专利名称：制备高纯度纳米金属粉体材料的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种制备材料的装置，具体地是涉及一种制备无污染的纳米金属粉体材料装置。
1808年，Davy和Ritter历史上第一次在俩个水平碳电极之间炽燃了电弧并进行了观察，将其起名为“Electric Are”，意思是“电的拱行物”，这就是中文名词“电弧”的来历。从此之后，等离子电弧在工业上的应用越来越广泛，主要用于“冶炼、焊接、切割”等行业。近年来有媒体报道，国外采用等离子弧汽相法制备纳米金属粉体材料，用等离子汽相法制备纳米金属粉体材料时，采用固定电极，电极材料均采用石墨、钨、铪等材料，电极材料不同于被制取的金属材料。由于等离子弧温度高，所以电极的烧蚀是不可避免的，被烧蚀的电极材料与被制取的金属材料混在一起，严重影响了制备纳米材料的纯度。如能将电极材料和被制取金属采用同一种材料，则可避免电极污染，获得高纯度的纳米材料。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供一种制备方便、效果好的装置。
本实用新型目的可以通过如下措施来实现制备高纯度纳米金属粉体的装置，包括喷头、电极丝送丝机构、坩锅系统和外部装置四大部分，其中喷头位于装置的上部正中间，电极丝送丝机构在装置的右上方，坩锅系统在装置的下部正中间；喷头设有喷嘴外壳、可熔化电极、导电嘴、气嘴和正极电缆，其中喷嘴外壳内是导电嘴，导电嘴内是可熔化电极，可熔化电极安在二个逆向运动的送电极轮中间，由电机驱动，在喷嘴外壳的上部是正极电缆；电极丝送丝机构有送电极轮、电机、电机控制电缆电极转绕装载盘、固定架、负极电缆和单片机控制系统，其中二个送电极轮中的左边一个与电机相连，右边一个与固定架相连，电机控制电缆一头与电机相连，另一头与单片机控制系统相连，电极转绕装载盘固定在固定架上，并输送可熔化电极，固定架将送电极轮、喷嘴外壳和电极转绕装载盘连为一体，固定在外壳上，电源的一头是与正极电缆相连，另一头与负极电缆相连，单片机控制系统与电机相连；坩锅系统设有负极电缆、粉体回收装置、高温导电棒、固定装置、填充层、坩锅支架和坩锅，其中负极电缆与直流电源的负极相连，粉体回收装置在外壳的中下部，坩锅固定在坩锅支架上，高温导电棒和固定装置供坩锅内的金属材料负极电源；外部装置设有风道、外壳、操作观察口和保护气体瓶，其中风道设在装置的下部，坩锅固定在坩埚支架上，装置外部的左上面设有操作观察口，由喷头送出的保护气体从坩锅外部流过，保护气体瓶供应保护气体。
本实用新型相比现有技术具有如下优点由于纳米材料的粒度太小，检测、试验手段尚不完备，当用一般等离子汽相法制得的纳米材料呈现在隧道显微镜下时，材料的纯度根本无法观察到，大量的电极烧蚀材料亦被混入其中了。
为此，本实用新型将电极设计成可熔化电极，电极材料和被制取的材料采用同一种金属材料，可熔化电极由送电极轮、驱动电机控制，可自动进给，这整套装置又由一台单片微型计算机控制。在单片机的控制下，随着温度、时间、电压的变化适时计算，准确控制电极的进给，电极在等离子弧的高温中熔化，滴入坩锅，而坩锅中被液化的金属亦在高温中汽化，升华。由上述可见，由于电极材料和被制取金属材料相同，有效避免了电极材料不同于被制备材料时产生的污染，提高了材料的纯度。同时，由于对整个装置采取了密封措施，通入了保护性气体，使得不该氧化的材料在高温时不会被氧化。
图1本实用新型装置的主结构示意图图1中各部件说明1喷头、2电极丝送丝机构、3坩锅系统、4外部装置5喷嘴外壳、6可熔化电极、7导电嘴8气嘴、9正极电缆、10送电极轮、11电机、12电机控制电缆、13电极转绕装载盘、14固定架、15负极电缆、16单片机控制系统、17电源、18高温导电棒、19固定装置、20填充层、21粉体回收装置、22风道、23坩锅支架、24外壳、25坩锅、26操作观察口、27保护气体瓶。
具体实施方式
下面列举一个实施例，结合附图，对本实用新型作进一步说明。
实施例1喷头外壳5、可熔化电极6、导电嘴7、气嘴8、正极电缆9组成一个喷头，喷头中间为可熔化电极6，直流电源的正极通过正极电缆9和导电嘴7加在电极上，坩锅25中装有与电极材料相同的未熔化金属。坩锅通过固定装置19、高温导电棒18、负极电缆15与直流电源17的负极相连。单片机控制引弧后，在可熔化的电极与坩锅中的金属材料之间产生了等离子弧，等离子弧的根部温度较低，但足可以使可熔化电极熔化，滴入坩锅中，调整等离子弧的长度，使高温区加热滴入坩锅中的金属熔滴，等离子弧的高温使熔化了的金属被迅速汽化。在喷嘴外壳5与导电嘴7之间，气嘴8喷出的保护气体使可熔化电极和坩锅中的金属材料与外界隔离，由于该装置被全部密封，进入装置内的气体全部由气瓶通过气嘴8从喷头喷出，被粉体回收装置21中的风机通过风道22抽出，所以，汽化后的金属粉体材料不会被氧化并得以回收。
