TW202414500A - 使用內部襯裡以處理材料之微波電漿裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本文中所揭示之實施例係關於使用具有內部襯裡之微波電漿裝置以處理材料之系統、方法及器件。在一些實施例中，該襯裡包括與電漿處理裝置之含氫電漿直接接觸之抗還原材料層。在一些實施例中，該襯裡可包括安置於電漿處理裝置之電漿與一或多個同心管之間的套筒。在一些實施例中，該襯裡可包括施用於該一或多個同心管之材料塗層。在一些實施例中，該襯裡可包括可撓性陶瓷材料，諸如以盤旋圍繞該一或多個同心管之內部之螺旋形狀捲繞或包覆之陶瓷帶。

Description

使用內部襯裡以處理材料之微波電漿裝置及方法

本文中之揭示內容大體上係關於用於電漿處理之系統、方法及器件。

本文中之揭示內容大體上係關於用於電漿處理之系統、方法及器件。

環形電漿炬通常經構造以包含三個同心安裝之陶瓷管：內管、中間管及陶瓷襯裡。渦流電漿炬通常包含渦流室及陶瓷襯裡。一般而言，陶瓷襯裡及管係由石英或其他高溫陶瓷材料(舉例而言，諸如氧化鋁或氮化矽)製成。此等高溫陶瓷經選擇以容許電漿環境之高溫操作且提供能量透明性。另外，期望高溫陶瓷具有良好的耐熱衝擊性以最小化破裂或故障。一般而言，襯裡有助於樣本材料(例如，前驅體，諸如液滴或粉末等)至電漿之輸送及遞送。

出於本概述之目的，在本文中描述本發明之特定態樣、優點及新穎特徵。應理解，並非所有此等優點必然可根據本發明之任何特定實施例來達成。因此，例如，熟習此項技術者將認知，本發明可以達成如本文中所教示之一個優點或一群組優點而不一定達成可如本文中教示或暗示之其他優點之方式來體現或實行。

本文中之一些實施例係關於一種用於處理材料之微波電漿裝置，其包括：石英管，其與至少一個微波輻射源、反應室及材料進給系統連通；襯裡，其安置於該石英管內，該襯裡包括抗還原材料，其中該襯裡係安置在該微波電漿裝置之該石英管與電漿產生區之間。

在一些實施例中，技術方案1之微波電漿裝置進一步包括複數個同心石英管。在一些實施例中，該微波輻射源經組態以向該電漿產生區提供功率以在與電漿氣體接觸時在該電漿產生區內產生微波電漿。在一些實施例中，該電漿氣體包括含氫氣體。在一些實施例中，該電漿氣體包括H ₂或CH ₄。

在一些實施例中，該微波電漿裝置進一步包括自該石英管延伸至該反應室中之延伸管。在一些實施例中，該襯裡自該石英管延伸至該延伸管中。

在一些實施例中，該襯裡包括安置於在該電漿產生區內之電漿與該石英管之間的套筒。在一些實施例中，該襯裡包括施用於該石英管之該抗還原材料之塗層。在一些實施例中，該襯裡包括陶瓷帶，該陶瓷帶以盤旋圍繞該石英管之內部之螺旋形狀捲繞。在一些實施例中，該襯裡包括氧化鋁、氧化鋯或耐火材料。

本文中之一些實施例係關於一種用於處理材料之方法，該方法包括：透過材料進給系統將該材料進給至微波電漿裝置之電漿產生區；將含氫氣體進給至該電漿產生區；將微波功率施加至該電漿產生區以自該含氫氣體形成電漿；及使該材料與該電漿接觸，其中該電漿產生區係定位在安置於該微波電漿裝置之石英管內之襯裡內，該襯裡包括抗還原材料。

在一些實施例中，該微波電漿裝置包括複數個同心石英管。在一些實施例中，該電漿氣體包括H ₂或CH ₄。在一些實施例中，該微波電漿裝置進一步包括自該石英管延伸至反應室中之延伸管。

