等离子体弧粉体制备设备制造技术

一种等离子体弧粉体制备设备包括卸料机构、反应器、正电极、负电极以及磁控器。卸料机构包括输料管和喷气咀，输料管用于输送原料，喷气咀用于供给压缩气体，反应器包括筒体以及顶盖，顶盖设有进料孔，进料孔供输料管连同喷气咀定位在其处，负电极与正电极用于起弧并使经由喷气咀供入到内腔内的压缩气体电离成等离子体而形成等离子体弧，磁控器设置有主磁极和副磁极，主磁极产生使等离子体弧旋转的旋转磁场，副磁极连产生将等离子体弧径向向内推的磁场。磁场。磁场。

【技术实现步骤摘要】
等离子体弧粉体制备设备


[0001]本公开涉及粉体制备领域，更具体地涉及一种等离子体弧粉体制备设备。

技术介绍

[0002]由于现代科学技术的不断进步发展，人们对3D打印技术的普及、半导体元器件的大量应用、红外光学镜片等的需求日益增大、新能源电池及储能装备的需求量越来越多，各行各业对粉体材料的纯度和粒度的要求越来越高和越来越细(例如纳米材料的应用)且需量也越来越大，因此，对用于制备纯度越来越高且越来越细的粉体材料的设备的技术要求也越来越先进，产能的需求也越来越大。
[0003]于2020年8月7日公布的中国专利技术专利申请公布号CN111495298A公开了一种等离子体弧磁力旋转气化制粉炉，其中第一电极和第二石墨电极的端头在上下方向上相对、金属原料从第一电极和第二石墨电极的横向侧方靠上的投料口加入倒圆台形或者圆柱形的一体单件的不锈钢坩埚，第一电极设置在坩埚的底壁并与已加入到不锈钢坩埚内的金属原料的接触，第二石墨电极从上方插入坩埚，第二石墨电极与已加入到不锈钢坩埚内的金属原料之间形成等离子体电弧来烧熔并气化金属原料，气化的金属原料通过收尘罩的抽风来被氧化冷却形成纳米级氧化粉体。于2016年1月13日公布的中国专利技术专利申请CN105234424A公开了一种电弧炉气化生产纳米银粉的工艺，其中，将电解银粉装入蒸发气化系统炉中，在该系统以石墨碳棒为阴极，电解银粉为阳极，将阴极与阳极短暂的接触，接通电源，使其发生短路，再将阴极与阳极分开一定的距离，使阴阳极中间产生高温电弧，将金属在不断融化并蒸发气化，汽化后的银粉粒子随后进入粒子控制系统，银金属原子在此急剧冷却成纳米粒子。
[0004]两篇专利温文献采用类似的技术路线，即金属原料/电解银粉(统称为金属料)作为电弧的另一极，这使得石墨电极与金属料之间的间距调整不方便。此外，CN111495298A的金属原料的添加基于金属原料在坩埚中的液面来添加，实现连续不断地加料，使得制粉的产能受限。还有，基于对等离子体电弧/高温电弧对坩埚/蒸发气化系统炉内的金属料的熔化、蒸发，由于金属料在坩埚/蒸发气化系统炉内处于堆积状态，使得金属料的熔化、蒸发的量受到限制，进而使得粉体的制备效率受限。另外，CN111495298A采用的是一体单件的不锈钢坩埚，采用一体单件形式的不锈钢坩埚存在等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧接触不锈钢坩埚、进而导致不锈钢坩埚被烧蚀、甚至等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧在坩埚内部流动而击穿坩埚的风险。另外，两篇专利温文献采用类似的技术路线中产生的等离子体弧并未径向受到约束，也就是说两篇专利文献均存在等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧接触蒸发气化系统炉/坩埚的内壁导致蒸发气化系统炉/坩埚的内壁被烧蚀的风险，进而蒸发气化系统炉/坩埚的内壁因烧蚀产生由蒸发气化系统炉/坩埚的内壁的材料所带来的对所制备的粉体的污染，影响所制备的粉体的纯度。

