RU2263006C2 - Плазменно-дуговой реактор и способ получения тонких порошков - Google Patents
Плазменно-дуговой реактор и способ получения тонких порошков Download PDFInfo
- Publication number
- RU2263006C2 RU2263006C2 RU2002123919/02A RU2002123919A RU2263006C2 RU 2263006 C2 RU2263006 C2 RU 2263006C2 RU 2002123919/02 A RU2002123919/02 A RU 2002123919/02A RU 2002123919 A RU2002123919 A RU 2002123919A RU 2263006 C2 RU2263006 C2 RU 2263006C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- arc
- electrode
- powder
- aluminum
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/14—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes using electric discharge
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/12—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from gaseous material
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/42—Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/48—Generating plasma using an arc
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
- B01J2219/0227—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components of graphite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0809—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes employing two or more electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0816—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes involving moving electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0816—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes involving moving electrodes
- B01J2219/082—Sliding electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0824—Details relating to the shape of the electrodes
- B01J2219/0826—Details relating to the shape of the electrodes essentially linear
- B01J2219/083—Details relating to the shape of the electrodes essentially linear cylindrical
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0824—Details relating to the shape of the electrodes
- B01J2219/0835—Details relating to the shape of the electrodes substantially flat
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0837—Details relating to the material of the electrodes
- B01J2219/0839—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0837—Details relating to the material of the electrodes
- B01J2219/0841—Metal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0869—Feeding or evacuating the reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0871—Heating or cooling of the reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0873—Materials to be treated
- B01J2219/0879—Solid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0873—Materials to be treated
- B01J2219/0881—Two or more materials
- B01J2219/0886—Gas-solid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
- B01J2219/0898—Hot plasma
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Discharge Heating (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению плазменным испарением порошков алюминия субмикронных и нанометровых размеров. Плазменно-дуговой реактор для получения порошка из твердого материала в форме проволоки содержит первый электрод и второй электрод, выполненный с возможностью удаления от первого электрода на расстояние, достаточное для образования плазменной дуги между ними, средство для ввода плазмообразующего газа в пространство между первым и вторым электродами, средство для формирования плазменной дуги в пространстве между первым и вторым электродами, причем первый электрод имеет проходящий через него канал, выпускное отверстие которого выходит в пространство между первым и вторым электродами, и предусмотрено средство для подачи твердого материала в форме проволоки через канал для выхода из него через выпускное отверстие в пространство между первым и вторым электродами. При получении пассивированного алюминиевого порошка в реактор подают алюминиевую проволоку в плазму инертного газа, в которой алюминий испаряется, испарившийся алюминий охлаждают инертным газом для конденсации порошка алюминия и окисляют поверхность порошка алюминия пассивирующим газом. Обеспечивается повышение производительности и получение нанометровых и субмикронных порошков с высоким постоянством размеров и незначительными силами сцепления частиц. 3 н. и 43 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к устройству и способу для получения порошков. В частности, предложен плазменно-дуговой реактор, который может использоваться в процессе плазменного испарения для получения алюминиевых порошков субмикронных или нанометровых размеров.
Металлические и керамические порошки используются в процессах спекания в металлургии и в катализе в химической промышленности. Эти порошки можно использовать для производства конструктивных элементов, магнитных пленок, химических покрытий, присадок к маслам, добавок к ракетному топливу, а также во взрывчатых веществах.
Для производства подобных порошков известны различные методы. В документе RU 2133173 C1 B 22 F 9/14, от 20.07.1999 описан способ производства порошка с микрокристаллической структурой посредством широко известной плазменной горелки или плазматрона. В указанном документе описано применение водоохлаждаемого плазматрона и подразумевается использование устройства прямой полярности (плазменная горелка прямой полярности), в котором оба электрода неподвижно размещены в одном водоохлаждаемом корпусе горелки, причем оба электрода выполнены из меди. Указанный документ относится к технологии с применением атомизации, при которой проволока фрагментируется и плавится с образованием капель, то есть жидкой фазы.
Известен также документ US 5593740 от 14.01.1997, который относится к методу изготовления субмикронных металлических частиц в углеродной оболочке, при котором осуществляют испарение твердого материала в плазме, смешивание испарившегося материала с газом, содержащим углерод, и последующую конденсацию смеси с образованием субмикронных металлических частиц в углеродной оболочке.
Техническим результатом, достигаемым с использованием заявленного изобретения, является повышение производительности или выхода продукции и обеспечение изготовления с высоким выходом нанометровых и субмикронных порошков с высоким постоянством размеров и незначительными силами сцепления частиц.
В настоящем изобретении предложен плазменно-дуговой реактор для получения порошка из твердого загружаемого материала, содержащий:
(a) первый электрод,
(b) второй электрод, выполненный с возможностью удаления от первого электрода на расстояние, достаточное для образования плазменной дуги между ними,
(c) средство для ввода плазмообразующего газа в пространство между первым и вторым электродами,
(d) средство для формирования плазменной дуги в пространстве между первым и вторым электродами,
при этом первый электрод имеет проходящий через него канал, выпускное отверстие которого выходит в пространство между первым и вторым электродами, и предусмотрено средство для подачи твердого материала в канал и через него для выхода из канала через выпускное отверстие в пространство между первым и вторым электродами.
В данном контексте термин "электрод" включает в себя плазменную горелку.
Первый электрод предпочтительно выполнен с возможностью перемещения относительно второго электрода из первого положения, в котором его дуговая часть контактирует с дуговой частью второго электрода, во второе положение, в котором дуговые части удалены друг от друга на расстояние, достаточное для образования плазменной дуги между ними. Это условие является предпочтительным, так как контакт между первым и вторым электродами способствует инициированию плазменной дуги. Под дуговой частью подразумеваются те области или точки на поверхностях первого и второго электродов, между которыми может быть генерирована плазменная дуга.
Первый электрод может быть предпочтительно выполнен в форме полого удлиненного элемента, внутренняя поверхность которого образует закрытый канал (эквивалентный расточке или проходу). Удлиненный элемент заканчивается дуговым рабочим концом, который в работе находится напротив дуговой части второго электрода. Выпускное отверстие закрытого канала расположено на дуговом рабочем конце или рядом с ним. В этом случае первый электрод может быть выполнен в форме полого стержня, цилиндра или трубки. Первый электрод может быть изначально выполнен в виде полого объекта. Альтернативно, первый электрод может быть выполнен сплошным с последующим выполнением в нем отверстия или проход. Если выпускное отверстие расположено на дуговом рабочем конце, то концевая поверхность удлиненного элемента образует дуговой рабочий конец электрода и выпускное отверстие закрытого канала. Первый электрод обычно является катодом.
Второй электрод, действующий в качестве противоэлектрода, может иметь любую соответствующую форму, позволяющую генерировать плазменную дугу между ним и первым электродом. Второй электрод может иметь просто преимущественно плоскую дуговую часть. Например, второй электрод может быть расположен как плоская подложка на нижней стене плазменного реактора.
Дуговые части первого и/или второго электродов обычно выполняют из углерода, предпочтительно графита.
Плазменный реактор может быть выполнен в виде облицованной графитом емкости или графитового тигля, часть которого выполняет функцию второго электрода. Соответственно, второй электрод может составлять одно целое с реакторной емкостью.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения часть или вся внутренняя поверхность реакционной камеры с плазменной дугой составляет второй электрод. Эта камера может быть графитовой реакционной камерой или облицованной графитом реакционной камерой.
Также предпочтительно выполнять второй электрод анодом, чтобы в работе ионы металла электростатически отталкивались от него.
Ни первый, ни второй электрод не требуют заземления.
Плазменно-дуговой реактор предпочтительно дополнительно содержит охлаждающее средство для охлаждения и конденсации твердого материала, который испарился в плазменной дуге, генерированной между первым и вторым электродами. Охлаждающее средство предпочтительно содержит источник охлаждающего газа.
Второй электрод предпочтительно содержит графитовую емкость, имеющую поверхность, направляющую испарившийся материал дальше, в зону охлаждения, для охлаждения в работе охлаждающим газом.
За зоной охлаждения может быть предусмотрена зона сбора, предназначенная для сбора порошка конденсированного испарившегося материала. Зона сбора может содержать фильтровальную ткань, которая отделяет частицы порошка от газового потока. Фильтровальная ткань предпочтительно расположена на заземленном каркасе, чтобы исключить образование электростатического заряда. После этого порошок можно собирать с фильтровальной ткани, предпочтительно в зоне с контролируемой атмосферой. Полученный порошковый продукт затем предпочтительно герметизируют в инертном газе в контейнере под давлением выше атмосферного.
В первом электроде предпочтительно выполнен дополнительный канал, обеспечивающий ввод плазменного газа в пространство между первым и вторым электродами. Следовательно, твердый загружаемый материал и плазменный газ могут проходить через общий канал и выходить из электрода через общее выходное отверстие в пространство между первым и вторым электродами.
Средство для генерации плазменной дуги в пространстве между первым и вторым электродами обычно содержит источник постоянного или переменного тока.
При желании можно использовать один или более дополнительных электродов, также содержащих канал для подачи материала, чтобы иметь возможность подавать вместе различные материалы в один плазменный реактор. При этом можно использовать общий противоэлектрод или альтернативно могут быть предусмотрены отдельные противоэлектроды, каждый из которых расположен напротив электрода с каналом в нем. Можно использовать общий или отдельные источники питания, хотя отдельные источники питания являются предпочтительными, так как это позволяет применять различные скорости испарения для разных материалов.
Устройство согласно настоящему изобретению может работать без использования каких-либо водоохлаждаемых элементов внутри плазменного реактора и также позволяет пополнять твердый загружаемый материал без остановки реактора. Водяное охлаждение может привести к термоудару и вызванному им разрушению материала. При этом могут также возникать нежелательные реакции между водяным паром и обрабатываемым материалом.
Устройство согласно изобретению может дополнительно содержать средство для подачи твердого загружаемого материала к первому электроду. Если твердый материал имеет форму проволоки, то устройство предпочтительно содержит запас проволоки. Например, устройство может содержать контейнер или держатель для проволоки, предпочтительно, катушку или бобину.
Предпочтительно могут быть также предусмотрены средства для подачи проволоки из запаса проволоки в первый электрод, при этом проволока подается в канал. Для этого можно использовать, например, электродвигатель.
Согласно настоящему изобретению также предложен способ получения порошка из твердого загружаемого материала, заключающийся в том, что
(i) берут плазменно-дуговой реактор, описанный выше, (ii) вводят плазменный газ в пространство между первым и вторым электродами,
(iii) генерируют плазменную дугу в пространстве между первым и вторым электродами,
(iv) подают твердый материал через канал для выхода через его выпускное отверстие в плазменную дугу, в которой твердый материал испаряется,
(v) охлаждают испарившийся материал для конденсации порошка и
(vi) собирают порошок.
Предложенный способ можно рассматривать как способ конденсации газовой/паровой фазы. В таком процессе для испарения твердого загружаемого материала генерируют плазму и в паровой фазе происходит фрагментация материала. Затем пар охлаждается и превращается в твердофазные частицы.
Твердый загружаемый материал обычно содержит или состоит из металла, например, алюминия, никеля или вольфрама, включая сплавы, содержащие один или несколько этих металлов. Предпочтительным материалом является алюминий и его сплавы. Твердый загружаемый материал может быть в любой подходящей форме, позволяющей подавать его в канал и выпускать через канал в пространство между электродами. Например, материал может быть в форме проволоки, волокон и/или порошка. Твердый загружаемый материал не требует использования для его подачи какой-либо вспомогательной несущей фазы типа жидкого носителя.
Твердый загружаемый материал предпочтительно имеет форму непрерывной проволоки. Эта форма является предпочтительной, поскольку было обнаружено, что подача твердого загружаемого материала в форме проволоки способствует передаче материала в зону плазмы и в ядро плазмы.
Плазменный газ обычно содержит или состоит из инертного газа, например, гелия и/или аргона.
Плазменный газ предпочтительно вводят в канал в первом электроде для выхода из него в пространство между первым и вторым электродами. В этом случае плазменный газ и твердый материал предпочтительно выходят из первого электрода через общее выпускное отверстие. Плазменный газ и твердый материал можно подавать в канал в первом электроде через общее впускное отверстие или, альтернативно, через отдельные впускные отверстия. Во процессе работы плазменный газ и твердый материал подаются в канал совместно.
Объемный расход плазменного газа предпочтительно контролируют, чтобы оптимизировать характеристики теплопередачи между материалом и плазмой и обеспечить разделение материала в паровой фазе.
По меньшей мере, некоторое охлаждение испаряющегося материала можно обеспечить с помощью потока инертного газа, например аргона и/или гелия. Альтернативно или вместе с использованием инертного газа можно использовать струю реактивного газа. Использование реактивного газа позволяет получать порошки оксидов и нитридов. Например, использование воздуха для охлаждения испарившегося материала может привести к получению оксидных порошков, например порошков оксида алюминия. Аналогичным образом, использование реактивного газа, содержащего, например, аммиак, может обеспечить получение нитридных порошков, например порошков нитрида алюминия. Охлаждающий газ можно рециркулировать через водоохлаждаемую камеру кондиционирования.
Поверхность порошка можно окислить с помощью пассивирующего газового потока. Это особенно предпочтительно, когда материалом является алюминий или материал на основе алюминия. Пассивирующий газ может содержать кислородсодержащий газ, и особенно предпочтительный газ содержит от 95 до 99 об.% инертного газа, такого как гелий и/или аргон, и от 1 до 5 об.% кислорода, более предпочтительно, приблизительно 98 об.% инертного газа (газов) и приблизительно 2 об.% кислорода. Было обнаружено, что такая газовая смесь дает особенно хорошие результаты для алюминия и материалов на основе алюминия. Пассивирующие газы предпочтительно предварительно перемешивают, чтобы исключить местное обогащение газовой фазы и возможность взрывов. Охлаждающий (инертный) газ можно рециркулировать и затем разбавлять кислородом со скоростью обычно 1 Нм3/час, чтобы получить поток пассивирующего газа. Алюминий действует в качестве газопоглотителя для кислорода и реагирует с ним, в результате чего парциальное давление в камере падает. Если контролировать давление в камере, то последующее повышение парциального давления означает, что поверхность алюминиевого порошка была практически полностью пассивирована. Реакционная способность некоторых ультратонких порошков представляет рабочую опасность, если существует вероятность контакта, например, с водой и/или воздухом. Стадия пассивации делает порошковый материал более пригодным для транспортировки.
Для алюминия, предназначенного для некоторых применений, предпочтительно, чтобы в плазме по существу не происходило окисления. Предпочтительно также, чтобы охлаждение испаряемого материала осуществлялось с помощью потока инертного газа, например аргона и/или гелия. Соответственно, стадия пассивации предпочтительно имеет место только после того, как порошок охладился. В предпочтительном варианте твердый загружаемый материал, например алюминиевую проволоку, подают в ядро плазмы, где она испаряется. Металлический пар затем подается в отдельную область быстрого охлаждения, где он быстро охлаждается в потоке инертного газа и превращается в затвердевший порошок. Этот твердый порошок затем подвергают воздействию кислорода в низкотемпературных условиях окисления, чтобы оксид вырос до ограничительной толщины и стал саморегулироваться, т.е. сам оксид стал тормозить дальнейшее окисление. Этот процесс воздействия кислородом и реакция происходят вдали от ядра плазмы.
Предложенный способ можно использовать для получения порошкового материала, такого как алюминий, практически все частицы которого имеют диаметр меньше 200 нм. Предпочтительно, средний диаметр частиц находится в пределах от 50 до 150 нм, более предпочтительно от 80 до 120 нм, и наиболее предпочтительно от 90 до 110 нм.
Анализ удельной поверхности показал, что предложенный способ можно использовать для получения порошкового материала, такого как алюминий, удельная поверхность которого находится в пределах от 15 до 40 м2г-1, предпочтительно в пределах от 25 до 30 м2г-1.
Понятно, что для конкретного обрабатываемого материала и требуемого размера частиц готового порошка необходимо специально подбирать условия обработки, такие как скорости подачи материала и газа, температуру и давление.
Предпочтительно, чтобы вторым электродом была часть или вся внутренняя поверхность реакционной емкости. Второй электрод предпочтительно является анодом, а первый электрод предпочтительно является катодом. Для определенных применений первый и/или второй электроды предпочтительно выполняют из материала, который не вступает в реакцию с загружаемым материалом при рабочей температуре.
Первый и второй электроды предпочтительно выполнены из углеродного материала, более предпочтительно, из графита. Соответственно, реакционная емкость может быть графитовой реакционной камерой или облицованной графитом реакционной камерой, которая является вторым электродом.
Обычно является предпочтительным, чтобы реактор был предварительно нагрет перед испарением твердого загружаемого материала. Реактор можно предварительно нагреть до температуры 2500°С, более предпочтительно от 500 до 2500°С.
Для алюминиевого загружаемого материала реактор предпочтительно предварительно нагревают до температуры от 2000 до 2500°С, более предпочтительно от 2200° до 2500°С и наиболее предпочтительно от 2300 до 2500°С. Предварительный нагрев можно обеспечить любыми подходящими средствами, хотя предпочтительно использовать для этого плазменную дугу. Предпочтительно, чтобы предварительно было нагрето практически все внутреннее пространство реакционной емкости.
Скорость, с которой твердый загружаемый материал подается в канал в первом электроде, влияет на выход продукции и размер порошка. При использовании алюминиевой проволоки применялась скорость подачи от 1 до 5 кг/час, более предпочтительно, приблизительно, 2 кг/час. Алюминиевая проволока обычно имеет диаметр 1-10 мм, предпочтительно 1-5 мм.
Инертный плазменный газ, например гелий, можно также вводить через канал в первом электроде со скоростью от 2,4 до 6 Нм3/час, более предпочтительно 3 Нм3/час.
Если для генерации плазменной дуги используется источник постоянного тока, то сила постоянного тока обычно устанавливается в интервале от 400 до 800 А. Электрические характеристики постоянного тока обычно составляют порядка 800 А и от 30 до 40 В при длине столба плазменной дуги от 60 до 70 мм.
Предложенные способ и плазменно-дуговой реактор обычно работают при давлении выше атмосферного, более предпочтительно превосходящем атмосферное давление на давление 750 мм воды. Это предотвращает или способствует предотвращению поступления в зону плазмы атмосферного кислорода, который мог бы вызвать нежелательную химическую реакцию. Если загружаемым материалом является алюминий, то предпочтительно, чтобы плазменно-дуговой реактор работал при давлении, превосходящем атмосферное, на давление 45 дюймов воды, предпочтительно от 15 до 35 дюймов воды. Работа при давлении выше атмосферного также способствует получению более высокого выхода порошкового материала.
Если в качестве охлаждающего газа используется предпочтительный инертный газ, такой как аргон или азот, для охлаждения и конденсации испарившегося материала, то было обнаружено, что при расходе от 60 до 120 Нм3/час получается алюминиевый порошок, в котором большинство частиц, если не практически все, имеют диаметр меньше 200 нм (предпочтительно ≤100 нм). После охлаждения температура газа и порошка составляет от 300 до 350°С.
При загружаемом алюминиевом материале предложенный способ позволяет получить порошковый материал с химическим составом, представляющим собой смесь металлического алюминия и оксида алюминия. Предполагается, что причиной этого является добавление кислорода в материал во время обработки в условиях низкотемпературного окисления. Соответственно, настоящее изобретение также предусматривает полученный предложенным способом порошковый материал, содержащий частицы, имеющие ядро, которое содержит или состоит преимущественно из алюминия, и поверхностный слой, который содержит или состоит преимущественно из оксида алюминия.
