ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПОРОШКОВ

В последние десятилетия развиваются новые методы получения порошковых материалов, основанные на процессах плазмохимического синтеза в высокочастотном (ВЧ), сверхвысокочастотном (СВЧ) или электродуговом разряде. При этом наибольшее распространение получили два типа процессов:

• обработка порошковых материалов с целью их рафинирования,

сфероидизации, закалки, изменения фазового состояния;

• плазмохимический синтез порошков нового фазового состава.

В последнем случае подаваемый исходный порошок, раствор реагентов или их парогазовая смесь на первом этапе испаряется, а синтез конечного продукта идет через реакции в газовой фазе. При этом могут быть получены порошки металлов, оксидов, нитридов в неравновесном фазовом состоянии и с наноразмерным гранулометрическим составом.

На рисунке 3.17 представлена схема плазменной установки с использованием ВЧ разряда, формируемого на частоте 2—15 МГц.

Схема процесса получения нанопорошков в ВЧ-разряде

Рис. 3.17. Схема процесса получения нанопорошков в ВЧ-разряде:

7 — ВЧ-индуктор; 2— кварцевый реактор; 3 — подача исходного сырья; 4 — плазмохимический реактор; 5 — фильтр; 6 — плазменный факел

Промышленные установки такого типа имеют мощность до нескольких сотен киловатт. При этом температура плазмы составляет 10—12 тыс. градусов. В силу ряда особенностей ВЧ-разряда используют вихревые потоки плазмообразующего газа, вследствие чего обрабатываемые порошковые материалы могут подаваться только в плазменную зону ниже ВЧ индуктора.

На рисунке 3.18 приведена схема плазменной установки с использованием электродугового плазменного разряда.

Схема процесса получения нанопорошков в электродуговом разряде

Рис. 3.18. Схема процесса получения нанопорошков в электродуговом разряде:

  • 7 — подача исходного сырья; 2 — основной плазмохимический реактор; 3 — фильтр;
  • 4 — электродуговые плазмотроны; 5 — плазменный факел

Единичная мощность промышленных установок может достигать I МВт за счет использования одновременно нескольких электроду- говых плазмотронов. Температура в зоне реактора достигает 12— 15 тыс. градусов. Однако и в этом случае могут быть использованы

только вихревые газовые потоки, поэтому исходное сырье может подаваться в сравнительно низкотемпературную область разряда.

На рисунке 3.19 представлена схема плазменной установки с использованием сверхвысокочастотного плазменного разряда.

Схема процесса получения нанопорошков в СВЧ-плазменном разряде

Рис. 3.19. Схема процесса получения нанопорошков в СВЧ-плазменном разряде:

1 — СВЧ-плазмотрон; 2 — подача исходного сырья; 3 — основной плазмохимический реактор; 4 — фильтр; 5 — волновод для подачи СВЧ-мощности в плазмотрон; 6 — плазменный факел

Данный тип разряда имеет температуру порядка 3—5 тыс. градусов, что оптимально для проведения плазмохимического синтеза через газовую фазу. При этом современные конструкции СВЧ-плазмотронов позволяют вводить реагенты непосредственно взону энерговвода. Мощность установок такого типа составляет 5— 100 кВт. На рис. 3.20 в качестве примера приведены гранулометрические составы нанопорошков оксида алюминия (/), двойного оксида алюминия — циркония (2) и оксида железа (3), полученных по СВЧ-плазменной технологии.

Гранулометрический состав нанопорошков оксидов, полученных по СВЧ-плазменной технологии

Рис. 3.20. Гранулометрический состав нанопорошков оксидов, полученных по СВЧ-плазменной технологии:

1 — оксида алюминия; 2 — двойного оксида алюминия-циркония; 3 — оксида железа

Отсутствие контакта СВЧ-плазменного разряда с электродами разрядной камеры позволяет получать порошки, не загрязненные материалами элементов конструкции технологической установки.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >