CN218872176U - 用于等离子体弧粉体制备设备的磁控器 - Google Patents

Abstract

提供一种用于等离子体弧粉体制备设备的磁控器，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，主磁极连接于直流等离子电源以产生使等离子体弧粉体制备设备产生的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粉体制备设备产生的等离子体弧径向向内推的磁场。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等离子体弧粉体制备设备的筒体的内壁面，避免了筒体存在等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧接触筒体导致筒体被烧蚀的风险、进而免除了等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧在筒体内流动击穿筒体的风险。

Description

用于等离子体弧粉体制备设备的磁控器

技术领域

本公开涉及粉体制备领域，更具体地涉及一种用于等离子体弧粉体制备设备的磁控器。

背景技术

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。

于2020年8月7日公布的中国发明专利申请公布号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日公布的中国发明专利申请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。

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。

实用新型内容

鉴于背景技术中存在的问题，本公开的目的在于提供一种用于等离子体弧粉体制备设备的磁控器，其能避免等离子体弧粉体制备设备的筒体存在等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧接触筒体导致筒体被烧蚀的风险、进而免除等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧在筒体内流动内流动击穿筒体的风险。

由此，提供一种用于等离子体弧粉体制备设备的磁控器，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，主磁极连接于直流等离子电源以产生使等离子体弧粉体制备设备产生的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粉体制备设备产生的等离子体弧径向向内推的磁场。

本公开的有益效果如下。

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等离子体弧粉体制备设备的筒体的内壁面(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弧接触筒体导致筒体被烧蚀的风险、进而免除了等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧在筒体内流动击穿筒体的风险，从而提高了等离子体弧粉体制备设备的反应器的工作稳定性和工作寿命，从这个角度讲，副磁极产生将等离子体弧径向向内推的磁场也相当于起到了稳定等离子体弧的作用。此外，基于避免筒体(即筒体的内壁面)存在等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧接触筒体导致筒体被烧蚀的风险，从而避免筒体因烧蚀产生由筒体的材料所带来的对所制备的粉体的污染，提高了所制备的粉体的纯度。

附图说明

图1是根据本公开的等离子体弧粉体制备设备的立体图。

图2是图1的部分构件的立体图。

图3是图2的剖视图。

图4是图3的上部虚线圆圈标示的局部放大图。

图5是图3的中部虚线圆圈标示的局部放大图。

图6是图3的部分放大图。

图7是图6中的卸料机构的输料管和喷气咀的剖视图。

图8是图6的部分构件的俯视立体图。

图9是图8的部分构件的立体图。

图10是图9的部分构件的立体图。

图11是图9中的筒体的立体图。

图12是图9的筒体的其中一个瓣体的立体图。

图13是图9的筒体的其中一个绝缘体的立体图。

图14是反应器的顶盖的俯视立体图。

图15是反应器的顶盖的仰视立体图。

图16是反应器的上耐热绝缘垫的俯视立体图。

图17是反应器的上耐热绝缘垫的仰视立体图。

图18是反应器的下耐热绝缘垫的仰视立体图。

图19是反应器的下耐热绝缘垫的俯视立体图。

图20是沉淀室的连接法兰的俯视立体图。

图21是磁控器的俯视立体图。

图22是图21的俯视图，同时示出正电极、负电极以及等离子体弧。

其中，附图标记说明如下：

100等离子体弧粉体制备设备     25B下螺母

D上下方向                     26环筒

1卸料机构                     27转接管

10输料管                      28下耐热绝缘垫

101倒锥筒部                   281下环体

102直圆筒部                   281a顶平表面

11喷气咀                      281b下环形槽道

111弯管部                     281b1连通口

112尖嘴部                     281c底平表面

12电机                        281d中央孔

13减速机                      282下垛体

14壳体                        282a排气口

15转子叶轮                    S收容凹槽

16上漏斗                      G容置凹槽

17下出口                      3A正电极

2反应器                       3B负电极

21筒体                        4磁控器

210内腔                       41筒形外壳

211瓣体                       42主磁极

211a上平躺块                  421第一导磁体

211b上竖立块                  421a内侧面

211b1上通孔                   421b周面

211c下竖立块                  422第一绕组

211c1下通孔                   43副磁极

211d上管段                    431第二导磁体

211e下管段                    431a内表面

211f上连接块                  431b周向面

211g下平躺块                  432第二绕组

212绝缘体                     44上环形绝缘件

212a上管节                    45下环形绝缘件

212b下管节                    46进风管

22顶盖                        5A正电极输送机构

221正电极用孔                 5B负电极输送机构

222负电极用孔                 51辊对

223进料孔                     6沉降室

224进气孔                     61顶板

225法兰                       62桶体

225a底侧平面                  63排气管

225b环形进气槽                64连接法兰

23上耐热绝缘垫                641顶侧平面

231上环体                     641a环形进气道

231a上平表面                  642入气端口

231b上环形槽道                643中央穿孔

231b1连通孔                   65A第一通水端口

231c下平表面                  65B第二通水端口

231d中心孔                    66通气单元

232垛体                       661气缸

232a出气口                    662气针

24A上螺栓                     7收料仓

24B下螺栓                     8观察窗

25A上螺母                     9视觉控制传感器

具体实施方式

附图示出本公开的实施例，且将理解的是，所公开的实施例仅仅是本公开的示例，本公开可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本公开。

参照图1至图11，等离子体弧粉体制备设备100包括卸料机构1、反应器2、正电极3A以及负电极3B。

如图2、图4、图6和图7所示，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处于立着的状态，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。

如图3至图5以及图8至图15所示，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。

与背景技术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100中，通过采用正电极3A和负电极3B，能够更为灵活、精确且实施地调节正电极3A和负电极3B之间的间距，进而实现对筒体21的内腔210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3A和负电极3B的基础上，制备粉体的原料能够从反应器2的筒体21外供给到筒体21的筒体21内，能够使粉体的原料的输送量灵活地匹配正电极3A和负电极3B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21的内部体积或筒体21内的原料的限制，提高了等离子体弧粉体制备设备100的产能；输料管10连同喷气咀11定位在进料孔223处，使卸料机构1的输料管10供给的原料以及喷气咀11供给的压缩气体进入到筒体21的内腔210内，通过进入到输料管10内部的喷气咀11，喷气咀11利用压缩气体将输料管10输送的原料向反应器2内供给，输料管10输送的原料在喷气咀11的出口处将围绕喷气咀11喷出的压缩气体形成环形分布，通过输料管10位于正电极3A和负电极3B之间的位置关系以及喷气咀11与筒体21之间的体积关系，携带环形分布的原料向下输送进入筒体21的筒体21的压缩气体与正电极3A和负电极3B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223随着压缩气体进入到筒体21的内腔210内的原料熔化、气化以用于形成粉体，其中，经由喷气咀11进入到筒体21的内腔210内且进入到负电极3B与正电极3A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21的筒体21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。

如图7所示，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，如此可以避免采用与输料管10同向延伸设置喷气咀11导致在输料管10的上方与卸料机构1的其它构件造成干涉，且充分利用输料管10侧方的空间来方便地设置喷气咀11。进一步地，在图7中，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。采用倒锥筒部101，充分利用倒锥筒部101的斜面重力降落的调速和会聚功能，能够使得在倒锥筒部101和直圆筒部102的连接部位处形成的环形的原料与卸料机构1供给的原料的速度进行匹配，而不会产生堆积；通过尖嘴部112居中地伸入直圆筒部102，使得从尖嘴部112膨出的压缩空气在进入直圆筒部102的位置处因尖嘴部112出口处的压力与直圆筒部102内的压力差将从倒锥筒部101和尖嘴部112之间的空间进入的原料被压缩空气朝向圆筒部102的内壁径向推，此时，一方面压缩气体会阻止来自的倒锥筒部101的空气进入，这尤其适用于当压缩气体采用惰性气体的情况，即当压缩气体采用惰性气体时，会在尖嘴部112出口处的径向范围内形成对来自的倒锥筒部101的空气的隔绝(这有益于制备非氧化粉体时保证所制备的非氧化粉体的纯度)，另一方面，进入圆筒部102的压缩空气向下流动带动压缩空气周围的原料以保持压缩空气在中间原料在压缩空气四周的方式进入到筒体21的内腔210内，当进入到筒体21的内腔210时，同样因为压缩空气与筒体21的内腔210之间的压差使得原料径向向外扩张、径向向外扩张的原料和居间的压缩空气向下入到负电极3B与正电极3A的端头之间，电弧将压缩空气电离成等离子体弧，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与原料充分接触搅拌换热而熔化、气化以用于形成粉体。喷气咀11输入的压缩空气是形成等离子体的工作气体，工作气体可以是任何合适的气体，例如惰性气体、氢气、氧气、空气等，可以依据制备的粉体是非氧化粉体还是氧化粉体来选择，如果采用惰性气体制备非氧化粉体，如前所述，惰性气体还能起到隔绝倒锥筒部101处的空气的作用，以提高所制备的非氧化粉体的纯度。