По существу окисляется только поверхность частиц, и специфический анализ поверхности показал, что оксидный компонент порошка связан в основном с поверхностью, и оксидный слой имеет толщину меньше, чем приблизительно, 10 нм, предпочтительно меньше, чем, приблизительно, 5 нм. Поэтому такой материал можно описать как дискретно капсулированный. Практически все частицы покрытого оксидом алюминия имеют диаметр меньше, чем 200 нм, при этом средний диаметр частиц составляет от 50 до 150 нм, предпочтительно от 80 до 120 нм и более предпочтительно от 90 до 110 нм. Удельная поверхность покрытых оксидом частиц алюминия составляет от 15 до 40 м2г-1, предпочтительно от 25 до 30 м2г-1.
Исследования порошкового материала с помощью ПЭМ и электронной дифракции показали, что алюминиевые частицы по существу являются монокристаллами.
В дальнейшем будет более подробно описан пример осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображен вариант выполнения электрода, который можно использовать в плазменно-дуговом реакторе согласно изобретению,
фиг.2 - блок-схема выполнения способа согласно изобретению,
фиг.3(а) и (b) - вторичные электронные микроснимки алюминиевых порошков, изготовленных предложенным способом ((а) 100000-кратное увеличение; (b) 200000-кратное увеличение);
фиг.4 - график изменения удельной поверхности идеального нанометрового алюминиевого порошка в зависимости от диаметра частиц;
фиг.5 - график изменения содержания оксида в идеальном нанометровом алюминиевом порошке в зависимости от диаметра частиц;
фиг.6 - график первичного (первая плавка) анализа ДСК для алюминиевого образца;
фиг.7 - график вторичного (вторая плавка) анализа ДСК для алюминиевого образца, и
фиг.8 - исследуемый спектр нанометрового алюминиевого порошка, полученный с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС).
На фиг.1 изображен первый электрод 5, выполненный в виде цилиндрического графитового стержня, который заканчивается дуговым рабочим концом 6. При желании, верхнюю часть графитового электрода можно заменить медью. В электроде 5 выполнена центральная расточка, проходящая по длине электрода 5. Поверхность расточки образует закрытый канал 7 (или проход), имеющий впускное отверстие 8 на одном конце и выпускное отверстие 9 на дуговом рабочем конце 6.
Второй противоэлектрод 10 выполнен как часть облицованной графитом реакторной емкости (13) (см. фиг.1 и 2). На фиг.1 показана только дуговая часть 11 на внутренней поверхности нижней стены 12 реактора 13. Весь реактор 13 показан на фиг.2, где можно заметить, что противоэлектрод образует с ним одно целое. Дуговая часть 11 второго электрода 10 расположена напротив дугового рабочего конца 6 первого электрода 5.
Первый и второй электроды 5 и 10 подсоединены к источнику 15 постоянного тока. Первый электрод 5 является катодом, а второй электрод анодом 10, хотя понятно, что полярности могут быть обратными.
Первый электрод 5 выполнен подвижным относительно второго электрода 10 и поэтому может опускаться до установления контакта между дуговым рабочим концом 6 и дуговой частью 11 второго электрода 10, чтобы замкнуть электрическую цепь. Силу постоянного тока от источника 15 обычно устанавливают на значение от 400 до 800 А. При подъеме первого электрода 5 можно сформировать плазменную дугу постоянного тока между дуговым рабочим концом 6 первого электрода 5 и дуговой частью 11 второго электрода 10.
Твердый загружаемый материал, например алюминиевая проволока 20, может подаваться во впускное отверстие 8, пропускаться вниз в канал 7 и выходить из выпускного отверстия 9 в пространство между дуговым рабочим концом 6 первого электрода 5 и дуговой частью 11 второго электрода 10. Инертный плазменный газ 25, такой как аргон и/или гелий, может аналогично подаваться через впускное отверстие 8 в канал 7 и выходить из первого электрода 5 через выпускное отверстие 9. Следовательно, и алюминиевая проволока 20 и плазменный газ 25 могут входить в первый электрод 5 через общее впускное отверстие 8 и выходить из электрода 5 через общее выпускное отверстие 9 на дуговом рабочем конце 6.
Проволока 20 может храниться, как обычно, на катушке или бобине и подаваться с помощью многоскоростного двигателя во впускное отверстие 8. Плазменный газ 25 может храниться, как обычно, в газгольдере и с помощью клапана вводиться регулируемым образом во впускное отверстие. Следовательно, скорости подачи проволоки и плазменного газа можно контролировать.
В работе облицованную графитом емкость 10 предварительно нагревают до температуры, по меньшей мере, около 2000°С (предпочтительно приблизительно, 2200-2300°С) с помощью плазменной дуги. После этого вводят инертный плазменный газ 25 через канал 7 в первый электрод 5 и включают источник 15 питания.
Реактор обычно работает при давлении, превышающем атмосферное на давление 750 мм воды.
После предварительного нагрева реактора алюминиевую проволоку 20 подают во впускное отверстие 8 канала 7 в первом электроде 5 со скоростью типично 2 кг/час. Инертный плазменный газ также вводят через канал 7, со скоростью от 2,4 до 6 Нм3/час, предпочтительно 3 Нм3/час.
Электрические характеристики постоянного тока составляют порядка 800 А и от 30 до 40 В при длине столба плазменной дуги от 60 до 70 мм.
Таким образом, алюминиевая проволока 20 испаряется в горячем плазменном газе (этап А на фиг.2). Проволока 20 и плазменный газ 25 постоянно подаются в канал 7 первого электрода 5 по мере испарения проволоки 20 в плазменной дуге. Со временем достигается установившийся режим. Понятно, что скорости подачи проволоки 20 и/или газа 25 могут регулироваться в процессе работы.
Испарившийся алюминий и горячий плазменный газ выходят из реакторной емкости под действием газа, подаваемого через канал 7 в первом электроде 5. Испарившийся алюминий затем быстро охлаждают в зоне 30 охлаждения с помощью потока инертного охлаждающего газа, такого как аргон или гелий, для конденсации субмикронного алюминиевого порошка (этап В на фиг.2). Скорость потока охлаждающего газа составляет от 60 до 120 Нм3/час, а диаметр частиц алюминиевого порошка составляет ≤200 мм (предпочтительно ≤100 мм). После быстрого охлаждения инертным газом температура газа и порошка типично, составляет от 300 до 350°С.
При желании затем можно осуществить этап пассивации в зоне 35 пассивации за зоной 30 охлаждения (этап С на фиг.2). Это можно обеспечить разными путями. Можно рециркулировать охлаждающий газ в водоохлаждаемую камеру кондиционирования, а затем обратно в устройство вместе с кислородом в количестве до 5 об.% для контакта с порошком. Кислород вводится обычно со скоростью приблизительно 1 Нм3/час. Альтернативно, можно использовать отдельный источник пассивирующего газа. Температура во время этапа пассивации обычно составляет от 100 до 200°С.
После этапа пассивации порошковый материал и газовый поток проходят в зону 40 сбора, содержащую фильтровальную ткань (не показана) для отделения порошка от газа (см. этап D на фиг.2). Фильтровальная ткань предпочтительно расположена на заземленном каркасе, чтобы исключить образование электростатического заряда. Газ можно рециркулировать.
После этого порошок можно собирать с фильтровальной ткани, предпочтительно в зоне с контролируемой атмосферой.
Полученный порошковый продукт затем предпочтительно герметизируют в инертном газе в контейнере под давлением выше атмосферного.
При желании можно использовать один или несколько дополнительных электродов, снабженных каналом, для одновременной подачи различных металлов в одну реакторную емкость, чтобы получать, например, порошковые сплавы, субмикронные и нанометровые смеси, оксиды и нитриды. При этом можно использовать общий противоэлектрод или, альтернативно, отдельные противоэлектроды, каждый из которых расположен напротив электрода с каналом в нем. Можно использовать общий или отдельные источники питания, хотя предпочтительнее иметь отдельные источники питания, так как это позволяет использовать различные скорости испарения для разных металлов.
Пример
Данный пример относится к получению нанометрового алюминиевого порошка с помощью технологии атмосферной плазмы постоянного тока, которая представляет собой чистый, контролируемый и направленный источник тепла. Такие алюминиевые порошки можно использовать в процессах спекания в металлургии и в катализе в химической промышленности. Порошки можно использовать для изготовления конструктивных элементов, магнитных пленок, химических покрытий, присадок к маслам, добавок к ракетному топливу, а также во взрывчатых веществах.
В данном процессе используется механизм конденсации газовой фазы. Процесс обеспечивает высокий выход продукции (кг/час) в технологических условиях смешанного инертного газа, после чего следует контролируемая пассивация материала с пневматической транспортировкой и дисперсией при давлении выше атмосферного. Материал получают, охлаждают, пассивируют (т.е. окисляют поверхность в низкотемпературных условиях), собирают и упаковывают в режиме строгого контроля и высокой степени автоматизации.
Исходная проволока (прекурсор), используемая в данном процессе, представляет собой деформируемый сплав с маркировкой 1050А, ASTM=ER1100, DIN=S-A1 9915. Эта проволока имеет номинальный состав 99,5 мас.% А1, основными примесями являются Si и Fe при максимальным содержании 0,25 и 0,40 мас.%, соответственно.
Содержание алюминия и оксида алюминия невозможно определить прямо, поэтому выполнялся количественный элементарный анализ основных компонентов порошка. В расчетах предполагалось, что весь кислород связан в оксиде алюминия со стехиометрией Al2О3. Для определения содержания кислорода использовался предварительно калиброванный анализатор кислорода и азота Leco TC436. Для анализа углерода использовался предварительно калиброванный анализатор углерода и серы Leco CS344. Для анализа порошка на высокие уровни загрязнений применялся рентгеновский флуоресцентный анализ методом энергетической дисперсии (РФЭД). Для количественного анализа растворов на высокие уровни загрязнений, идентифицированных РФЭД, использовался атомно-эмиссионный спектрометр ARL 3410 с индуцируемой плазмой (АЭСИП).
Анализ АЭСИП показал значительные уровни кальция, хотя обнаруженные уровни других загрязнений например, Fe, Na, Zn и Ga, были очень низкими. Поэтому количественный анализ был сконцентрирован на О, С и Са. Содержание Al можно определить как большинство порошка, оставшегося после вычитания оксида алюминия, кальция и углерода. Содержание углерода было принято за элементарное из-за нерастворимого остатка, оставшегося в контейнере во время анализа АЭСИП. Результаты анализа представлены в таблице 1.
Таблица 1 | |||||
Результаты комбинированного анализа материала | |||||
Идентификация образца | С мас.% | Са мас.% | О* мас.% | Al2O3 Вычислен. мас.% | Al Вычислен. мас.% |
6AL | 2,48 | 0,17 | 14,9 | ||
6AL | 2,41 | 0,17 | 15,4 | ||
6AL | 16,3 | ||||
Средний | 2,44 | 0,17 | 15/5 | 33 | 64,4 |
*Кислород добавлялся в систему специально в низкотемпературных условиях окисления. |
Образцы алюминиевого порошка были исследованы под сканирующим электронным микроскопом марки Leica Cambridge S360. Электронные микроснимки были подготовлены, чтобы показать размер и форму частиц. Количественный рентгеноспектральный анализ на основе метода энергетической дисперсии выполнялся для определения элементов, присутствующих в образце, с помощью системы рентгеновского анализа, дополняющей СЭМ.
Вторичный электронный анализ использовали для получения топографических текстурных изображений частиц алюминиевого порошка и соответствующих агломератов. При малом увеличении (в 350 раз) было заметно, что порошковый продукт агломерированный. Размер агломератов составлял от менее 5 мкм до более чем 200 мкм. При больших увеличениях (20000 и 50000 раз) можно было получить изображение отдельных частиц. Их размер (т.е. наибольший размер) составлял приблизительно 100 нм ± 50нм, однако частицы все еще выглядели как скопления. Было определено, что агломераты состояли из этих более мелких частиц. Частицы имели неправильную форму, сферическую или овальную. Предполагается, что такая форма отдельных частиц и процесс агломерации возникают, чтобы минимизировать избыток свободной поверхностной энергии, присущий настолько мелко разделенному материалу. На фиг.3(а) и (b) показаны два вторичных электронных микроснимка.
Исследования под просвечивающим электронным микроскопом (ПЭМ) показали, что частицы имеют в общем сферическую морфологию. Соответствующая работа электронной дифракции показывает, что частицы являются преимущественно монокристаллами.
Удельную поверхность (УП) определяли по абсорбции азота, используя метод непрерывного потока, описанный в BS 4359, часть 1. Исследования УП показали, что она находится в пределах от 25 до 30 м2г-1. На фиг.4 показано изменение удельной поверхности в зависимости от размера частиц для идеального химически чистого сферического алюминиевого порошка. Фиг.4 свидетельствует, что средний размер частиц 90 нм соответствует удельной поверхности от 25 до 30 м2г-1. Таким образом, изображения ПЭМ демонстрируют соответствие анализу УП.
С уменьшением размера частиц порошка доля оксида в порошке будет изменяться неблагоприятно, т.е. будет возрастать доля оксида относительно доли металла. Эта тенденция графически представлена на фиг.5, где принято допущение равномерного слоя оксида толщиной 4,5 мм. Этот слой представляет собой ограниченную диффузией, приставшую, когерентную.и равномерную оксидную пленку, связанную с алюминиевым материалом, образовавшуюся в результате воздействия обогащенной кислородом атмосферой в низкотемпературном режиме.
Анализ состава показал содержание оксида 33 мас.%, что подразумевает размер частиц от 90 до 100 мкм. Это также согласуется с анализом УП и ПЭМ изображениями.
Термический анализ выполнялся с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Прибор был вначале проверен на калибровку температуры и энергии с помощью поверенного индиевого стандарта. Образец нагревали до 750°С со скоростью 10°С мин-1 в воздушном потоке со скоростью 5 мл мин-1. Спектр ДСК показал экзотермический пик (высвобождение энергии) с экстраполированной начальной температурой 538°С. Интервалы пика составили 538-620°С с максимумом на 590°С. После начального нагрева образец охлаждали и снова нагревали в тех же условиях, и при этом экзотермии не наблюдалось. Это свидетельствует о полной и необратимой химической реакции, т.е. окислении алюминия. Этот результат графически показан на фиг.6 и 7.
Метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС) чувствителен к поверхности и обычно анализирует 2-3 верхних слоя материала (т.е. 1 нм сверху). Это дает информацию о составе и химическом состоянии. Например, РФС может отличать Al как объемный металл от Al, связанного в оксиде Al2О3. В таблице 2 показаны виды, обнаруженные в анализируемом спектре.
Таблица 2 | ||
Распределение компонентов на пиках | ||
284,7 | Cls | Загрязнение углеродом окр. среды |
72,2 | Al2р | Металл |
74,2 | Al2р | Al2O3 |
531,6 | Ols | Al2O3 |
1071,5 | Nals | Na2СО3 |
2061,3 | Параметр Na auger | Na2CO3 |
289,4 | Cls | Na2СО3 |
Анализируемый спектр представлен на фиг.8 и показывает присутствие углерода (19 ат.%), кислорода (50 ат.%), алюминия (27 ат.%), азота (0,6 ат.%), натрия (3,3 ат.%) и кальция (0,7 ат.%). Эти значения были вычислены с использованием опубликованных коэффициентов чувствительности (Briggs and Seah, 1990). Детальные спектры были взяты с основного пика для получения химической информации в форме энергий связи, при этом не принимались во внимание такие факторы, как морфология, топография и неоднородность. Углеродный пик использовался для калибровки спектра, т.е. случайное загрязнение углеродом (из окружающей среды), энергия связи 287,4 эВ. Информация о составе относится к двум-трем наружным слоям материала и, следовательно, не должна интерпретироваться как объемный химический состав материала.
Пик А12 показал два наложенных компонента из-за металла и собственного оксида с энергиями связи 72,1 эВ и 74,1 эВ, соответственно. Тот факт, что можно было обнаружить металлический алюминий, связанный через оксид с внутренней частью частиц, т.е. с металлом основы, свидетельствует о наличии тонкого верхнего слоя менее, чем 2-3 монослоя (кристаллография: корунд имеет ромбоэдрическую кристаллическую систему, где а=b=с=12,98 ангстрем). Было замечено, что углеродный пик состоял из двух компонентов, т.е. загрязнения из окружающей среды и карбида. Углерод не был категорически связан с каким-либо из обнаруженных видов металлов. Натрий вероятно присутствует в виде карбоната (Na2CO3).
Толщину монослоя можно оценить с помощью уравнений Де Бирса-Ламберта и соответствующих допущений.
Уравнение Де Бирса-Ламберта, вариант 1
Iox=I0 ox[1-exp(-d/λsinθ)]
(1) Уравнение Де Бирса-Ламберта, вариант 2:
Ielement=I0 element[exp(-d/λsinθ)]
(2)
где λ - неупругий средний свободный пробег электрона,
λ=0,05(КЕ)0,5нм=0,5(1486,6-73)0,5=1,8799 нм (КЕ=кинетическая энергия испускаемого электрона).
Если оксид является собственным для данного элемента металлического материала, то I0 и λ, приблизительно равны. Следовательно, разделив уравнение 1 на уравнение 2, можно получить уравнение, связывающее относительные интенсивности сигнала А1 с толщиной оксидного слоя:
Iox/I0 element=exp(-d/λsinθ)-1
(3)
Для данного уравнения использованы следующие допущения:
(i) поверхности плоские,
(ii) оксидный слой имеет равномерную толщину,
(iii) этот слой непрерывный и
(iv) поверхности планарные.
В результате данного вычисления было определено, что оксидный слой имеет толщину приблизительно 2-3 нм, что согласуется с анализом состава, анализом УП и изображениями СЭМ. Изменчивость связана с неточностью допущений, принятых при вычислениях. Эти вычисления очень неточные, однако данный метод анализирует образец на максимальную глубину самого верхнего нанометра образца. Это значит, что поскольку в области спектра наблюдения обнаружен сигнал основного металла, толщина оксида должна быть меньше 5 нм, что является определенным заключением, связанным с природой характеризующего излучения.
Порошковый материал согласно настоящему изобретению имеет следующие характеристики:
1. По составу материал представляет собой смесь металлического алюминия и оксида алюминия, что согласуется с добавлением кислорода в материал во время обработки в условиях низкотемпературного окисления, т.е. окисляется практически только поверхность.
2. Изображения свидетельствуют, что сформированный материал имеет морфологию мелких сферических частиц со средним диаметром от 70 до 130 нм (более предпочтительно от 80 до 120 нм, а еще более предпочтительно, приблизительно, 100 нм). Это подтверждает классификацию материала как наноматериала.
3. Частицы агломерированы таким образом, что скопления частиц связаны слабыми силами, которые можно преодолеть подходящими средствами, например, путем разрушения ультразвуком.
4. Анализ удельной поверхности показал, что материал имеет удельную поверхность в интервале от 15 до 40 м2г-1, более предпочтительно в интервале от 25 до 30 м2г-1. Это согласуется с размером частиц от 75 до 95 нм.
5. Термический анализ показал, что происходит полная и необратимая химическая реакция на воздухе при 550-650°С. Это соответствует термически обусловленному окислению.