在一些實施例中，該襯裡自該石英管延伸至該延伸管中。在一些實施例中，該襯裡包括安置於在該電漿產生區內之該電漿與該石英管之間的套筒。

在一些實施例中，該襯裡包括施用於該石英管之該抗還原材料之塗層。在一些實施例中，該襯裡包括陶瓷帶，該陶瓷帶以盤旋圍繞該石英管之內部之螺旋形狀捲繞。

在一些實施例中，該襯裡包括氧化鋁、氧化鋯或耐火材料。

本文中之一些實施例包括一種安置於微波電漿裝置中之襯裡，該襯裡包括抗還原材料且定位於該微波電漿裝置之石英管與電漿產生區之間。

在一些實施例中，該抗還原材料係陶瓷材料。在一些實施例中，該抗還原材料包括氧化鋁、氧化鋯或耐火材料。

以引用方式對任何優先權申請案之併入

本申請案主張於2022年5月23日申請之美國臨時申請案第63/365,171號之優先權利，該案之全部揭示內容以全文引用的方式併入本文中。

儘管下文揭示特定較佳實施例及實例，但本發明標的物擴展超出具體揭示之實施例而至其他替代實施例及/或用途以及其修改及等效物。因此，所附發明申請專利範圍之範疇不受下文描述之任何特定實施例限制。例如，在本文中所揭示之任何方法或程序中，方法或程序之動作或操作可以任何合適序列執行且不一定限於任何特定所揭示序列。可以可有助於理解特定實施例之方式將各種操作依次描述為多個離散操作；然而，描述順序不應被解釋為暗示此等操作係順序相依的。另外，本文中所描述之結構、系統及/或器件可體現為整合式組件或體現為分離組件。出於比較各項實施例之目的，描述此等實施例之特定態樣及優點。不一定所有此等態樣或優點係由任何特定實施例達成。因此，例如，各項實施例可以達成或最佳化如本文中所教示之一個優點或一群組優點而不一定達成亦可如本文中教示或暗示之其他態樣或優點之方式來實行。

現將描述特定例示性實施例以提供對本文中所揭示之器件及方法之結構、功能、製造及使用的原理之總體理解。在隨附圖式中繪示此等實施例之一或多項實例。熟習此項技術者將理解，在本文中具體描述及在隨附圖式中繪示之器件及方法係非限制性例示性實施例，且本發明之範疇僅由發明申請專利範圍定義。結合一項例示性實施例繪示或描述之特徵可與其他實施例之特徵組合。此等修改及變動旨在被包含於本技術之範疇內。

一般而言，本文中所揭示之用於電漿處理之系統、方法及器件係關於在微波電漿炬或裝置(例如，核心環形電漿炬、渦流電漿炬)內處理材料(例如，液體、粉末等)。

本文中之一些實施例係關於使用非反應性耐熱內部襯裡以進行電漿處理之系統、方法及器件。如本文中所使用，「襯裡」或「內部襯裡」係指與電漿處理裝置之電漿直接接觸之材料層。換言之，「襯裡」或「內部襯裡」係形成電漿處理裝置之壁之最內材料層。在一些實施例中，襯裡可包括安置於電漿處理裝置之電漿與一或多個同心管之間的套筒。在一些實施例中，襯裡可包括施用於一或多個同心管之材料塗層。在一些實施例中，襯裡可包括可撓性陶瓷材料，諸如以盤旋圍繞一或多個同心管之內部之螺旋形狀捲繞或包覆之陶瓷帶。在一些實施例中，襯裡可包括無氧材料。在一些實施例中，襯裡可包括抗還原材料。換言之，在一些實施例中，襯裡可包括相對於石英抗還原之材料。在襯裡中使用抗還原材料可具有多個優點，包含但不限於增加壽命、最小化氧污染及防止矽污染(此可能在例如石英被還原時發生)。

在一些實施例中，內部襯裡可在電漿處理裝置內用於提供經改良之耐熱衝擊性，此可最小化襯裡之破裂或其他故障。襯裡之常見故障模式係在正常操作條件下歸因於高溫度梯度而破裂。此係部分歸因於陶瓷材料之不足耐熱衝擊性。通常，高純度陶瓷材料具有低於期望的耐熱衝擊性。因此，已知破裂發生在曝露於較大熱梯度之位置處(例如，襯裡之底部，其可定位於電漿之底部部分外部，而襯裡之其他部分經歷電漿之全熱力)。

基於用於在例如微波電漿裝置內產生電漿之氣體之組合物以及襯裡之組合物，已發現存在其他故障模式。例如，含氫電漿氣體(例如，H ₂、CO ₂或CH ₄)或其他強還原性電漿可與含氧襯裡(諸如石英襯裡)非所要地起反應。不受理論限制，在一些實施例中，含氫電漿可與來自含氧襯裡之氧起反應，而將氧自襯裡抽離且產生襯裡中之弱點。在一些例項中，襯裡之破裂及潛在污染可能在電漿處理裝置內發生。因而，含氫電漿與含氧襯裡之反應引起襯裡之污染及縮短之壽命兩者。襯裡之部分或完全故障可導致整個襯裡之昂貴修復及更換以及損失電漿處理裝置之操作時間。

如本文中所使用，含氫電漿氣體或含氫氣體可包括含有氫之任何氣體。例如，含氫電漿氣體或含氫氣體可包含但不限於氫氣(H ₂)、甲烷(CH ₄)、其他烴類或其等之組合。

在一些實施例中，非反應性、耐熱內部襯裡包括電漿炬或裝置之關鍵部分且係用於材料至電漿之輸送及遞送。即，內部襯裡之至少一些部分被曝露於電漿及周圍環境之熱條件。在一些實施例中，內部襯裡有助於輸送待處理材料(包含電漿氣體及/或進給材料)。在一些實施例中，要求形成內部襯裡之材料耐受電漿周圍之極端溫度及溫度梯度。另外，形成襯裡之材料通常係由高純度材料製成，以免污染樣本或降低材料耐受高溫之能力。然而，在電漿炬或裝置之內部上使用之先前材料包含石英或其他含氧材料。此等材料可與含氫氣體或電漿非所要地起反應，而將氧自材料抽離，形成間隙或以其他方式導致材料故障。本發明係關於提供與含氫電漿氣體非反應物之經改良內部襯裡之系統、方法及器件。

在一些實施例中，電漿炬或電漿裝置可包括各自包括材料層之一或多個同心管。在一些實施例中，一或多個同心管係由耐介電性材料形成。在一些實施例中，一或多個同心管係由石英形成。

圖1繪示根據本文中之一些實施例之電漿處理裝置的例示性管及襯裡構形之側視圖。圖2係根據本文中之一些實施例之電漿處理裝置的例示性管及襯裡構形之俯視圖。在一些實施例中，內部襯裡104係由一或多個同心管102支撐及包圍，一或多個同心管102在高密度電場(例如，包含及/或包圍微波電漿之環境)中提供額外抗性。一般而言，一或多個同心管102係由可耐受與微波電漿環境相關聯之溫度之陶瓷材料形成。另外，在一些實施例中，一或多個同心管102係由對微波能量透明之材料形成。一些例示性材料包含但不限於石英、氧化鋁、以氧化鋁為主之材料(諸如剛玉)、氮化物(諸如氮化硼、氮化矽及氮化鋁) (純的或具有添加劑，例如，具有二氧化矽添加劑之氮化硼)。

在一些實施例中，非反應性耐熱內部襯裡104可包括連續的單體結構或包括沿著襯裡之長度的一或多個片段之分段式結構。在一些實施例中，內部襯裡104可由非反應性材料形成，使得可能不會發生襯裡104與含氫電漿氣體之間的非所要反應。在一些實施例中，內部襯裡可包括一或多種抗還原材料，諸如但不限於氧化鋁、氧化鋯、耐火材料或高溫金屬材料。在一些實施例中，襯裡可包括在電漿裝置之微波電漿處理區中之一或多種抗還原材料且可包括在微波電漿處理區外部之一或多種其他抗還原材料。一或多個同心管102可支撐襯裡104結構且提供額外抗介電性。一般而言，一或多個同心管102係由石英或其他微波透明材料形成。可將冷卻氣體供應至襯裡104與一或多個同心管102之間的間隙。 微波電漿裝置

圖3繪示根據本文中之一些實施例之可用於材料之生產中的微波電漿炬300之實施例。在一些實施例中，進給材料或原料可經由一或多個原料入口302引入至微波電漿316中。在一些實施例中，夾帶氣流及/或鞘流可經注入至微波電漿炬300中以在電漿316經由微波輻射源306點燃之前在電漿炬內產生流動條件。在一些實施例中，夾帶流及鞘流皆為軸對稱的及層流的，而在其他實施例中，氣流係渦流。在一些實施例中，原料可被引入至微波電漿炬300中，其中原料可由引導材料朝向電漿316之氣流夾帶。

氣流可包括元素週期表之惰性氣體柱，諸如氦氣、氖氣、氬氣等。在一些實施例中，氣流可包括一或多種含氫氣體，諸如H ₂或CH ₄。儘管可使用上文描述之氣體，但應理解，取決於所要材料及處理條件，可使用各種各樣的氣體。在一些實施例中，在微波電漿316內，原料可經歷物理及/或化學轉變。入口302可用於引入處理氣體以夾帶及加速原料朝向電漿316。在一些實施例中，可產生第二氣流以為一或多個管102或襯裡104及反應室310之內壁提供護套，以保護該等結構以免歸因於來自電漿316之熱輻射而熔融。

可人工地或自動地調整微波電漿316之各種參數以達成所要材料。此等參數可包含例如功率、電漿氣流速率、電漿氣體之類型、延伸管之存在、延伸管材料、反應器室或延伸管之絕緣程度、延伸管之塗佈程度、延伸管之幾何形狀(例如，漸縮/階梯狀)、進給材料大小、進給材料插入速率、進給材料入口位置、進給材料入口定向、進給材料入口之數目、電漿溫度、停留時間及冷卻速率。所得材料可離開電漿而進入密封室312，在密封室312處，材料被淬滅接著被收集。

在一些實施例中，原料被注入在微波電漿炬施加器之後以在微波電漿炬之「羽流」或「排氣」中進行處理。因此，微波電漿炬之電漿被接合在一或多個管102及襯裡104之出口端或進一步下游處。在一些實施例中，可調整下游進給容許透過精確標定溫度位準及停留時間而在適於原料之最佳熔融之溫度下將原料與電漿羽流下游接合。調整入口位置及電漿特性可容許材料特性之進一步客製化。此外，在一些實施例中，藉由調整功率、氣流速率、壓力及設備構形(例如，引入延伸管)，可調整電漿羽流之長度。

在一些實施例中，進給構形可包含電漿羽流周圍之一或多個個別進給噴嘴。原料可從任何方向進入電漿，且可取決於入口302之放置及定向圍繞電漿以360 °進給。此外，藉由調整入口302之放置，原料可在沿著電漿316之長度之特定位置處進入電漿，在該特定位置處，已量測特定溫度及估計停留時間以用於提供所得材料之所要特性。

在一些實施例中，可調整入口302相對於電漿316之角度，使得原料可相對於電漿316以任何角度注入。例如，可調整入口302，使得原料可相對於電漿316之方向以約0度、約5度、約10度、約15度、約20度、約25度、約30度、約35度、約40度、約45度、約50度、約55度、約60度、約65度、約70度、約75度、約80度、約85度或約90度或介於前述值之任何者之間的角度注入至電漿中。

在一些實施例中，下游注入方法之實施方案可使用下游渦流或淬滅。下游渦流係指可自電漿炬下游引入以使粉末遠離襯裡104及一或多個管102、反應器室310及/或延伸管314的壁之額外渦流組分。

在一些實施例中，微波電漿裝置之反應室310之長度可為約1英尺、約2英尺、約3英尺、約4英尺、約5英尺、約6英尺、約7英尺、約8英尺、約9英尺、約10英尺、約11英尺、約12英尺、約13英尺、約14英尺、約15英尺、約16英尺、約17英尺、約18英尺、約19英尺、約20英尺、約21英尺、約22英尺、約23英尺、約24英尺、約25英尺、約26英尺、約27英尺、約28英尺、約29英尺或約30英尺，或介於前述值之間的任何值。

在一些實施例中，可藉由調整各種處理條件及設備構形來延長之電漿316之長度可為約1英尺、約2英尺、約3英尺、約4英尺、約5英尺、約6英尺、約7英尺、約8英尺、約9英尺、約10英尺、約11英尺、約12英尺、約13英尺、約14英尺、約15英尺、約16英尺、約17英尺、約18英尺、約19英尺、約20英尺、約21英尺、約22英尺、約23英尺、約24英尺、約25英尺、約26英尺、約27英尺、約28英尺、約29英尺或約30英尺，或介於前述值之間的任何值。

圖4A至圖4B繪示根據本文中之一些實施例之用於下游進給的例示性微波電漿炬。因此，在此實施方案中，原料被注入在微波電漿炬施加器之後以在微波電漿炬之「羽流」或「排氣」中進行處理。此下游進給可有利地延長炬之壽命，因為熱區被無限期地保存以免受熱區襯裡之壁上之任何材料沈積物影響。此外，其容許透過精確標定溫度位準及停留時間而在適於粉末之最佳熔融之溫度下接合電漿羽流下游。例如，有能力使用容納電漿羽流之淬滅容器中之微波粉末、氣流及壓力來調撥羽流之長度。

一般而言，下游球化方法可利用以下兩個主要硬體構形來建立穩定的電漿羽流：環形炬，諸如在美國專利公開案第2018/0297122號中描述；或渦流炬，在US 8748785 B2及US 9932673 B2中描述。在電漿炬之出口處與電漿羽流緊密耦合之進給系統係用於軸對稱地進給粉末以保持處理均勻性。

其他進給構形可包含電漿羽流周圍之一個或數個個別進給噴嘴。原料粉末可在一點處從任何方向進入電漿，且可圍繞電漿360°地從任何方向進給至電漿內之點中。原料粉末可在沿著電漿羽流之長度之特定位置處進入電漿，在該特定位置處，已量測特定溫度及估計停留時間以用於充分熔融顆粒。經熔融顆粒離開電漿而進入密封室，在該密封室處，其等被淬滅接著被收集。

進給材料414可被引入至微波電漿炬402中。料斗406可用於在將進給材料414進給至微波電漿炬402、羽流或排氣中之前儲存進給材料414。進給材料414可以與電漿炬402之縱向方向之任何角度注入。5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度或55度。在一些實施例中，原料可以大於5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度或55度之角度注入。在一些實施例中，原料可以小於5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度或55度之角度注入。在替代實施例中，原料可沿著電漿炬之縱軸注入。

微波輻射可透過波導404引入至電漿炬中。進給材料414經進給至電漿室410中且經放置而與由電漿炬402產生之電漿接觸。當與電漿、電漿羽流或電漿排氣接觸時，進給材料熔融。當仍在電漿室410中時，進給材料414在被收集至容器412中之前冷卻及固化。替代地，進給材料414可在仍處於熔融相時離開電漿室410且在電漿室外部冷卻及固化。在一些實施例中，可使用淬滅室，該淬滅室可或可能不使用正壓。雖然與圖3分開描述，但圖4A及圖4B之實施例應被理解為使用類似於圖3之實施例之特徵及條件。 微波電漿處理

在微波電漿處理中，原料可被夾帶於惰性及/或還原性氣體環境中且被注入至微波電漿、微波電漿羽流或微波電漿排氣中。在注入至熱電漿(或電漿羽流或排氣)中時，原料可經歷物理及/或化學轉變(例如，球化)。在處理之後，所得材料可被釋放至填充有惰性氣體之室中且被引導至儲存其之氣密密封桶中。此程序可在大氣壓下、在部分真空中或在略高於大氣壓之壓力下實行。

在替代實施例中，程序可在低、中等或高真空環境中實行。程序可分批或連續地運行，其中桶在其等裝滿經處理材料時被更換。藉由控制程序參數(諸如冷卻氣流速率、停留時間、電漿條件、冷卻氣體組合物)，可控制各種材料特性。

亦可調整電漿之熱區內之顆粒之停留時間以提供對所得材料特性之控制。即，顆粒曝露於電漿之時間長度判定原料顆粒之熔融程度(即，相較於顆粒之最內部分或核心，顆粒之表面熔融)。可藉由調整熱區內之顆粒注入速率及流速(及狀況，諸如層流或紊流)之此等操作變數來調整停留時間。設備改變亦可用於調整停留時間。例如，可藉由改變電漿之橫截面積(例如，藉由延長電漿)來調整停留時間。在一些實施例中，延長電漿可包括將延伸管併入至微波電漿裝置中。在一些實施例中，襯裡102亦可延伸至延伸管314中以提供電漿316與延伸管314之材料之間的層。