在图1至图6中，输料管10处于立着的状态。

卸料机构1可以采用任何合适的构造。例如，如图6所示，卸料机构1为星型卸料器。星型卸料阀具有定量、连续地卸料的特性，这将与采用倒锥筒部101和直圆筒部102的输料管10有机地结合在一起，从而实现倒锥筒部101和直圆筒部102的连接部位处形成的环形的原料与卸料机构1供给的原料的速度进行匹配、进而实现进入到筒体21的内腔210内的环形的原料的速度与卸料机构1供给的原料的速度进行匹配，进而能够使制备粉体的原料的输送量灵活地匹配正电极3A和负电极3B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。

具体地，如图6所示，星型卸料器还包括电机12、减速机13、壳体14、转子叶轮15、上漏斗16以及下出口17。电机12连接于减速机13、减速机13连接于转子叶轮15，壳体14包围转子叶轮15，上漏斗16连接于壳体14的顶侧并上下开口，下出口17连接于壳体14的底侧并与上漏斗16上下方向D相对并连通，转子叶轮15位于上漏斗16和下出口17之间。上漏斗16用于盛放制备粉体的原料。通过电机12和减速机13可以控制转子叶轮15的转速，从而实现转子叶轮15对下出口17的卸料的速度控制。原料的尺寸可以依据所制备的粉体的要求来确定。例如制备纳米级粉体，原料可以是微米级颗粒，例如但不限于100μm的颗粒。原料的材质不受限制只要能够适用通过等离子体弧形成粉体即可，原料可以是金属，也可以是非金属。

参照图14和图15，顶盖22设有正电极用孔221以及负电极用孔222；正电极3A与负电极3B分别经由正电极用孔221和负电极用孔222伸入筒体21的内腔210内。

参照图3和图4、图14至图17，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。由此，外部供给的气体经由进气孔224、环形进气槽225b和上环形槽道231b、连通孔231b1、出气口232a以及中心孔231d供入到筒体21的内腔210内。供入到筒体21的内腔210内的该气体作为工作气体被电离成等离子体。此外，外部供给的气体从周向间隔布置的多个上垛体232的出气口232a径向向筒体21的内腔210内供给，外部供给的气体沿上环体231的周圈均匀地且均衡地供给到筒体21的内腔210内，这样就使得前述的经由输料管10供入到筒体21的内腔210内的原料被出气口232a的供给的气体径向均匀地均衡地向内推，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、熔融均衡从而使得后续冷却形成的粉体量均匀。此外，这种径向向内推也在一定程度上阻止等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧靠近筒体21的内表面。顶盖22的材质优选导热且耐热，当然兼顾成本和可获得性，顶盖22可采用金属材料，金属材料可以为不锈钢。注意的是，外部供给的气体与经由喷气咀11供给的压缩气体是同一气体。

上耐热绝缘垫23可以通过带有绝缘手段的螺栓、螺母和对应的螺孔沿上下方向D设置在筒体21的顶部和顶盖22的法兰225之间。上垛体232的数量与绝缘体212的数量一致。注意的是，上垛体232在图17中示出为12个，但是不限于此，可以依据需要来确定少于12个或多于12个。如图17所示，各上垛体232的出气口232a为多个且沿上下方向D呈一列布置，当然出气口232a可以以多列布置。与绝缘体212一样，上耐热绝缘垫23的材料优选耐热并兼顾机械强度，例如可采用云母片。