技术实现思路

[0005]鉴于
技术介绍
中存在的问题，本公开的一目的在于提供一种等离子体弧粉体制备设备，其能避免筒体存在等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧接触筒体进而烧蚀筒体的风险。
[0006]鉴于
技术介绍
中存在的问题，本公开的另一目的在于提供一种等离子体弧粉体制备设备，其能提高产能和粉体的制备效率。
[0007]由此，一种等离子体弧粉体制备设备包括卸料机构、反应器、正电极、负电极以及磁控器。卸料机构用于供给制备粉体的原料，卸料机构包括输料管和喷气咀，输料管用于输送制备粉体的原料，输料管位于正电极和负电极之间，喷气咀从外部进入输料管的内部并在输料管的内部向下延伸且与输料管的内壁间隔开，喷气咀用于供给压缩气体。反应器包括筒体以及顶盖，筒体包括内腔，顶盖设有进料孔，进料孔供输料管连同喷气咀定位在其处。正电极与负电极用于接入直流等离子电源的电路，正电极与负电极用于伸入筒体的内腔内，负电极与正电极用于在二者的端头之间起弧并使经由喷气咀供入到筒体的内腔内的压缩气体电离成等离子体而形成等离子体弧。磁控器设置有筒形外壳以及设置在筒形外壳的内壁上的周向交替且间隔开的主磁极和副磁极，主磁极和副磁极在径向上位于筒形外壳和反应器的筒体之间且与反应器的筒体径向间隔开，主磁极连接于直流等离子电源以产生使等离子体弧旋转的旋转磁场，副磁极连接于三相交流电源以产生将等离子体弧径向向内推的磁场。
[0008]本公开的有益效果如下。
[0009]与
技术介绍
的采用金属料作为电弧的另一极的等离子磁力旋转气化制粉炉相比，在本公开的等离子体弧粉体制备设备中，通过采用正电极和负电极，能够更为灵活、精确且实施地调节正电极和负电极之间的间距，进而实现对筒体的内腔的等离子体电弧的温度灵活、精确且实时地调节；在采用正电极和负电极的基础上，制备粉体的原料能够从反应器的筒体外供给到筒体的筒体内，能够使粉体的原料的输送量灵活地匹配正电极和负电极产生稳定的电弧所电离气体形成的等离子体弧具有的热能，粉体的制备能够连续不断地进行而不受筒体的内部体积或筒体内的原料的限制，提高了等离子体弧粉体制备设备的产能；输料管连同喷气咀定位在进料孔处，使卸料机构的输料管供给的原料以及喷气咀供给的压缩气体进入到筒体的内腔内，通过进入到输料管内部的喷气咀，喷气咀利用压缩气体将输料管输送的原料向反应器内供给，输料管输送的原料在喷气咀的出口处将围绕喷气咀喷出的压缩气体形成环形分布，通过输料管位于正电极和负电极之间的位置关系以及喷气咀与筒体之间的体积关系，携带环形分布的原料向下输送进入筒体的筒体的压缩气体与正电极和负电极之间形成的电弧电离成等离子体和等离子体弧，进而等离子体弧将经由进料孔随着压缩气体进入到筒体的内腔内的原料熔化、气化以用于形成粉体，其中，经由喷气咀进入到筒体的内腔内且进入到负电极与正电极的端头之间的压缩气体使得形成的等离子体弧径向向外扩展，具体地，压缩空气因进入到筒体的筒体内的压力变化使得压缩气体径向向外扩张，同时压缩空气受等离子体弧的热发生体积膨胀而进一步使得等离子体弧向外扩张从而导致形成的等离子体弧径向向外扩张(即等离子体弧中心的高温区域也径向向外扩张)，使得环形的原料与等离子体弧充分地被搅拌接触换热而被熔化、气化以用于形成粉体，由此提高了粉体的制备效率。
[0010]通过主磁极形成等离子体弧旋转的旋转磁场，旋转磁场的作用使得正电极和负电极之间形成的电弧受到约束并拉长、进而使得形成的等离子体弧变得稳定，旋转的等离子体弧带动原料旋转，进而增强对原料的搅拌换热作用，使得原料熔融、气化更均匀、获得的粉体更为一致、获得的粉体的量更为稳定。通过副磁极产生将等离子体弧径向向内推的磁场，同样地，这种径向向内推与之前所述的原料经受的由中间的扩张的压缩气体产生的径向向外推形成有效的搅拌增强配合，使得原料中处于径向向外的部分沿径向向内移动而接近等离子体弧的高温，从而使得原料整体换热均匀、熔融均衡、形成的粉体的粒度均匀。此外，副磁极产生将等离子体弧径向向内推的磁场会使得等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧不会接近筒体的内壁面(即瓣体的面向内腔一侧的表面)，避免了筒体(即筒体的内壁面)存在等离子体弧或等离子体弧的漂移电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体弧粉体制备设备，其特征在于，包括卸料机构(1)、反应器(2)、正电极(3A)、负电极(3B)以及磁控器(4)，卸料机构(1)用于供给制备粉体的原料，卸料机构(1)包括输料管(10)和喷气咀(11)，输料管(10)用于输送制备粉体的原料，输料管(10)位于正电极(3A)和负电极(3B)之间，喷气咀(11)从外部进入输料管(10)的内部并在输料管(10)的内部向下延伸且与输料管(10)的内壁间隔开，喷气咀(11)用于供给压缩气体；反应器(2)包括筒体(21)以及顶盖(22)，筒体(21)包括内腔(210)，顶盖(22)设有进料孔(223)，进料孔(223)供输料管(10)连同喷气咀(11)定位在其处；正电极(3A)与负电极(3B)用于接入直流等离子电源的电路，正电极(3A)与负电极(3B)用于伸入筒体(21)的内腔(210)内，负电极(3B)与正电极(3A)用于在二者的端头之间起弧并使经由喷气咀(11)供入到筒体(21)的内腔(210)内的压缩气体电离成等离子体而形成等离子体弧；磁控器(4)设置有筒形外壳(41)以及设置在筒形外壳(41)的内壁上的周向交替且间隔开的主磁极(42)和副磁极(43)，主磁极(42)和副磁极(43)在径向上位于筒形外壳(41)和反应器(2)的筒体(21)之间且与反应器(2)的筒体(21)径向间隔开，主磁极(42)连接于直流等离子电源以产生使等离子体弧旋转的旋转磁场，副磁极(43)连接于三相交流电源以产生将等离子体弧径向向内推的磁场。