[实用新型]自消耗电极交流电弧炉

说明书

本实用新型涉及一种卧式真空自消耗电极交流电弧炉。该合成装置选用交流电源，通过电极驱动装置控制两个电极间的距离，使两个电极之间形成稳定的交流电弧，反应产物沉积在内冷却器壁上。

碳包金属纳米微粉，具有优越的磁学特性。由于金属颗粒之间被碳包裹而相互隔离，因此这种新的结构形式既显示出了纳米尺寸效应又克服了纳米金属材料因表面能过大表现出的热、化学不稳定等缺陷，在材料领域具有十分重要的应用前景。目前，已有的制备技术是采用直流电弧法(Science，1993，259：346；Jpn.J.Appl.Phys.，1994，33：L526)，合成装置为实验室小设备(J.Appl.Phys.，1996，80：3062)，合成时只有单电极消耗，合成的产量低，后续分离繁杂。

本实用新型的目的是提供一种新型高效合成碳包金属纳米微粉的装置，这种装置应具有结构简单，操作方便，造价低等特点，并可用于大批量碳包金属纳米微粉的合成。

为达到上述目的，本实用新型的合成装置—自消耗电极交流电弧炉，由真空密封水冷合成腔、真空系统、充气系统、交流电源、可动电极驱动装置和水冷系统组成。合成腔与活动门为活动连接，活动门上有观察孔，便于观察反应进程及取出产物；真空系统通过隔离阀与合成腔相连；充气系统可向合成腔内冲入反应所需惰性气体；合成腔内有一个水平安装的可动电极和一个与其相对安装的固定电极，当通过合成腔外交流电源给两个电极加以电压为20～60V、电流为200～1500A的交流电，由电极驱动装置控制可动电极间的相对距离，使两个电极之间形成稳定的交流电弧；合成腔内壁由水冷系统提供循环冷凝水形成内冷却器，合成产物可沉积在内冷却器壁上。

与已有的技术相比较，本实用新型的自消耗电极交流电弧炉采用低电压大电流的交流电作电源，同时使用一个固定电极和一个可动电极，适合较大规模生产碳包金属纳米微粉，合成时两根电极同时消耗，并根据电极的消耗情况，通过操纵电极驱动装置来调节两电极间的距离，从而保证两电极间产生稳定的交流电弧，因此，用这种装置合成碳包金属纳米微粉具有产量大、产率高、成本低的特点，是工业规模生产碳包金属纳米微粉较理想的装置。

附图说明：

图1是本实用新型的自消耗电极交流电弧炉的结构示意图。

图中1为真空密封水冷合成腔；2为活动门；3为可动电极；4为固定电极；5为掺有金属的碳棒；6为水冷系统；7为真空系统；8为充气系统；9为交流电源；10为隔离阀；11为可动电极驱动装置；12为观察孔。

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明：

一种卧式真空自消耗电极交流电弧炉，如图1所示，由真空密封水冷合成腔1、真空系统7、充气系统8、交流电源9、可动电极驱动装置11和水冷系统6组成。在真空密封水冷合成腔1中有一个水平安装的可动电极3和一个与其相对的固定电极4。由操纵电极驱动装置11控制两个电极间的距离，使两电极间产生稳定的交流电弧。

使用上述自消耗电极交流电弧炉合成碳包金属纳米微粉时，在两电极上分别水平安装两根装有金属的等径碳棒5，两根碳棒相互接触，关闭活动门2，开启水冷系统6冷却合成腔，开动真空系统7，使合成腔1内真空度达到1.33×10^-2帕以上后，关闭隔离阀10，关闭真空系统7，打开充气系统8充入惰性气体使合成腔内气压达到1.33×10⁴～7.98×10⁴帕，接通交流电源9，电极棒之间通过电压20～60V，电流200～1500A的交流电，同时操纵可动电极驱动装置11，使两根碳棒5脱离接触，起弧，继续操纵电极驱动装置11控制弧距和电压，保持电弧稳定，碳棒5在电弧的高温下同时进行端面蒸发，在惰性气体中经化学反应形成微粉并沉积在合成腔的内壁上。整个过程可以通过观察孔12监视。待两根碳棒消耗完毕，停止供电供水。向合成腔内充入干燥的空气，打开活动门2，收集微粉。