在一些實施例中，延伸管可包括階梯形狀，使得管包括在反應室中向下延伸之一或多個圓柱形體積，其中在管在反應室中向下延伸時，各連續圓柱形體積包括大於各先前圓柱形體積之直徑。在一些實施例中，延伸管可具有在其向下延伸至反應室中時徑向向外漸縮之圓錐形狀。在一些實施例中，延伸管可包括單個圓柱形體積4。在一些實施例中，進給材料入口可將原料插入於延伸管內。

在一些實施例中，延伸管可包括約1英尺之長度。在一些實施例中，延伸管可包括約1英寸、約2英寸、約3英寸、約4英寸、約5英寸、約6英寸、約7英寸、約8英寸、約9英寸、約10英寸、約11英寸、約1英尺、約2英尺、約3英尺、約4英尺、約5英尺、約6英尺、約7英尺、約8英尺、約9英尺、約10英尺、約11英尺、約12英尺、約13英尺、約14英尺、約15英尺、約16英尺、約17英尺、約18英尺、約19英尺、約20英尺、約21英尺、約22英尺、約23英尺、約24英尺、約25英尺、約26英尺、約27英尺、約28英尺、約29英尺或約30英尺，或介於前述值之間的任何值之長度。

在一些實施例中，原料顆粒係在微波電漿內曝露於介於4,000K與8,000K之間的溫度分佈。在一些實施例中，顆粒係在微波電漿內曝露於介於3,000K與8,000K之間的溫度分佈。在一些實施例中，一或多個溫度感測器可經定位於微波電漿炬內以判定電漿之溫度分佈。 額外實施例

在前述說明書中，已參考本發明之特定實施例描述本發明。然而，將顯而易見，可在不脫離本發明之更廣泛精神及範疇的情況下對本發明進行各種修改及改變。因此，說明書及圖式應被視為闡釋性而非限制性意義。

實際上，儘管已在特定實施例及實例之內容背景中揭示本發明，但熟習此項技術者將理解，本發明擴展超出具體揭示之實施例而至本發明之其他替代實施例及/或用途以及其明顯修改及等效物。另外，雖然已詳細展示及描述本發明之實施例之數種變動，但熟習此項技術者將基於本發明容易地明白在本發明之範疇內之其他修改。亦經考慮，可進行實施例之特定特徵及態樣之各種組合或子組合且仍落在本發明之範疇內。應理解，所揭示實施例之各種特徵及態樣可彼此組合或取代以形成所揭示本發明之實施例之變化模式。本文中揭示之任何方法不需要按所敘述之順序執行。因此，預期本文中所揭示之本發明之範疇不應受上文描述之特定實施例限制。

將瞭解，本發明之系統及方法各自具有數個新穎態樣，其等之單單一者不單獨作為本文中所揭示之所要屬性或為其所需。上文所描述之各種特徵及程序可彼此獨立地使用或可以各種方式組合。所有可能組合及子組合旨在落在本發明之範疇內。

在本說明書中在各別實施例之內容背景中描述之特定特徵亦可組合地實施於單個實施例中。相反地，在單個實施例之內容背景中描述之各種特徵亦可分開或以任何合適子組合實施於多個實施例中。此外，儘管特徵在上文可被描述為依特定組合起作用且甚至最初如此主張，然來自一所主張組合之一或多個特徵在一些情況中可自該組合去除，且該所主張組合可係關於子組合或子組合之變動。無單個特徵或特徵群組對於每一個實施例係必要的或不可缺少的。