如图9至图13所示，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。

与背景技术的采用倒圆台形或者圆柱形的一体单件的不锈钢坩埚相比，在本公开的等离子体弧粉体制备设备100中，通过固定在一起且围成内腔210的内部通入循环的冷却介质的多个瓣体211和内部通入循环的冷却流体的多个绝缘体212的筒体21，使得筒体21能够耐筒体21内的等离子体弧的高温，相邻两个瓣体211之间存在的绝缘体212使得相邻瓣体211之间实现电绝缘，避免等离子体弧的漂移电弧的电流沿周向流经相邻的瓣体211的内部而击穿各瓣体211，免除了采用一体单件形式的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在筒体内部流动流动击穿筒体的风险，提高了筒体21的工作寿命和工作稳定性。冷却介质和冷却流体可以相同也可以不同，优选冷却介质也为绝缘材料，如此能够进一步提高前述的抗击穿性能，例如采用纯水，采用纯水不仅实现绝缘而且能够同时增强热交换能力，从而进一步提高了筒体21的工作寿命和工作稳定性。此外，对于瓣体211的材质，材质优选导热且耐热，当然兼顾成本和可获得性，瓣体211可采用金属材料，金属材料可以为不锈钢。绝缘体212的材料优选耐热并兼顾机械强度，例如可采用刚玉或石英。

如图4所示并结合图10至图17，多个瓣体211的顶面共面且与上耐热绝缘垫23的上环体231的下平表面231c贴合，各绝缘体212的顶面低于相邻两个瓣体211的顶面，以使相邻两个瓣体211的顶面与相邻两个瓣体211之间的绝缘体212的顶面之间形成收容凹槽S，收容凹槽S用于密封收容对应一个对应的上垛体232。也就是说，上耐热绝缘垫23的上垛体232与筒体21的收容凹槽S形成插接配合且与绝缘体212形成绝缘延伸，不仅增强了相邻两个瓣体211之间的绝缘而且有利于相邻两个瓣体211的定位和组装。进一步地，如图11和图12所示，各瓣体211具有一个上平躺块211a，上平躺块211a的顶面为水平面，多个瓣体211的上平躺块211a的顶面共面且与上耐热绝缘垫23的上环体231的下平表面231c贴合；各绝缘体212的顶面低于相邻两个瓣体211的上平躺块211a的顶面，以使相邻两个瓣体211的上平躺块211a的顶面与相邻两个瓣体211之间的绝缘体212的顶面之间形成所述收容凹槽S。由此，有利于上耐热绝缘垫23与筒体21的瓣体211和绝缘体212组装后的整体结构紧凑性和整体强度。

为了实现相邻瓣体211连同对应的绝缘体212的组装，如图10至图12所示，各瓣体211具有分别位于顶部和底部的两上竖立块211b以及两个下竖立块211c，各上竖立块211b具有沿周向贯通的上通孔211b1，各下竖立块211c具有沿周向贯通的下通孔211c1；反应器2还包括成对上螺栓24A和上螺母25A、下螺栓24B和下螺母25B，对应的上螺栓24A绝缘穿过相邻的瓣体211的相邻的上竖立块211b的上通孔211b1并与对应的上螺母25A螺纹连接以将相邻的瓣体211沿周向绝缘固定在一起；对应的下螺栓24B绝缘穿过相邻的瓣体211的相邻的下竖立块211c的下通孔211c1并与对应的下螺母25B螺纹连接以将相邻的瓣体211沿周向绝缘固定在一起。上螺栓24A和上螺母25A以及下螺栓24B和下螺母25B可以直接由绝缘材料制成来实现绝缘，也可以采用金属材料再配合绝缘衬垫来实现绝缘等。

针对多个瓣体211内部通入的冷却介质的循环和多个绝缘体212内部通入的冷却流体的循环，如图3、图6、图8、图9、图12和图13所示，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。流出的且换热后的流体可以再进行另外的热量回收利用，并再循环到多个瓣体211的下管段211e。