5. Специфический анализ поверхности показал, что оксидный компонент порошка связан с поверхностью и что этот слой имеет толщину меньше, чем приблизительно 5 нм. Следовательно, данный материал можно описать как дискретно капсулированный.
Предложенные устройство и способ обеспечивают упрощенную технологию получения и сбора порошков субмикронных и нанометровых размеров. В предпочтительном варианте передаваемая плазменная дуга образуется между дуговым рабочим концом удлиненного графитового электрода и противоэлектродом, выполненным как часть графитового реакторного тигля.
Предложенное устройство может работать без использования каких-либо водоохлаждаемых элементов внутри плазменного реактора и позволяет пополнять сырье без остановки реактора.
Реактивность субмикронных и нанометровых металлов, таких как алюминий, представляет рабочий риск, если есть вероятность контакта с водой, реактивными жидкостями или реактивными газами, такими как воздух и кислород. Описанная стадия пассивации делает порошковый материал более пригодным для транспортировки.
Claims (44)
1. Плазмено-дуговой реактор для получения порошка из твердого материала в форме проволки, содержащий (а) первый электрод, (b) второй электрод, выполненный с возможностью удаления от первого электрода на расстояние, достаточное для образования плазменной дуги между ними, (c) средство для ввода плазмообраующего газа в пространство меджу первым и вторым электродами, (d) средство для формирования плазменной дуги в пространстве между первым и вторым электродами, причем первый электрод имеет проходящий через него канал, выпускное отверстие которого выходит в пространство между первым и вторым электродами, и предусмотрено средство для подачи твердого материала в форме проволоки через канал для выхода из него через выпускное отверстие в пространство меджу первым и вторым электродами.
2. Плазмено-дуговой реактор по п.1, дополнительно содержащий средство для подачи твердого материала в форме проволоки в первый электрод.
3. Плазмено-дуговой реактор по пп.1 и 2, дополнительно содержащий контейнер или держатель для твердого материала в форме проволоки.
4. Плазменно-дуговой реактор по п.3, дополнительно содержащий средство для подачи проволоки из контейнера или держателя в первый электрод.
5. Плазменно-дуговой реактор по любому из пп.1-4, в котором первый электрод выполнен с возможностью перемещения относительно второго электрода из первого положения, в котором его дуговая часть контактирует с дуговой частью второго электрода, во второе положение, в котором упомянутые дуговые части удалены друг от друга на расстояние, достаточное для образования плазменной дуги между ними.
6. Плазменно-дуговой реактор по любому из пп.1-5, в котором первый электрод выполнен в форме полого удлиненного элемента, внутренняя поверхность которого образует закрытый канал, причем удлиненный элемент заканчивается дуговым рабочим концом, находящимся напротив второго электрода, и выпускное отверстие закрытого канала расположено на дуговом рабочем конце или рядом с ним.
7. Плазменно-дуговой реактор по любому из пп.1-6, в котором дуговые части первого и/или второго электродов выполнены из графита.
8. Плазменно-дуговой реактор по любому из пп.1-7, дополнительно содержащий охлаждающее средство для охлаждения и конденсации твердого материала, испарившегося в процессе работы в плазменной дуге между первым и вторым электродами.
9. Плазменно-дуговой реактор по п.8, в котором охлаждающее средство содержит источник охлаждающего газа.
10. Плазменно-дуговой реактор по п.9, в котором второй электрод содержит графитовую емкость, имеющую поверхность, выполненную с возможностью направления испарившегося твердого материала дальше в зону охлаждения, для охлаждения в процессе работы охлаждающим газом.
11. Плазменно-дуговой реактор по любому из пп.1-10, дополнительно содержащий зону сбора, предназначенную для сбора порошкового материала.
12. Плазменно-дуговой реактор по любому из пп.1-11, в котором канал в первом электроде дополнительно выполнен с возможностью ввода плазмообразующего газа в пространство между первым и вторым электродами.
13. Плазменно-дуговой реактор по любому из пп.1-12, в котором средство для генерации плазменной дуги в пространстве между первым и вторым электродами содержит источник постоянного или переменного тока.
14. Способ получения порошка из твердого материала в форме проволоки, заключающийся в том, что (i) берут плазменно-дуговой реактор по любому из пп.1-13, (ii) вводят плазмообразующий газ в пространство между первым и вторым электродами, (iii) генерируют плазменную дугу в пространстве между первым и вторым электродами, (iv) подают твердый материал в форме проволоки через канал для выхода через его выпускное отверстие в плазменную дугу, в которой твердый материал испаряется, (v) охлаждают испарившийся материал для конденсации порошка и (vi) собирают порошок.
15. Способ по п.14, в котором твердый материал содержит или состоит из металла или сплава.
16. Способ по п.15, в котором твердым материалом является алюминий или его сплав.
17. Способ по любому из пп.14-16, в котором плазмообразующий газ содержит или состоит из инертного газа.
18. Способ по п.17, в котором плазмообразующий газ содержит или состоит из гелия и/или аргона.
19. Способ по любому из пп.14-18, в котором плазмообразующий газ вводят через канал первого электрода для выхода из него в пространство между первым и вторым электродами.
20. Способ по п.19, в котором плазмообразующий газ и твердый материал выходят из первого электрода через общее выпускное отверстие.
21. Способ по п.19 или 20, в котором плазмообразующий газ и твердый материал входят в канал в первом электроде через общее впускное отверстие.
22. Способ по любому из пп.14-21, в котором по меньшей мере частичное охлаждение испарившегося материала осуществляют с помощью потока инертного газа.
23. Способ по любому из пп.14-21, в котором по меньшей мере частичное охлаждение испарившегося материала осуществляют с помощью потока реактивного газа.
24. Способ по любому из пп.14-23, в котором поверхность порошка окисляют с помощью потока пассивирующего газа.
2 5. Способ по п.24, в котором пассивирующий газ представляет собой кислородсодержащий газ.
2 6. Способ по п.25, в котором кислородсодержащий газ содержит от 95 до 99 об.% инертного газа и от 1 до 5 об.% кислорода.
27. Способ по п.26, в котором кислородсодержащий газ содержит, приблизительно, 98 об.% инертного газа и приблизительно 2 об.% кислорода.
28. Способ по любому из пп.14-27, в котором порошок содержит частицы, практически все имеющие диаметр меньше 200 нм.
29. Способ по любому из пп.14-28, в котором реактор предварительно нагревают до температуры от 2000 до 2500°С, предпочтительно от 2200 до 2300°С, перед испарением твердого материала.
30. Способ по любому из пп.14-29, в котором давление в реакторе поддерживают на уровне выше атмосферного.
31. Способ по любому из пп.14-30, в котором порошок содержит частицы, имеющие ядро, содержащее или состоящее преимущественно из алюминия, и поверхностный слой, содержащий или состоящий преимущественно из оксида алюминия.
32. Способ по п.31, в котором поверхностный слой оксида алюминия имеет толщину <10 нм, предпочтительно <5 нм, более предпочтительно <3 нм.
33. Способ по п.31 или 32, в котором практически все частицы имеют диаметр ≤200 нм.
34. Способ по любому из пп.31-33, в котором средний диаметр частиц находится в интервале от 50 до 150 нм, более предпочтительно от 70 до 130 нм и наиболее предпочтительно от 80 до 120 нм.
35. Способ по любому из пп.31-34, в котором порошковый материал имеет удельную поверхность в интервале от 15 до 40 м2г-1, предпочтительно, от 25 до 30 м2г-1.
36. Способ по любому из пп.31-35, в котором частицы имеют монокристаллическое ядро.
37. Способ получения пассивированного алюминиевого порошка из твердого материала в виде алюминиевой проволоки, заключающийся в том, что (a) берут плазменно-дуговой реактор, (b) подают инертный газ в реактор и генерируют плазму инертного газа в реакторе, (c) подают алюминиевую проволоку в плазму инертного газа, в которой алюминий испаряется, (d) охлаждают испарившийся алюминий инертным газом для конденсации порошка алюминия, и (e) окисляют поверхность порошка алюминия пассивирующим газом.
38. Способ по п.37, в котором в качестве реактора используют реактор по любому из пп.1-13.
39. Способ по любому из пп.37-38, в котором реактор предварительно нагревают до температуры от 2000 до 2500°С, предпочтительно от 2200 до 2300°С, перед испарением твердого материала.
40. Способ по любому из пп.37-39, в котором давление в реакторе поддерживают на уровне выше атмосферного.
41. Способ по любому из пп.37-40, в котором порошок содержит частицы, имеющие ядро, содержащее или состоящее преимущественно из алюминия, и поверхностный слой, содержащий или состоящий преимущественно из оксида алюминия.
42. Способ по п.41, в котором поверхностный слой оксида алюминия имеет толщину ≤10 нм, предпочтительно ≤5 нм, более предпочтительно ≤3 нм.
43. Способ по п.41 или 42, в котором практически все частицы имеют диаметр ≤200 нм.
44. Способ по любому из пп.41-43, в котором средний диаметр частиц находится в интервале от 50 до 150 нм, более предпочтительно от 70 до 130 нм и наиболее предпочтительно от 80 до 120 нм.
45. Способ по любому из пп.41-44, в котором порошковый материал имеет удельную поверхность в интервале от 15 до 40 м2г-1, предпочтительно, от 25 до 30 м2г-1.
