7)、换靶材：对已完成粉体取出的所述腔体进行清理，放入与该腔体之前放入的靶材成分相同的单金属、金属合金或碳与催化剂的混合物靶材为阳极，关闭该腔体舱门，打开该腔体的真空阀门，对该腔体抽真空至真空度不高于10^-4Pa，关闭该腔体的真空阀门，打开该腔体的进气阀门，通入氢气为工作气体，在阴极与阳极之间通入直流电压，阳极开始熔化蒸发；

(8)、连续生产：重复上述第(4)-(7)的工艺步骤，实现连续生产。

2.根据权利要求1所述的热弧蒸发多腔体金属/碳纳米粉体连续生产方法，其特征在于：所述步骤(1)中熔点高于3000℃的金属为钨、铂或钼；所述步骤(1)中碳材料为石墨、炭黑或活性炭；所述步骤(1)中催化剂为过渡金属或氧化钇，当催化剂为过渡金属时，得到的纳米碳管为多壁纳米碳管，当催化剂为氧化钇时，得到的纳米碳管为单壁纳米碳管；所述碳材料与催化剂混合物中碳原子与金属原子的原子比为80-100。

3.根据权利要求2所述的热弧蒸发多腔体金属/碳纳米粉体连续生产方法，其特征在于：所述过渡金属为铁、钴或镍。

4.根据权利要求1所述的热弧蒸发多腔体金属/碳纳米粉体连续生产方法，其特征在于：所述步骤(3)或步骤(7)中通入氢气的气压为0.2-0.3个大气压。

5.根据权利要求1所述的热弧蒸发多腔体金属/碳纳米粉体连续生产方法，其特征在于：所述步骤(3)或步骤(7)中制备金属纳米粉体、纳米碳管、纳米碳球时，通入的直流电压为50-180V；制备纳米石墨时通入的直流电压为40-60V，放电电流为90-120A。

6.根据权利要求1所述的热弧蒸发多腔体金属/碳纳米粉体连续生产方法，其特征在于：所述步骤(4)中蒸发效率范围在0.1-0.8之间变化。

7.根据权利要求1所述的热弧蒸发多腔体金属/碳纳米粉体连续生产方法，其特征在于：所述步骤(5)纳米粉体的粒径为5-90nm；纳米碳管的粒径为5-90nm；纳米碳球的粒径60-100nm；纳米石墨的厚度为3-6nm，最大尺寸为200-2000nm。

8.根据权利要求1所述的热弧蒸发多腔体金属/碳纳米粉体连续生产方法，其特征在于：所述步骤(5)中控制腔体中的温度梯度的方法是：通过控制冷却水的流量或在腔体中放置液氮冷却管，来控制腔体中温度梯度。

9.根据权利要求1所述的热弧蒸发多腔体金属/碳纳米粉体连续生产方法，其特征在于：所述步骤(6)中金属/碳纳米粉体收集具体步骤为钝化金属/碳纳米粉体收集：待其中任一个阳极靶材消耗完成，关闭该腔体中电弧，打开放气阀，向腔体内充入2％-5％的空气，后关闭放气阀，静置4-6小时，金属/碳材料表面形成2-5纳米厚度的氧化物保护层，钝化后，打开放气阀充入空气至一个大气压，打开该腔体舱门，取出粉体。

10.根据权利要求1所述的热弧蒸发多腔体金属/碳纳米粉体连续生产方法，其特征在于：所述步骤(6)中金属/碳纳米粉体收集具体步骤为原位金属/碳纳米粉体收集：待其中任一个阳极靶材消耗完成，关闭该腔体中电弧，充入氩气至一个大气压，打开腔体与处理室之间的阀门，纳米粉体自然沉降至处理室的收集罐中，密封包装即可取出。