为了提高多个瓣体211的上管段211d和多个绝缘体212的上管节212a与环筒26之间的组装以及固定的便利性，如图6、图8至图10所示，反应器2还具有多个转接管27，各瓣体211的上管段211d经由对应一个转接管27固定并连通于环筒26，各绝缘体212的上管节212a经由对应一个转接管27固定并连通于环筒26。此外，转接管27的设置也提高了瓣体211、绝缘体212以及环筒26的结构稳定性和整体结构强度。进一步地，为了提高组装的便利性，如图6所示，多个瓣体211的上管段211d和多个绝缘体212的上管节212a共面。

正电极3A和负电极3B的材质可以选用任何合适的材质，例如正电极3A和负电极3B均为石墨电极。石墨电极为自耗型电极，适合氧化粉体的制备，也可以采用非自耗型电极，例如钨电极，适合非氧化粉体的制备。为了使正电极3A和负电极3B的端头更便于对准，正电极3A和负电极3B可相对彼此倾斜，例如正电极3A和负电极3B呈60度夹角，当然正电极3A和负电极3B要与反应器2的顶盖22绝缘，绝缘可以采用任何合适的手段来进行。正电极3A和负电极3B所连接的直流等离子电源的功率依据需要制备的粉体的粒径、所要达到的产能、等离子体弧达到的温度、等离子体弧的大小等来合适的选定。

参照图1至图6、图8以及图21和图22，等离子体弧粉体制备设备100还可包括磁控器4。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。通过主磁极42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3A和负电极3B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43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43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21的内壁面(即瓣体211的面向内腔210一侧的表面)，避免了筒体21(即筒体21的内壁面)存在等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧接触筒体21导致筒体21被烧蚀的风险、进而免除了等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧在筒体21内流动击穿筒体21的风险，从而提高了反应器2的工作稳定性和工作寿命，从这个角度讲，副磁极43产生将等离子体弧径向向内推的磁场也相当于起到了稳定等离子体弧的作用。此外，基于避免筒体21(即筒体21的内壁面)存在等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧接触筒体21导致筒体21被烧蚀的风险，从而避免筒体21因烧蚀产生由筒体21的材料所带来的对所制备的粉体的污染，提高了所制备的粉体的纯度。

具体地，如图21和图22所示，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的四周，第一绕组422围绕周面421b螺旋布置，径向上相对的各对主磁极42构成N极和S极，两对主磁极42中的N极相邻，径向上相对的各对主磁极42的第一绕组422串联，各自串联的两对主磁极42的第一绕组422以N极并联、S极并联而并联在一起、再串联在直流等离子电源的电路，并联的N极电连接正电极3A，并联的S极电连接负电极3B；副磁极43为四个，四个副磁极43与四个主磁极42交替布置，各副磁极43包括第二导磁体431和第二绕组432，第二导磁体431具有内表面431a和周向面431b，内表面431a的法向面对筒形外壳41的中心，周向面431b围绕内表面431a的法向环设在内表面431a的四周，第二绕组432围绕周向面431b螺旋布置，各副磁极43的第二绕组432与三相交流电源连接。基于四个主磁极42以90度间隔分布、四个副磁极43与四个主磁极42交替布置，四个副磁极43在四个位置处产生将等离子体弧径向向内推的磁场，从而使得等离子体弧整周上更为一致地沿径向被向内推，等离子体弧带动周围的原料也进行向内推，从而使得与之前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，此外，四个副磁极43在四个位置处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21的内壁面(即瓣体211的面向内腔210一侧的表面)，起到稳定等离子体弧的作用，避免了筒体21的内壁面因等离子体弧或等离子体弧的漂移电弧接触或而导致的烧蚀，从而提高了反应器2的工作稳定性和工作寿命，提高了所制备的粉体的纯度。前述导磁体可以选用合适的材料，例如硅钢片。