为了保证上述过程能连续进行，可熔化电极6被拉成了细长的金属丝，卷绕在电极转绕装载盘13内，固定架14用以固定该盘及两个送电极轮10及喷头1。可熔化电极装在2个逆向运动的送电极轮中间，由电机11驱动，单片机控制系统16根据测得的电压、电流等数据进行运算，根据运算结果控制电机，以获得最佳输送电极的速度，这样，被熔化掉的电极被后面的电极源源不断的补充，在电极与坩锅之间形成了一个稳定的等离子弧，纳米金属粉体材料被源源不断的制造出来了。
图中26是一操作观察口，电极转绕装载盘13内的材料用完后，可打开此口更换，平时亦可作为观察孔，观察生产情况，24是该装置外壳，用以隔离外面的空气，保证不须氧化的金属不被氧化，20是填充层，23是坩锅支架，12是电机的控制电缆。
本实用新型采用可熔化电极6、导电嘴7、送电极轮10、驱动电机11和电极转绕装载盘13，避免了使用另外的电极材料造成对纳米粉体材料的污染，使得该装置可连续化生产；采用了可熔化电极外围设置了气嘴8，导入保护气体，可使材料不被氧化，同时还可降低喷头温度，保证连续生产；又采用了封闭式外壳24，由风道22向外部输送制得的纳米金属粉体材料；风道设在装置的下部，由喷头送出的保护气体从坩锅外部流过，带走了被汽化后的粉体材料，降低了坩锅的高温。
当金属的温度被加热到熔点后，该金属即被熔化，而当被加热到汽化点后，该金属即被汽化，要金属加热到熔化点并上升至汽化点，廉价而又可行的技术是采用等离子弧加热，因为等离子弧的高温区温度可达5000℃-10000℃，汽化后的金属粉体材料的粒径一般均在纳米级。合理选择电极材料，合理选择保护气体和种类，即可获得氧化后的高纯度粉体材料或无需氧化的高纯度粉体材料。
根据上述装置，制出了合格的纳米氧化锌，纳米氧化铋，纳米银粒子，制得的纳米粉体材料纯度特别高，保证了粉体材料的质量。
权利要求1.制备高纯度纳米金属粉体的装置，其特征在于它包括喷头(1)、电极丝送丝机构(2)、坩锅系统(3)和外部装置(4)，喷头位于装置的上部正中间，电极丝送丝机构在装置的右上方，坩锅系统在装置的下部正中间；其中喷头设有喷嘴外壳(5)、可熔化电极(6)、导电嘴(7)、气嘴(8)和正极电缆(9)，其中喷嘴外壳(5)内是导电嘴(7)，导电嘴内是可熔化电极(6)，可熔化电极(6)安在二个逆向运动的送电极轮中间，由电机(11)驱动，在喷嘴外壳(5)的上部是正极电缆(9)；电极丝送丝机构(2)设有送电极轮(10)、电机(11)、电机控制电缆(12)、电极转绕装载盘(13)、固定架(14)、负极电缆(15)和单片机控制系统(16)，其中二个送电极轮中的左边一个与电机(11)相连，右边一个与固定架(14)相连，电机控制电缆(12)一头与电机相连，另一头与单片机控制系统(16)相连，电极转绕装载盘(13)固定在固定架(14)上，并输送可熔化电极(6)，固定架(14)将送电极轮(10)、喷嘴外壳(5)和电极转绕装载盘连为一体，固定在外壳(24)上，电源(17)的一头是与正极电缆(9)相连，另一头与负极电缆(15)相连，单片机控制系统(16)与电机(11)相连；坩锅系统(3)设有负极电缆(15)、粉体回收装置(21)、高温导电棒(18)、固定装置(19)、填充层(20)、坩锅支架(23)和坩锅(25)，其中负极电缆(15)与直流电源(17)的负极相连，粉体回收装置(21)在外壳的中下部，坩锅(25)固定在坩锅支架(23)上，高温导电棒(18)和固定装置(19)供坩锅(25)内的金属材料负极电源；外部装置设有风道(22)、外壳(24)、操作观察口(26)和保护气体瓶(27)，其中风道(22)设在装置的下部，坩锅(25)固定在坩埚支架(23)上，装置外部的左上面设有操作观察口(26)，由喷头送出的保护气体从坩锅(25)外部流过，保护气体瓶(27)供保护气体。
专利摘要本实用新型涉及制备高纯度纳米金属粉体材料的装置，该装置有喷头、电极丝送丝机构、坩埚系统及外部装置四大部分，详细部件及结构见说明书，本实用新型的优点是设备不复杂，部件安排合理，系统密闭，节省能源，可获得粒经小于100nm的纳米粉体材料，纯度高。
文档编号B22F9/14GK2601766SQ03204639
公开日2004年2月4日 申请日期2003年2月26日 优先权日2003年2月26日
发明者孙英黎, 陈志平 申请人:孙英黎, 陈志平