46. Способ по любому из пп.41-45, в котором частицы имеют монокристаллическое ядро.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB0003081.7 | 2000-02-10 | ||
GB0003081A GB2359096B (en) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | Apparatus and process for the production of fine powders |
GB0020106A GB2365876A (en) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | Making nano-sized powder using a plasma arc reactor |
GB0020106.1 | 2000-08-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002123919A RU2002123919A (ru) | 2004-04-20 |
RU2263006C2 true RU2263006C2 (ru) | 2005-10-27 |
Family
ID=26243620
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002123919/02A RU2263006C2 (ru) | 2000-02-10 | 2001-02-09 | Плазменно-дуговой реактор и способ получения тонких порошков |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US7022155B2 (ru) |
EP (3) | EP1257376B1 (ru) |
JP (1) | JP2003522299A (ru) |
KR (1) | KR100784576B1 (ru) |
CN (1) | CN100418674C (ru) |
AT (1) | ATE258092T1 (ru) |
AU (1) | AU2001232063A1 (ru) |
CA (1) | CA2399581A1 (ru) |
DE (1) | DE60101840T2 (ru) |
IL (2) | IL151114A0 (ru) |
RU (1) | RU2263006C2 (ru) |
WO (1) | WO2001058625A1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2708200C1 (ru) * | 2018-11-23 | 2019-12-05 | Олег Александрович Чухланцев | Плазменно-дуговой реактор с расходуемым катодом для получения порошков металлов, сплавов и их химических соединений |
RU2751611C1 (ru) * | 2020-04-15 | 2021-07-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы" | Устройство для получения мелкодисперсного порошка |
RU2756959C1 (ru) * | 2020-06-08 | 2021-10-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы" | Устройство для получения мелкодисперсного порошка |
Families Citing this family (89)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2001232063A1 (en) * | 2000-02-10 | 2001-08-20 | Tetronics Limited | Plasma arc reactor for the production of fine powders |
GB2382122A (en) | 2001-11-14 | 2003-05-21 | Qinetiq Ltd | Shaped charge liner |
US7192649B1 (en) * | 2003-08-06 | 2007-03-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Passivation layer on aluminum surface and method thereof |
EP1645538A1 (de) | 2004-10-05 | 2006-04-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Materialzusammensetzung für die Herstellung einer Beschichtung für ein Bauteil aus einem metallischen Basismaterial und beschichtetes metallisches Bauteil |
US8079838B2 (en) * | 2005-03-16 | 2011-12-20 | Horiba, Ltd. | Pure particle generator |
US20070034051A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Mercuri Robert A | Process for the use of metal carbonyls for the production of nano-scale metal particles |
US20070036689A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Mercuri Robert A | Production of nano-scale metal particles |
US20070283784A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-12-13 | Mercuri Robert A | Continuous process for the use of metal carbonyls for the production of nano-scale metal particles formed of non-noble metals |
US20070034049A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Mercuri Robert A | Continuous process for the use of metal carbonyls for the production of nano-scale metal particles |
US20070034050A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Mercuri Robert A | Process for the use of metal carbonyls for the production of nano-scale metal particles formed of non-noble metals |
US20070037701A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Mercuri Robert A | Process and apparatus for the production of catalyst-coated support materials |
US20070283782A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-12-13 | Mercuri Robert A | Continuous process for the production of nano-scale metal particles |
US20070037700A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Mercuri Robert A | Continuous process and apparatus for the production of catalyst-coated support materials |
EP1922169B1 (en) * | 2005-08-10 | 2012-06-27 | Directa Plus S.p.A. | Process for the use of metal carbonyls for the production of nano-scale metal particles |
US20070283783A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-12-13 | Mercuri Robert A | Process for the production of nano-scale metal particles |
US20070036911A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Mercuri Robert A | Process and apparatus for the production of catalyst-coated support materials formed of non-noble metals |
US20070036912A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Mercuri Robert A | Continuous process and apparatus for the production of engineered catalyst materials |
US7794521B2 (en) * | 2005-08-10 | 2010-09-14 | Directa Plus Srl | Production of chain agglomerations of nano-scale metal particles |
BRPI0614686A2 (pt) * | 2005-08-10 | 2011-04-12 | Directa Plus Patent & Technology Ltd | produção de partìculas de metal de nano-escala |
CN101300070A (zh) * | 2005-08-10 | 2008-11-05 | 戴雷克塔普拉斯专利及科技有限公司 | 制备经设计的催化剂材料的方法和装置 |
US20070286778A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-12-13 | Mercuri Robert A | Apparatus for the continuous production of nano-scale metal particles |
US20070036913A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Mercuri Robert A | Process and apparatus for the production of engineered catalyst materials formed of non-noble metals |
US7342197B2 (en) * | 2005-09-30 | 2008-03-11 | Phoenix Solutions Co. | Plasma torch with corrosive protected collimator |
JP4963586B2 (ja) * | 2005-10-17 | 2012-06-27 | 株式会社日清製粉グループ本社 | 超微粒子の製造方法 |
US7582135B2 (en) * | 2005-10-17 | 2009-09-01 | Nisshin Seifun Group Inc. | Process for producing ultrafine particles |
US7741577B2 (en) | 2006-03-28 | 2010-06-22 | Battelle Energy Alliance, Llc | Modular hybrid plasma reactor and related systems and methods |
US7691177B2 (en) * | 2006-10-30 | 2010-04-06 | Niotan, Inc. | Method and an apparatus of plasma processing of tantalum particles |
JP2008163373A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Digital Powder Systems Inc | 活性金属マイクロボールの製造方法及びマイクロボール |
US7601399B2 (en) * | 2007-01-31 | 2009-10-13 | Surface Modification Systems, Inc. | High density low pressure plasma sprayed focal tracks for X-ray anodes |
EP2150971B1 (en) * | 2007-05-11 | 2018-11-28 | Umicore AG & Co. KG | Method and apparatus for making uniform and ultrasmall nanoparticles |
US8507401B1 (en) | 2007-10-15 | 2013-08-13 | SDCmaterials, Inc. | Method and system for forming plug and play metal catalysts |
US8536481B2 (en) | 2008-01-28 | 2013-09-17 | Battelle Energy Alliance, Llc | Electrode assemblies, plasma apparatuses and systems including electrode assemblies, and methods for generating plasma |
KR101039283B1 (ko) * | 2008-09-24 | 2011-06-07 | 이종식 | 무대 조명기기의 여닫이 회전시스템 |
JP2010120786A (ja) * | 2008-11-17 | 2010-06-03 | Tohoku Univ | 酸化物中空粒子、その製造方法及び酸化物中空粒子製造装置 |
TWI383849B (zh) * | 2008-12-31 | 2013-02-01 | Ind Tech Res Inst | 奈米金屬溶液、奈米金屬複合顆粒以及導線的製作方法 |
GB0909030D0 (en) * | 2009-05-26 | 2009-07-01 | Intrinsiq Materials Ltd | Antibacterial composition |
WO2010142004A2 (en) | 2009-06-10 | 2010-12-16 | Katholieke Universifeit Leuven | Controlled biosecure aquatic farming system in a confined environment |
KR101055180B1 (ko) * | 2009-09-30 | 2011-08-08 | 한국기계연구원 | 망간-알루미늄 자성분말 |
US9802834B2 (en) * | 2010-02-05 | 2017-10-31 | Battelle Memorial Institute | Production of nanocrystalline metal powders via combustion reaction synthesis |
US9283637B2 (en) | 2010-02-05 | 2016-03-15 | Battelle Memorial Institute | Friction stir weld tools having fine grain structure |
US20120048723A1 (en) * | 2010-08-24 | 2012-03-01 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Sputter target feed system |
EP2425915B1 (en) * | 2010-09-01 | 2015-12-02 | Directa Plus S.p.A. | Multi mode production complex for nano-particles of metal |
DK2425916T3 (en) | 2010-09-01 | 2015-02-16 | Directa Plus Spa | MULTI-REACTOR FEED DEVICE FOR GENERATION OF METAL nanoparticles of |
KR101047845B1 (ko) | 2011-03-16 | 2011-07-08 | 한국기계연구원 | 망간-알루미늄 자성분말의 제조방법 |
CN102211197B (zh) * | 2011-05-06 | 2014-06-04 | 宁波广博纳米新材料股份有限公司 | 金属蒸发装置及用该装置制备超微细金属粉末的方法 |
JP5821579B2 (ja) | 2011-12-01 | 2015-11-24 | 昭栄化学工業株式会社 | 金属粉末製造用プラズマ装置 |
JP5940441B2 (ja) * | 2012-02-16 | 2016-06-29 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 微粒子生成装置および微粒子生成方法 |
NO334282B1 (no) | 2012-04-27 | 2014-01-27 | Reactive Metal Particles As | Apparatur og metode for fremstilling av partikulært materiale |