磁控器4的筒形外壳41套在反应器2的筒体21外面。筒形外壳41可以采用金属材料制备。为了提高等离子体弧粉体制备设备100的结构整体性、保持筒形外壳41相对反应器2的筒体21的位置稳定性、进而保持主磁极42和副磁极43相对反应器2的筒体21的位置稳定性，如图3、图8至图12所示，瓣体211还具有上连接块211f，各瓣体211的上连接块211f位于上平躺块211a的下方并与上平躺块211a在上下方向D上间隔开，多个瓣体211的上连接块211f的下表面共面；磁控器4还包括上环形绝缘件44，上环形绝缘件44套在多个瓣体211上，上环形绝缘件44沿上下方向D固定(例如通过带有绝缘手段的螺钉)在筒形外壳41的顶面与多个瓣体211的上连接块211f的下表面之间。上环形绝缘件44可为云母片。

为了提高磁控器4的散热能力，如图3、图6、图8和图9所示，磁控器4还包括下环形绝缘件45和进风管46，下环形绝缘件45套在多个瓣体211的底部并在径向上以间隙间隔开，下环形绝缘件45固定(例如通过带有绝缘手段的螺钉)于筒形外壳41的底面；进风管46的一端连通于筒形外壳41和反应器2的筒体21之间的间隙，进风管46的另一端连通于外部的送风装置(未示出)，以使送风装置的送出的风经由进风管46进入筒形外壳41和反应器2的筒体21之间的间隙再经由下环形绝缘件45与多个瓣体211的底部之间的间隙排出。下环形绝缘件45从下方对筒形外壳41进行绝缘保护。下环形绝缘件45可为云母片。

为了实时调整正电极3A和负电极3B的端头之间的距离，参照图1至图13并结合图14和图15，等离子体弧粉体制备设备100还包括正电极输送机构5A和负电极输送机构5B，正电极输送机构5A用于将正电极3A经由反应器2的顶盖22的正电极用孔221进入筒体21的内腔210；负电极输送机构5B用于将负电极3B经由反应器2的顶盖22的负电极用孔222进入筒体21的内腔210；正电极3A和负电极3B分别经由正电极输送机构5A和负电极输送机构5B控制正电极3A和负电极3B的端头之间的距离。通过采用正电极输送机构5A和负电极输送机构5B，实现正电极3A和负电极3B的端头之间的距离的灵活、精确且实时地调节、进而实现保持稳定的等离子体弧连续工作、等离子体弧粉体制备设备100的连续正常运行。正电极输送机构5A和负电极输送机构5B可以采用任何合适的构造，例如，如图2所示，正电极输送机构5A和负电极输送机构5B均采用辊对41夹送，辊对41中的一个辊可以采用主动而另一个采用从动。

参照图1至图3，等离子体弧粉体制备设备100还包括沉降室6。沉降室6连接在反应器2的筒体21的底部，用于接收来自筒体21的气化的原料和气体、将气化的原料冷却成粉体并使粉体与气体在沉降室6内基于重力分离。通过沉降室6的设置，粉体的制备能够连续不断地进行而不受筒体21的内部体积的限制，提高了等离子体弧粉体制备设备100的产能。

如图2和图3所示，沉降室6包括顶板61、桶体62以及排气管63，顶板61连接在反应器2的筒体21的下端并从上方封闭桶体62，桶体62的内部连通于反应器2的筒体21的内腔210，桶体62能够通入气体，桶体62用于供内腔210内形成的粉体在其内沉降，排气管63连接在沉降室6的顶板61，排气管63用于供沉降室6内的气体向外排出。向外排出的气体可连接于诸如旋风分离器(甚至还有的过滤器和环境除尘器等)，以对向外排出的气体中所夹杂的粉体进行进一步的分离回收，由此提高粉体的收率。