亦將瞭解，除非另有具體陳述或以其他方式在如所使用之內容背景內理解，否則本文中所使用之條件語言(尤其諸如「可以(can/could)」、「可能(might)」、「可(may)」、「例如」及類似者)一般意欲傳達某些實施例包含而其他實施例不包含特定特徵、元件及/或步驟。因此，此條件語言一般並不意欲暗示一或多個實施例以任何方式需要特徵、元件及/或步驟，或一或多個實施例必定包含用於在具有或不具有作者輸入或提示的情況下決定是否在任何特定實施例中包含或將執行此等特徵、元件及/或步驟之邏輯。術語「包括」、「包含」、「具有」及類似者係同義的且係以一開放式方式包含性地使用，且不排除額外元件、特徵、動作、操作等等。另外，術語「或」係在其包含性意義上(而非在其排他性意義上)使用，使得在例如用於連接一元件清單時，術語「或」意謂清單中之一個、一些或所有元件。另外，除非另有指定，否則如在本申請案及隨附發明申請專利範圍中使用之冠詞「一(a/an)」及「該」應被解釋為意謂「一或多個」或「至少一個」。類似地，雖然可在圖式中依一特定順序描繪操作，但應認知，不需要依所展示之特定順序或依循序順序執行此等操作或執行所有所繪示操作以達成所要結果。此外，圖式可以流程圖之形式示意性地描繪一或多個例示性程序。然而，未描繪之其他操作可併入於所示意性地繪示之例示性方法及程序中。例如，可在所繪示操作之任何者之前、之後、同時或之間執行一或多個額外操作。另外，可在其他實施例中對操作進行重新配置或重新排序。在某些境況中，多重任務處理及平行處理可為有利的。此外，上文所描述之實施例中之各種系統組件之分離不應被理解為在所有實施例中需要此分離，且應理解，所描述程式組件及系統可大體上一起整合於單個軟體產品中或封裝至多個軟體產品中。另外，其他實施例係在以下發明申請專利範圍之範疇內。在一些情況下，發明申請專利範圍中所敘述之動作可以不同順序執行且仍達成所要結果。

此外，雖然本文中描述之方法及器件可易有各種修改及替代形式，但其特定實例已在圖式中展示且在本文中詳細描述。然而，應理解，本發明並不限於所揭示之特定形式或方法，而恰相反，本發明欲涵蓋落在所描述之各種實施方案及隨附發明申請專利範圍之精神及範疇內之全部修改、等效物及替代例。此外，本文中結合實施方案或實施例對任何特定特徵、態樣、方法、性質、特性、品質、屬性、元件或類似者之揭示內容可用於本文中所闡述之所有其他實施方案或實施例中。本文中所揭示之任何方法不需要按所敘述之順序執行。本文中所揭示之方法可包含由實踐者採取之特定動作；然而，方法亦可包含該等動作之任何第三方指令(明確地抑或暗示地)。本文中所揭示之範圍亦涵蓋任何及所有重疊、子範圍及其等之組合。諸如「高達」、「至少」、「大於」、「小於」、「介於…之間」及類似者之語言包含所敘述之數字。前面有諸如「約」或「大約」之術語之數字包含所敘述之數字且應基於境況進行解釋(例如，在特定境況下儘可能合理地準確，例如，±5%、±10%、±15%等)。例如，「約3.5 mm」包含「3.5 mm」。前面有諸如「實質上」之術語之片語包含所敘述片語且應基於境況進行解釋(例如，在特定境況下儘可能合理)。例如，「實質上恆定」包含「恆定」。除非另有陳述，否則所有量測係在包含溫度及壓力之標準條件下。

如本文中所使用，指代品項清單「之至少一者」之片語係指該等品項之任何組合，包含單個部件。作為實例，「A、B或C之至少一者」旨在涵蓋：A、B、C、A及B、A及C、B及C，以及A、B及C。除非另有具體陳述，否則諸如片語「X、Y及Z之至少一者」之連接語言應以如一般用於傳達品項、術語等可為X、Y或Z之至少一者之內容背景來理解。因此，此連接語言一般並不意欲暗示特定實施例需要X之至少一者、Y之至少一者及Z之至少一者各自存在。本文中提供之標題(若有)僅為方便起見且不一定影響本文中所揭示之器件及方法之範疇或含義。

因此，發明申請專利範圍並不意欲限於本文中所展示之實施例，而是應符合與本文中所揭示之本發明、原理及新穎特徵一致之最寬範疇。

102:同心管 104:內部襯裡 300:微波電漿炬 302:原料入口 306:微波輻射源 310:反應室/反應器室 312:密封室 314:延伸管 316:微波電漿 402:微波電漿炬 404:波導 406:料斗 410:電漿室 412:容器 414:進給材料