CN103567455A (zh) * | 2012-07-31 | 2014-02-12 | 苏州鲁信新材料科技有限公司 | 金属粉末的制造方法及其设备 |
CN102950293B (zh) * | 2012-10-15 | 2015-01-07 | 宁波广博纳米新材料股份有限公司 | 纳米铝粉的生产方法 |
CN102909386B (zh) * | 2012-10-15 | 2015-06-10 | 江苏博迁新材料有限公司 | 微细球形铝粉的生产方法 |
SK500582012A3 (sk) | 2012-12-17 | 2014-08-05 | Ga Drilling, A. S. | Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom a systém na jeho vykonávanie |
US20140237896A1 (en) * | 2013-02-22 | 2014-08-28 | Don Gray | Foamed glass hydroponic substrate |
SK500062013A3 (sk) | 2013-03-05 | 2014-10-03 | Ga Drilling, A. S. | Generovanie elektrického oblúka, ktorý priamo plošne tepelne a mechanicky pôsobí na materiál a zariadenie na generovanie elektrického oblúka |
KR102016482B1 (ko) * | 2013-06-21 | 2019-09-02 | 삼성전기주식회사 | 나노 입자 형성 방법 및 나노 입자 형성 장치 |
MX2016004991A (es) | 2013-10-22 | 2016-08-01 | Sdcmaterials Inc | Diseño de catalizador para motores de combustion diesel de servicio pesado. |
US10138378B2 (en) | 2014-01-30 | 2018-11-27 | Monolith Materials, Inc. | Plasma gas throat assembly and method |
US10100200B2 (en) | 2014-01-30 | 2018-10-16 | Monolith Materials, Inc. | Use of feedstock in carbon black plasma process |
US10370539B2 (en) | 2014-01-30 | 2019-08-06 | Monolith Materials, Inc. | System for high temperature chemical processing |
US11939477B2 (en) | 2014-01-30 | 2024-03-26 | Monolith Materials, Inc. | High temperature heat integration method of making carbon black |
JP6765305B2 (ja) | 2014-01-31 | 2020-10-07 | モノリス マテリアルズ インコーポレイテッド | プラズマトーチ設計 |
CA3065675C (en) | 2014-03-11 | 2021-10-12 | Tekna Plasma Systems Inc. | Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member |
US9380694B2 (en) | 2014-04-17 | 2016-06-28 | Millenium Synthfuels Corporation | Plasma torch having an externally adjustable anode and cathode |
JPWO2016024586A1 (ja) * | 2014-08-13 | 2017-07-20 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 金属材料の処理装置 |
MX2017009982A (es) | 2015-02-03 | 2018-01-25 | Monolith Mat Inc | Metodo y dispositivo de enfriamiento regenerativo. |
JP2018510231A (ja) | 2015-02-03 | 2018-04-12 | モノリス マテリアルズ インコーポレイテッド | カーボンブラック生成システム |
KR102068539B1 (ko) | 2015-06-29 | 2020-01-21 | 테크나 플라즈마 시스템 인코포레이티드 | 더 높은 플라즈마 에너지 밀도를 갖는 유도 플라즈마 토치 |
AU2016297700B2 (en) * | 2015-07-17 | 2021-08-12 | Ap&C Advanced Powders & Coatings Inc. | Plasma atomization metal powder manufacturing processes and systems therefore |
CN108292826B (zh) * | 2015-07-29 | 2020-06-16 | 巨石材料公司 | Dc等离子体焰炬电力设计方法和设备 |
JP6974307B2 (ja) | 2015-09-14 | 2021-12-01 | モノリス マテリアルズ インコーポレイテッド | 天然ガス由来のカーボンブラック |
JP6716234B2 (ja) * | 2015-11-20 | 2020-07-01 | 株式会社栗本鐵工所 | 金属ナノ粒子の製造装置および製造方法 |
US11235385B2 (en) | 2016-04-11 | 2022-02-01 | Ap&C Advanced Powders & Coating Inc. | Reactive metal powders in-flight heat treatment processes |
MX2018013161A (es) | 2016-04-29 | 2019-06-24 | Monolith Mat Inc | Metodo y aparato para inyector de antorcha. |
MX2018013162A (es) | 2016-04-29 | 2019-07-04 | Monolith Mat Inc | Adicion de calor secundario para el proceso y aparato de produccion de particulas. |
US11000868B2 (en) | 2016-09-07 | 2021-05-11 | Alan W. Burgess | High velocity spray torch for spraying internal surfaces |
MX2019010619A (es) | 2017-03-08 | 2019-12-19 | Monolith Mat Inc | Sistemas y metodos para fabricar particulas de carbono con gas de transferencia termica. |
JP6924944B2 (ja) * | 2017-04-05 | 2021-08-25 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 微粒子製造装置及び微粒子製造方法 |
JP6920676B2 (ja) * | 2017-04-19 | 2021-08-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 微粒子製造装置および微粒子製造方法 |
WO2018195460A1 (en) | 2017-04-20 | 2018-10-25 | Monolith Materials, Inc. | Particle systems and methods |
CA3070371A1 (en) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | Pyrogenesis Canada Inc. | Method for cost-effective production of ultrafine spherical powders at large scale using thruster-assisted plasma atomization |
RU2671034C1 (ru) * | 2017-08-28 | 2018-10-29 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Установка для получения частиц порошка и способ ее работы |
EP3700980A4 (en) | 2017-10-24 | 2021-04-21 | Monolith Materials, Inc. | PARTICULAR SYSTEMS AND PROCEDURES |
CN108436095A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-08-24 | 张格梅 | 一种使用高温汽化、球形化处理制备金属粉末的方法 |
US11839918B2 (en) * | 2018-06-06 | 2023-12-12 | Pyrogenesis Canada Inc. | Method and apparatus for producing high purity spherical metallic powders at high production rates from one or two wires |
CA3112454A1 (en) | 2018-09-11 | 2020-03-19 | Drillform Technical Services Ltd. | Pipe handler apparatus |
CN114450104A (zh) * | 2019-09-27 | 2022-05-06 | Ap&C先进粉末及涂料公司 | 铝系金属粉末及其生产方法 |
CN111230134B (zh) * | 2020-03-10 | 2023-08-04 | 深圳航科新材料有限公司 | 多元合金粉末及其快速制备方法 |
RU205452U1 (ru) * | 2020-06-09 | 2021-07-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы" | Устройство для получения мелкодисперсного порошка |
CN113680299A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-11-23 | 青岛超晟纳米新材料科技有限公司 | 一种冷壁反应器 |
Family Cites Families (61)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2284551A (en) | 1940-08-03 | 1942-05-26 | Peter P Alexander | Packing of powdered metals |
NL299680A (ru) * | 1962-10-26 | |||
DE1220058B (de) | 1965-06-28 | 1966-06-30 | Kernforschung Gmbh Ges Fuer | Verfahren und Vorrichtung zur Waermebehandlung pulverfoermiger Stoffe, insbesondere zum Schmelzen der Koerner hochschmelzender Stoffe, mittels eines Hochtemperaturplasmas |
US3668108A (en) * | 1966-11-15 | 1972-06-06 | Hercules Inc | Solids arc reactor apparatus and method |
GB1164810A (en) | 1966-12-19 | 1969-09-24 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to Production of Particulate Refractory Material |
US3615340A (en) * | 1968-11-18 | 1971-10-26 | Exxon Research Engineering Co | Quenching and passivation of particulate metals |
GB1339054A (en) | 1971-05-13 | 1973-11-28 | Vos N I Gornorudny I Vostnigri | Apparatus for and a method of comminuting materials |
CA907114A (en) * | 1971-09-13 | 1972-08-08 | E. Hyne Graham | Transverse excitation system for gas laser using three electrodes |
JPS5546603B2 (ru) | 1973-10-05 | 1980-11-25 | ||
GB1493394A (en) | 1974-06-07 | 1977-11-30 | Nat Res Dev | Plasma heater assembly |
US4112288A (en) | 1975-04-17 | 1978-09-05 | General Atomic Company | Orifice tip |
US4194107A (en) | 1977-06-02 | 1980-03-18 | Klasson George A | Welding tip |
DE2755213C2 (de) | 1977-12-10 | 1982-05-06 | Fa. Dr. Eugen Dürrwächter DODUCO, 7530 Pforzheim | Nichtabschmelzende Elektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung |
US4341941A (en) | 1979-03-01 | 1982-07-27 | Rikagaku Kenkyusho | Method of operating a plasma generating apparatus |
US4238427A (en) | 1979-04-05 | 1980-12-09 | Chisholm Douglas S | Atomization of molten metals |
US4376740A (en) * | 1981-01-05 | 1983-03-15 | National Research Institute For Metals | Process for production fine metal particles |
US4861961A (en) | 1981-03-04 | 1989-08-29 | Huys John H | Welding electrode |
US4374075A (en) * | 1981-06-17 | 1983-02-15 | Crucible Inc. | Method for the plasma-arc production of metal powder |
JPS5831825A (ja) | 1981-08-14 | 1983-02-24 | Otsuka Tekko Kk | 微粉炭を運搬容器に充填する装置 |
JPS5854166B2 (ja) * | 1981-12-17 | 1983-12-03 | 科学技術庁金属材料技術研究所長 | 金属微粒子の製造法およびその製造装置 |
US4505947A (en) * | 1982-07-14 | 1985-03-19 | The Standard Oil Company (Ohio) | Method for the deposition of coatings upon substrates utilizing a high pressure, non-local thermal equilibrium arc plasma |
US4610718A (en) * | 1984-04-27 | 1986-09-09 | Hitachi, Ltd. | Method for manufacturing ultra-fine particles |
JPH062882B2 (ja) | 1985-06-20 | 1994-01-12 | 大同特殊鋼株式会社 | 微粒子製造装置 |
DE3642375A1 (de) | 1986-12-11 | 1988-06-23 | Castolin Sa | Verfahren zur aufbringung einer innenbeschichtung in rohre od. dgl. hohlraeume engen querschnittes sowie plasmaspritzbrenner dafuer |
JPS63147182A (ja) | 1986-12-10 | 1988-06-20 | Tokai Rubber Ind Ltd | クリ−ニングブレ−ドの製法 |
JPS6459485A (en) | 1987-08-31 | 1989-03-07 | Asahi Chemical Ind | Ic card |
JP2659807B2 (ja) * | 1989-01-26 | 1997-09-30 | 万鎔工業株式会社 | 直接製錬方法 |
US5062936A (en) * | 1989-07-12 | 1991-11-05 | Thermo Electron Technologies Corporation | Method and apparatus for manufacturing ultrafine particles |
JP3000610B2 (ja) | 1990-03-14 | 2000-01-17 | 大同特殊鋼株式会社 | 硬質粒子分散合金粉末の製造方法及び硬質粒子分散合金粉末 |
DE4105407A1 (de) | 1991-02-21 | 1992-08-27 | Plasma Technik Ag | Plasmaspritzgeraet zum verspruehen von festem, pulverfoermigem oder gasfoermigem material |