如图2、图5、图18至图20、沉降室6还包括连接法兰64，连接法兰64设置于顶板61上并连通桶体62的内部，连接法兰64具有顶侧平面641、入气端口642以及沿上下方向D贯通的中央穿孔643，顶侧平面641上设有环形进气道641a，环形进气道641a从顶侧平面641向下凹入且与入气端口642连通，入气端口642用于连通于外部的供气装置(未示出)，中央穿孔643连通桶体62的内部。反应器2还包括下耐热绝缘垫28，下耐热绝缘垫28沿上下方向D设置在筒体21的底部，下耐热绝缘垫28包括下环体281和多个下垛体282；下环体281具有顶平表面281a、下环形槽道281b、底平表面281c以及中央孔281d，下环体281的顶平表面281a与连接法兰64的顶侧平面641贴合；下环体281的下环形槽道281b和连接法兰64的环形进气道641a配合并被封闭，下环形槽道281b从底平表面281c往上凹入，下环形槽道281b的顶面设有多个连通口281b1；多个下垛体282设置在下环体281的顶平表面281a上并沿下环体281的周向间隔开，各下垛体282设置有径向开口的排气口282a，排气口282a沿径向面向筒体21的内腔210且排气口282a连通于对应的连通口281b1。由此，外部的供气装置供给的气体经由入气端口642、环形进气道641a和下环形槽道281b、连通口281b1以及排气口282a进入到下耐热绝缘垫28的下环体281的中央孔281d，之后穿过连接法兰64的中央穿孔643进入到桶体62的内部，而来自内腔210内的粉体和气体通过下耐热绝缘垫28的下环体281的中央孔281d和连接法兰64的中央穿孔643进入到桶体62的内部。外部的供气装置供给的气体沿下环体281的周圈均匀地且均衡地供给到下环体281的中央孔281d内，外部的供气装置供给的气体一方面用于促进穿过下耐热绝缘垫28的下环体281的中央孔281d的气化的原料加速进入到桶体62的内部，另一方面促进气化的原料均匀地且均衡地进一步被冷却形成粉体。注意的是，外部的供气装置供给的气体与经由喷气咀11供给的压缩气体是同一气体。

同样地，下耐热绝缘垫28可以通过带有绝缘手段的螺栓、螺母和对应的螺孔沿上下方向D设置在在筒体21的底部。下垛体282的数量与绝缘体212的数量一致。注意的是，下垛体282在图19中示出为12个，但是不限于此，可以依据需要来确定少于12个或多于12个。如图19所示，各下垛体282的排气口282a为多个且沿上下方向D呈一列布置。当然，排气口282a可以以多列布置。与上耐热绝缘垫23一样，下耐热绝缘垫28的材料优选耐热并兼顾机械强度，例如可采用云母片。

如图10至图12和图19所示，多个瓣体211的底面共面且与下耐热绝缘垫28的下环体281的顶平表面281a贴合，各绝缘体212的底面高于相邻两个瓣体211的底面，以使相邻两个瓣体211的底面与相邻两个瓣体211之间的绝缘体212的底面之间形成容置凹槽G，容置凹槽G用于密封收容对应一个对应的下垛体282。就是说，下耐热绝缘垫28的下垛体282与筒体21的容置凹槽G形成插接配合且与绝缘体212形成绝缘延伸，不仅增强了相邻两个瓣体211之间的绝缘而且有利于相邻两个瓣体211的定位和组装。进一步地，各瓣体211具有一个下平躺块211g，下平躺块211g的底面为水平面，多个瓣体211的下平躺块211g的底面共面且与下耐热绝缘垫28的下环体281的顶平表面281a贴合；各绝缘体212的底面高于相邻两个瓣体211的下平躺块211g的底面，以使相邻两个瓣体211的下平躺块211g的底面与相邻两个瓣体211之间的绝缘体212的底面之间形成所述容置凹槽G。由此，有利于下耐热绝缘垫28与筒体21的瓣体211和绝缘体212组装后的整体结构紧凑性和整体强度。

为了进一步提高沉降室6的桶体62的冷却能力，沉降室6还包括第一通水端口65A和第二通水端口65B，桶体62为封闭的通水夹套，桶体62的顶部为顶板61，第一通水端口65A和第二通水端口65B与通水夹套连通并用于供入冷却水。