圖式經提供以繪示實例實施例且並不旨在限制本發明之範疇。在結合隨附圖式參考以下描述時將瞭解對本文中所描述之系統及方法之較佳理解，其中：

圖1繪示根據本文中之一些實施例之電漿處理裝置的例示性管及襯裡構形之側視圖。

圖2係根據本文中之一些實施例之電漿處理裝置的例示性管及襯裡構形之俯視圖。

圖3繪示根據本文中之一些實施例之可用於材料之生產中的微波電漿炬300之實施例。

圖4A至圖4B繪示根據本文中之一些實施例之用於下游進給的例示性微波電漿炬。

102:同心管

104:內部襯裡

300:微波電漿炬

302:原料入口

306:微波輻射源

310:反應室/反應器室

312:密封室

314:延伸管

316:微波電漿

Claims (23)

1. 一種用於處理材料之微波電漿裝置，其包括： 石英管，其與至少一個微波輻射源、反應室及材料進給系統連通； 襯裡，其安置於該石英管內，該襯裡包括抗還原材料， 其中該襯裡係安置在該微波電漿裝置之該石英管與電漿產生區之間。
2. 如請求項1之微波電漿裝置，其進一步包括複數個同心石英管。
3. 如請求項1或2之微波電漿裝置，其中該微波輻射源經組態以向該電漿產生區提供功率以在與電漿氣體接觸時在該電漿產生區內產生微波電漿。
4. 如請求項3之微波電漿裝置，其中該電漿氣體包括含氫氣體。
5. 如請求項4之微波電漿裝置，其中該電漿氣體包括H ₂或CH ₄。
6. 如請求項1至5中任一項之微波電漿裝置，其進一步包括自該石英管延伸至該反應室中之延伸管。
7. 如請求項6之微波電漿裝置，其中該襯裡自該石英管延伸至該延伸管中。
8. 如請求項1至7中任一項之微波電漿裝置，其中該襯裡包括安置於在該電漿產生區內之電漿與該石英管之間的套筒。
9. 如請求項1至7中任一項之微波電漿裝置，其中該襯裡包括施用於該石英管之該抗還原材料之塗層。
10. 如請求項1至7中任一項之微波電漿裝置，其中該襯裡包括陶瓷帶，該陶瓷帶以盤旋圍繞該石英管之內部之螺旋形狀捲繞。
11. 如請求項1至7中任一項之微波電漿裝置，其中該襯裡包括氧化鋁、氧化鋯或耐火材料。
12. 一種用於處理材料之方法，該方法包括： 透過材料進給系統將該材料進給至微波電漿裝置之電漿產生區； 將含氫氣體進給至該電漿產生區； 將微波功率施加至該電漿產生區以自該含氫氣體形成電漿；及 使該材料與該電漿接觸， 其中該電漿產生區係定位在安置於該微波電漿裝置之石英管內之襯裡內，該襯裡包括抗還原材料。
13. 如請求項12之方法，其中該微波電漿裝置包括複數個同心石英管。
14. 如請求項12或13之方法，其中該電漿氣體包括H ₂或CH ₄。
15. 如請求項12至14中任一項之方法，其中該微波電漿裝置進一步包括自該石英管延伸至反應室中之延伸管。
16. 如請求項15之方法，其中該襯裡自該石英管延伸至該延伸管中。
17. 如請求項12至16中任一項之方法，其中該襯裡包括安置於在該電漿產生區內之該電漿與該石英管之間的套筒。
18. 如請求項12至16中任一項之方法，其中該襯裡包括施用於該石英管之該抗還原材料之塗層。
19. 如請求項12至16中任一項之方法，其中該襯裡包括陶瓷帶，該陶瓷帶以盤旋圍繞該石英管之內部之螺旋形狀捲繞。
20. 如請求項12至16中任一項之方法，其中該襯裡包括氧化鋁、氧化鋯或耐火材料。
21. 一種安置於微波電漿裝置中之襯裡，該襯裡包括抗還原材料且定位於該微波電漿裝置之石英管與電漿產生區之間。
22. 如請求項21之襯裡，其中該抗還原材料係陶瓷材料。
23. 如請求項21之襯裡，其中該抗還原材料包括氧化鋁、氧化鋯或耐火材料。