[发明专利]一种连续低温等离子体粉末处理和球磨生产装置及其方法

说明书

本发明公开了一种连续低温等离子体粉末处理和球磨生产装置及其方法。所述装置包括粉末循环输送管道系统、球磨机、低温等离子体放电管道、真空出料系统和可控制气氛系统四个组成部分；本发明利用粉末循环输送系统，将待处理粉末在可控的气压和流转速度下在管道中循环输送，在此过程中，一方面在粉末管道输送过程中引入球磨机，对物料粉末进行球磨细化或者合金化；另一方面在部分粉末输送管道中引入介质阻挡放电结构，对管道中的流转的球磨粉末进行等离子体放电处理。它是基于普通粉末循环输送技术基础上，实现管道中的近常压放电等离子体协同机械球磨共同处理粉末。本发明也可用于对常规金属、高分子或者氧化物粉末进行的表面循环改性处理。

技术领域

本发明属于粉末材料加工与粉末冶金技术领域，涉及等离子气体粉末表面处理和球磨技术，具体涉及一种连续低温等离子体粉末处理和球磨生产装置。

背景技术

随着新材料和智能制造产业的快速发展，开发低成本、无污染、高性能的功能粉体制备技术，是电子信息、机械制造、生物医用、国防军事等领域的关键基础。低温等离子体一方面具有足够高能量的活性物质使反应物分子激发、电离或断键，另外一方面不会使被处理材料热解或烧蚀，在改性粉末材料表面上具有独特的应用价值。

等离子体是除了固态、气态、液态之外的物质的第四种状态，是由具有相等数量的正负电荷的原子、分子、离子以及自由基组成的。等离子体的激发主要是由足够的能量作用于气体分子时，分子发生了电离从而产生大量的正负带电粒子、电子和中性粒子以及自由基组成的表现出集体行为的一种准中性气体。相比于常规的物理和化学的合成方法，等离子体方法可以避免高温和漫长的反应时间，在不破坏材料纳米结构的同时，可以快速地在材料表面构筑缺陷、掺杂等，使材料表面的结构、成分、基团和浸润性等发生变化。其中，低温等离子体因为具有较高的电子温度、较低的气体温度以及高能的特性，在材料合成和表面改性中具有广泛的应用。介质阻挡放电是低温等离子体的一种常见方式,是在2个放电电极之间充满某种工作气体，并在其中加入绝缘介质，当向2电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电。同时，介质阻挡放电能够摆脱低气压放电等离子体所需真空系统的束缚。

然而，当前低温等离子体在材料合成和表面处理的应用，其较为成熟的技术主要集中在高分子材料的表面处理和催化材料的表面构筑缺陷、掺杂等方面。例如低温等离子体中的活性粒子具有的能量一般都接近或超过碳-碳或其他含碳键的键能，因此等离子体完全有足够的能量引起聚合物内的各种化学键发生断裂或重新组合，很容易在高分子材料表面引入极性基团或活性点。但是低温等离子体在金属材料和陶瓷氧化物等材料的制备和改性方面鲜有应用。目前较为成熟的应用技术是CN 1718282 A和CN 2014108150933分别公开了一种等离子体辅助高能球磨方法和冷场等离子体放电辅助高能球磨粉体的应用方法及装置，上述两项专利主要介绍了在普通球磨机基础上如何改进和实现等离子体放电辅助球磨的功能和效果。该技术在应用的材料已涉及单质金属、硬质合金、储氢合金、石墨基电极材料、氧化物陶瓷、激光玻璃、电催化剂、红外隐身片状材料、含氯固废材料处理、3D打印粉末等，初步显示了低温等离子体辅助球磨技术的巨大价值。但是该技术面临的主要问题是，球磨罐作为等离子体的放电空间，受限于常规介质阻挡放电间距不宜过大，因此，球磨罐的容积很难突破10升以上。这主要因为球罐空间增加，电极棒与接地电极的球磨罐管壁的距离会增加，导致击穿离化气体的放电距离会增加，放电距离越大，放电难度越大；对于球磨罐容积大于10升以上，放电电压将超过40KV，电极棒的寿命在高电压工况下，寿命急剧衰减。因此，该问题限制了等离子体辅助球磨技术在规模化粉末制备产业的应用。

此外，CN 101239334 A和CN1011239336 A分别公开了一种等离子体辅助高能滚筒球磨装置和一种等离子体辅助搅拌球磨装置，它主要是在传统滚筒和搅拌球磨机上改装而成的，均无法解决放电距离对放电球磨罐空间的限制等问题。