2.根据权利要求1所述的等离子体弧粉体制备设备，其特征在于，喷气咀(11)横穿进入输料管(10)的内部并在输料管(10)的内部向下弯折。3.根据权利要求2所述的等离子体弧粉体制备设备，其特征在于，输料管(10)包括彼此连通的倒锥筒部(101)以及直圆筒部(102)，倒锥筒部(101)用于接收制备粉体的原料，直圆筒部(102)从下方连接于倒锥筒部(101)，直圆筒部(102)的下端定位在进料孔(223)处；喷气咀(11)包括彼此连通的弯管部(111)和尖嘴部(112)，弯管部(111)横穿进入输料管(10)的倒锥筒部(101)进入倒锥筒部(101)的内部并在倒锥筒部(101)的内部向下弯折，尖嘴部(112)从弯管部(111)的末端向下延伸并居中地伸入直圆筒部(102)。4.根据权利要求1所述的等离子体弧粉体制备设备，其特征在于，输料管(10)处于立着的状态。5.根据权利要求1所述的等离子体弧粉体制备设备，其特征在于，反应器(2)的顶盖(22)设有进气孔(224)以及法兰(225)，进气孔(224)用于接入外部供给的气体，法兰(225)具有底侧平面(225a)，底侧平面(225a)上设有环形进气槽(225b)，环形进气槽(225b)从底侧平面(225a)向上凹入且与进气孔(224)连通；反应器(2)还包括上耐热绝缘垫(23)，上耐热绝缘垫(23)沿上下方向(D)设置在筒体(21)的顶部和顶盖(22)的法兰(225)之间，上耐热绝缘垫(23)包括上环体(231)和多个上垛体(232)，上环体(231)具有上平表面(231a)、上环形槽道(231b)、下平表面(231c)以及中心孔(231d)，上环体(231)的上平表面(231a)与顶盖(22)的法兰(225)的底侧平面(225a)贴合以使上环体(231)的上环形槽道(231b)和法兰(225)的环形进气槽(225b)配合并被封闭，上环形槽道(231b)从上平表面(231a)往下凹入，上环形槽道(231b)的底面设有多个连通孔
(231b1)，中心孔(231d)与筒体(21)的内腔(210)连通；多个上垛体(232)设置在上环体(231)的下平表面(231c)上并沿上环体(231)的周向间隔开，各上垛体(232)设置有径向开口的出气口(232a)，出气口(232a)沿径向面向筒体(21)的内腔(210)且出气口(232a)连通于对应的连通孔(231b1)。6.根据权利要求1所述的等离子体弧粉体制备设备，其特征在于，筒体(21)包括固定在一起且围成内腔(210)的多个瓣体(211)和多个绝缘体(212)，多个瓣体(211)和多个绝缘体(212)沿筒体(21)的周向交替布置以使相邻两个瓣体(211)之间存在有一个绝缘体(212)，每个瓣体(211)的内部用于通入循环的冷却介质，每个绝缘体(212)的内部用于通入循环的冷却流体。7.根据权利要求6所述的等离子体弧粉体制备设备，其特征在于，冷却介质和冷却流体均为纯水。8.根据权利要求6所述的等离子体弧粉体制备设备，其特征在于，反应器(2)还具有环筒(26)，环筒(26)的内部中空，环筒(26)从径向外侧围绕多个瓣体(211)和多个绝缘体(212)的顶部；各瓣体(211)具有位于顶部和底部的上管段(211d)和下管段(211e)，上管段(211d)和下管段(211e)均与对应瓣体(211)的内部连通，各绝缘体(212)具有位于顶部和底部的上管节(212a)和下管节(212b)，上管节(212a)和下管节(212b)均与对应绝缘体(212)的内部连通，多个瓣体(211)的上管段(211d)和多个绝缘体(212)的上管节(212a)固定并连通于环筒(26)；冷却介质和冷却流体为相同的流体；多个瓣体(211)的下管段(211e)用于接入外部的冷却的流体，通过多个瓣体(211)的下管段(211e)进入的冷却的流体依次经过多个瓣体(211)的内部、多个瓣体(211)的上管段(211d)、环筒(26)的内部、多个绝缘体(212)的上管节(212a)、多个绝缘体(212)的内部并经由多个绝缘体(212)的下管节(212b)流出。9.根据权利要求1所述的等离子体弧粉体制备设备，其特征在于，主磁极(42)为四个，四个主磁极(42)以90度间隔分布，各主磁极(42)包括第一导磁体(421)和第一绕组(422)，第一导磁体(421)具有内侧面(421a)和周面(421b)，内侧面(421a)的法向面对筒形外壳(41)的中心，周面(421b)围绕内侧面(421a)的法向环设在内侧面(421a...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春生，陈应红，黄猛，肖发全，陈火明，
申请(专利权)人：广东先导稀材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：