FR2673990B1 (fr) | 1991-03-14 | 1993-07-16 | Sne Calhene | Dispositif formant vanne, pour le raccordement etanche de deux conteneurs et conteneur prevu pour etre accouple a un tel dispositif. |
GB9108891D0 (en) | 1991-04-25 | 1991-06-12 | Tetronics Research & Dev Co Li | Silica production |
NO174180C (no) * | 1991-12-12 | 1994-03-23 | Kvaerner Eng | Innföringsrör for brenner for kjemiske prosesser |
JPH0680410A (ja) | 1992-08-31 | 1994-03-22 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 炭素煤製造装置 |
JPH06172818A (ja) * | 1992-09-30 | 1994-06-21 | Toyo Alum Kk | 超微粒粉末の製造方法 |
GB9224745D0 (en) | 1992-11-26 | 1993-01-13 | Atomic Energy Authority Uk | Microwave plasma generator |
GB9300091D0 (en) | 1993-01-05 | 1993-03-03 | Total Process Containment Ltd | Process material transfer |
DE4307346A1 (de) | 1993-03-09 | 1994-09-15 | Loedige Maschbau Gmbh Geb | Sicherheitsschließvorrichtung für Behälteröffnungen |
JPH06272047A (ja) | 1993-03-16 | 1994-09-27 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 被覆粉体の製造方法及びその装置 |
JPH06299209A (ja) | 1993-04-14 | 1994-10-25 | Sansha Electric Mfg Co Ltd | 磁性材料の粉粒体の生成方法 |
US5460701A (en) * | 1993-07-27 | 1995-10-24 | Nanophase Technologies Corporation | Method of making nanostructured materials |
US5408066A (en) | 1993-10-13 | 1995-04-18 | Trapani; Richard D. | Powder injection apparatus for a plasma spray gun |
JP2549273B2 (ja) | 1994-04-28 | 1996-10-30 | 鎌長製衡株式会社 | 粉体充填機の脱気装置 |
US5420391B1 (en) | 1994-06-20 | 1998-06-09 | Metcon Services Ltd | Plasma torch with axial injection of feedstock |
US5526358A (en) | 1994-08-19 | 1996-06-11 | Peerlogic, Inc. | Node management in scalable distributed computing enviroment |
FR2724123A1 (fr) * | 1994-09-07 | 1996-03-08 | Serole Bernard | Dispositif permettant la stabilisation d'une reaction chimique continue entre plusieurs corps dans un plasma |
US5455401A (en) * | 1994-10-12 | 1995-10-03 | Aerojet General Corporation | Plasma torch electrode |
CN1106325A (zh) * | 1994-11-01 | 1995-08-09 | 武汉工业大学 | 直流电弧等离子体制备超细粉末装置 |
US5593740A (en) * | 1995-01-17 | 1997-01-14 | Synmatix Corporation | Method and apparatus for making carbon-encapsulated ultrafine metal particles |
US6063243A (en) | 1995-02-14 | 2000-05-16 | The Regents Of The Univeristy Of California | Method for making nanotubes and nanoparticles |
JPH08243756A (ja) | 1995-03-03 | 1996-09-24 | Mitsubishi Materials Corp | プラズマ肉盛用溶接トーチ及び肉盛溶接方法 |
US5736073A (en) * | 1996-07-08 | 1998-04-07 | University Of Virginia Patent Foundation | Production of nanometer particles by directed vapor deposition of electron beam evaporant |
US5935461A (en) * | 1996-07-25 | 1999-08-10 | Utron Inc. | Pulsed high energy synthesis of fine metal powders |
JP3409974B2 (ja) | 1996-08-23 | 2003-05-26 | 同和鉱業株式会社 | 大気との接触を嫌う粉体の保存・運搬具 |
JPH10216959A (ja) | 1997-01-31 | 1998-08-18 | Inoue Seisakusho:Kk | 抵抗溶接用電極 |
JP3041413B2 (ja) * | 1997-03-10 | 2000-05-15 | 工業技術院長 | レーヤードアルミニウム微粒子の生成法及びその応用 |
RU2133173C1 (ru) | 1997-12-02 | 1999-07-20 | Открытое акционерное общество "Компат" | Способ получения порошка с микрокристаллической структурой |
DE19755350A1 (de) | 1997-12-12 | 1999-06-17 | Henkel Kgaa | Verfahren zum Beizen und Passivieren von Edelstahl |
US6379419B1 (en) * | 1998-08-18 | 2002-04-30 | Noranda Inc. | Method and transferred arc plasma system for production of fine and ultrafine powders |
AU2001232063A1 (en) * | 2000-02-10 | 2001-08-20 | Tetronics Limited | Plasma arc reactor for the production of fine powders |
KR100776068B1 (ko) * | 2000-04-10 | 2007-11-15 | 테트로닉스 엘티디 | 트윈 플라즈마 토치 장치 |
-
2001
- 2001-02-09 AU AU2001232063A patent/AU2001232063A1/en not_active Abandoned
- 2001-02-09 EP EP01904146A patent/EP1257376B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-09 US US10/203,467 patent/US7022155B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-02-09 WO PCT/GB2001/000553 patent/WO2001058625A1/en active IP Right Grant
- 2001-02-09 RU RU2002123919/02A patent/RU2263006C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2001-02-09 IL IL15111401A patent/IL151114A0/xx active IP Right Grant
- 2001-02-09 CN CNB018047971A patent/CN100418674C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2001-02-09 CA CA002399581A patent/CA2399581A1/en not_active Abandoned
- 2001-02-09 DE DE2001601840 patent/DE60101840T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-09 KR KR1020027010323A patent/KR100784576B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2001-02-09 JP JP2001557715A patent/JP2003522299A/ja not_active Ceased
- 2001-02-09 AT AT01904146T patent/ATE258092T1/de not_active IP Right Cessation
- 2001-02-09 EP EP03024817A patent/EP1398100A3/en not_active Withdrawn
- 2001-02-09 EP EP04000974A patent/EP1415741A3/en not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-08-07 IL IL151114A patent/IL151114A/en not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-12-16 US US11/304,705 patent/US20060096417A1/en not_active Abandoned
- 2005-12-16 US US11/304,633 patent/US7727460B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2708200C1 (ru) * | 2018-11-23 | 2019-12-05 | Олег Александрович Чухланцев | Плазменно-дуговой реактор с расходуемым катодом для получения порошков металлов, сплавов и их химических соединений |
RU2751611C1 (ru) * | 2020-04-15 | 2021-07-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы" | Устройство для получения мелкодисперсного порошка |
RU2756959C1 (ru) * | 2020-06-08 | 2021-10-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы" | Устройство для получения мелкодисперсного порошка |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1415741A3 (en) | 2005-05-25 |
EP1398100A2 (en) | 2004-03-17 |
US7022155B2 (en) | 2006-04-04 |
CA2399581A1 (en) | 2001-08-16 |
WO2001058625A1 (en) | 2001-08-16 |
EP1257376B1 (en) | 2004-01-21 |
EP1415741A2 (en) | 2004-05-06 |
US20060096417A1 (en) | 2006-05-11 |
IL151114A (en) | 2006-12-31 |
US20030097903A1 (en) | 2003-05-29 |
DE60101840T2 (de) | 2004-11-18 |
DE60101840D1 (de) | 2004-02-26 |
IL151114A0 (en) | 2003-04-10 |
EP1257376A1 (en) | 2002-11-20 |
CN1422195A (zh) | 2003-06-04 |
KR20020092364A (ko) | 2002-12-11 |
CN100418674C (zh) | 2008-09-17 |
AU2001232063A1 (en) | 2001-08-20 |
KR100784576B1 (ko) | 2007-12-10 |
US7727460B2 (en) | 2010-06-01 |
US20060107789A1 (en) | 2006-05-25 |
EP1398100A3 (en) | 2005-06-08 |
JP2003522299A (ja) | 2003-07-22 |
ATE258092T1 (de) | 2004-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2263006C2 (ru) | Плазменно-дуговой реактор и способ получения тонких порошков | |
JP3383608B2 (ja) | ナノ結晶性材料を合成するための装置 | |
TWI402117B (zh) | 超微粒子的製造方法 | |
US20030108459A1 (en) | Nano powder production system | |
Karpov et al. | Method for producing nanomaterials in the plasma of a low-pressure pulsed arc discharge | |
US20040065170A1 (en) | Method for producing nano-structured materials | |
RU2489232C1 (ru) | Способ получения наноразмерного порошка металла | |
US3848068A (en) | Method for producing metal compounds | |
Sarmah et al. | Plasma expansion synthesis of tungsten nanopowder | |
US20030102207A1 (en) | Method for producing nano powder | |
US3475158A (en) | Production of particulate,non-pyrophoric metals and product | |
US10974220B2 (en) | Fine particle producing apparatus and fine particle producing method | |
Haidar | Synthesis of Al nanopowders in an anodic arc | |
JP2008285700A (ja) | モリブデン超微粉及びその製造方法 | |
Zaharieva et al. | Plasma-chemical synthesis of nanosized powders-nitrides, carbides, oxides, carbon nanotubes and fullerenes | |
WO2021100320A1 (ja) | 微粒子 | |
GB2365876A (en) | Making nano-sized powder using a plasma arc reactor | |
RU2359906C2 (ru) | Способ получения нанокристаллических порошков кремния | |
Bouyer et al. | Thermal plasma processing of nanostructured Si-based ceramic materials | |
RU2672422C1 (ru) | Способ получения нанокристаллического порошка титан-молибденового карбида | |
RU2798139C1 (ru) | Способ получения наночастиц латуни | |
KR102322564B1 (ko) | 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용한 금속산화물 나노구조체의 제조방법, 이에 따라 제조된 금속산화물 나노구조체 및 금속산화물 나노구조체 포함하는 광촉매 | |
WO2023223697A1 (ja) | 複合粒子の製造方法及び複合粒子 | |
Cho et al. | Synthesis of nickel and copper nanopowders by plasma arc evaporation | |
Samokhin et al. | Characteristics of heat and mass transfer to the wall of a confined-jet plasma flow reactor in the processes of nanopowder preparation from metals and their compounds |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120210 |