为了进一步提高沉降室6的冷却能力，沉降室6还包括多个通气单元66，多个通气单元66沿桶体62的周向间隔设置在桶体62的外壁上，各通气单元66包括气缸661和多个气针662，气缸661用于连通外部的供气源，多个气针662沿上下方向D排成一列，各气针662的一端连通于气缸661，各气针662密封穿过桶体62且各气针662的气口在桶体62的内侧露出。优选地，如图2所示，多个通气单元66的成列的气针662围绕着桶体62使各气针662的出口与桶体62的内侧壁相切地露出，这样多个通气单元66的成列的气针662供入的气体将形成沿周向流动的环形流，如此能够增加粉体在桶体62内的冷却速度、气化的原料冷却形成粉体的速度以及与气体的分离速度。在图2中，四个通气单元66(即四列气针662)以90度间隔布置，当然可以少于四个通气单元66或多于四个通气单元66，依据需要灵活确定。气缸661供给的气体与经由喷气咀11供给的气体是同一气体。也就是说，在等离子体弧粉体制备设备100中，经由喷气咀11供给的压缩气体、经由反应器2的顶盖22的进气孔224接入的外部供给的气体、经由沉降室6的接法兰64的入气端口642供入外部的气体、经由沉降室6的多个通气单元66供给桶体62的气体是同一气体，这样使得连通的反应器2和沉降室6的气体气氛一致。如前所述，气体的具体类型可以依据制备的粉体是非氧化粉体还是氧化粉体来选择。

参照图1至图3，等离子体弧粉体制备设备100还包括收料仓7，收料仓7设置在沉降室6的底部(在图中的示例中为桶体62的底部)，用于收集经由沉降室6沉降的粉体。

参照图2，等离子体弧粉体制备设备100还包括观察窗8，观察窗8设置于反应器2的顶盖22，便于生产过程人工视查。

参照图2，等离子体弧粉体制备设备100还包括视觉控制传感器9，视觉控制传感器9设置在反应器2的顶盖22，视觉控制传感器9通信连接于正电极输送机构5A和负电极输送机构5B、用于控制正电极输送机构5A和负电极输送机构5B分别输送的正电极3A和负电极3B的给进距离及电弧的正常工作。

采用上面详细的说明描述多个示范性实施例，但本文不意欲限制到明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的各种特征可以组合在一起而形成出于简明目的而未示出的多个另外组合。

Claims (7)

1.一种用于等离子体弧粉体制备设备的磁控器，其特征在于，

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)连接于直流等离子电源以产生使等离子体弧粉体制备设备产生的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粉体制备设备产生的等离子体弧径向向内推的磁场。

2.根据权利要求1所述的磁控器，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)的四周，第一绕组(422)围绕周面(421b)螺旋布置，径向上相对的各对主磁极(42)构成N极和S极，两对主磁极(42)中的N极相邻，径向上相对的各对主磁极(42)的第一绕组(422)串联，各自串联的两对主磁极(42)的第一绕组(422)以N极并联、S极并联而并联在一起、再串联在直流等离子电源的电路，并联的N极用于电连接等离子体弧粉体制备设备(100)的正电极(3A)，并联的S极用于电连接等离子体弧粉体制备设备(100)的负电极(3B)；

副磁极(43)为四个，四个副磁极(43)与四个主磁极(42)交替布置，各副磁极(43)包括第二导磁体(431)和第二绕组(432)，第二导磁体(431)具有内表面(431a)和周向面(431b)，内表面(431a)的法向面对筒形外壳(41)的中心，周向面(431b)围绕内表面(431a)的法向环设在内表面(431a)的四周，第二绕组(432)围绕周向面(431b)螺旋布置，各副磁极(43)的第二绕组(432)与三相交流电源连接。

3.根据权利要求1所述的磁控器，其特征在于，

磁控器(4)还包括上环形绝缘件(44)，上环形绝缘件(44)沿上下方向(D)固定在筒形外壳(41)的顶面。

4.根据权利要求3所述的磁控器，其特征在于，上环形绝缘件(44)为云母片。

5.根据权利要求1所述的磁控器，其特征在于，

磁控器(4)还包括下环形绝缘件(45)，下环形绝缘件(45)固定于筒形外壳(41)的底面。

6.根据权利要求5所述的磁控器，其特征在于，

下环形绝缘件(45)为云母片。

7.根据权利要求1所述的磁控器，其特征在于，

磁控器(4)还包括进风管(46)，进风管(46)的一端连通于筒形外壳(41)，进风管(46)的另一端连通于外部的送风装置，以使送风装置的送出的风经由进风管(46)进入筒形外壳(41)。

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