一种基于等离子体加热的蒸发-纳米金属粉末工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种蒸发-冷凝法制备纳米金属粉末工艺，特别是基于等离子体加热的蒸发-冷凝法制备纳米金属粉末工艺。
【背景技术】
[0002]纳米粉末是指尺寸范围定义为f 10nm左右的粉末。纳米金属粉末最显著的特点就是晶粒尺寸非常小，从而使它具有与普通块状金属不同的特性。其具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性，作为粉末材料，在化学工业的催化剂、微孔材料、导电浆料原料、固体燃料推进剂的添加剂、磁记录材料、微波吸收材料等诸多领域都具有广阔的应用前景，使其在冶金、化工、电子、国防、航空航天等研究领域呈现出极其重要的应用价值。关于金属纳米粉末的制备方法一直备受人们的关注。目前的普通方法存在效率低、产率低、粉末质粒合格率低等特点，严重制约纳米金属粉末的应用。
[0003]为了克服上述问题，本发明设计基于等离子体加热的w蒸发-冷凝法制备纳米金属粉末工艺。在真空蒸发室内充入低压惰性气体，通过等离子体加热蒸发源的加热作用，使待制备的金属、合金或化合物气化或形成等离子体，与惰性气体原子碰撞而失去能量，然后骤冷使之凝结成纳米粉体粒子。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，发明一种基于等离子体加热的蒸发-冷凝法制备纳米金属粉末工艺。其技术方案是基于等离子体加热的蒸发-冷凝法制备纳米金属粉末工艺，其特征是:蒸发-冷凝法是在超高真空或低压惰性气体气氛氩(Ar)或氦(He)中，通过蒸发源的加热作用，使待制备的金属、合金或化合物汽化、升华，然后冷凝形成纳米材料。
[0005]采用等离子体加热法，具体指等离子体电弧作用下的熔池蒸发法。用等离子束加热水冷铜坩埚中的金属材料。等离子体加热法可使各种金属、碳化物、氧化物稳定蒸发。
[0006]具体工艺:将待加工的金属适量放于2L反应容器中，充入He惰性气体，惰性气体的流速适中，控制在500ml/s，控制反应器气压维持在(2?4kPa)。采用等离子体电弧作用下的熔池蒸发法作为热源加热，控制弧电压20?30V、弧电流70?150A，使得反应器加热热功率8kW，温度控制在200(TC。采用的可分离式锥筒形冷阱结构，加快冷却速率可加大冷却水的流速控制在500ml/s。
[0007]本发明的特点是:基于经典的蒸发-冷凝法制备纳米金属粒子工艺，采用等离子加热方法，制备的纳米粉体具有良好的力学性能、磁性能和光学特性。通过选择相对分子质量较小的He惰性气体，调节惰性气体的气体压力和流速，对纳米金属粉末的粒度得到良好控制，表面清洁，粒度均匀，控制在f20nm范围之内。等离子体加热法可使各种金属、碳化物、氧化物稳定蒸发。通过加大加大加热功率、提高加热温度，实现原材料的蒸发速率，并同时加快蒸气的冷却速率，整体提高粉体的产率，有利于向工业化推广。
【具体实施方式】
[0008]一种基于等离子体加热的蒸发-冷凝法制备纳米金属粉末工艺。其技术方案是基于等离子体加热的蒸发-冷凝法制备纳米金属粉末工艺，其特征是:蒸发-冷凝法是在超高真空或低压惰性气体气氛氩(Ar)或氦(He)中，通过蒸发源的加热作用，使待制备的金属、合金或化合物汽化、升华，然后冷凝形成纳米材料。
[0009]采用等离子体加热法，具体指等离子体电弧作用下的熔池蒸发法。用等离子束加热水冷铜坩埚中的金属材料。等离子体加热法可使各种金属、碳化物、氧化物稳定蒸发。
[0010]具体工艺:将待加工的金属Cu适量放于2L反应容器中，充入He惰性气体，惰性气体的流速适中，控制在500ml/s，控制反应器气压维持在(2?4kPa)。采用等离子体电弧作用下的熔池蒸发法作为热源加热，控制弧电压20?30V、弧电流70?150A，使得反应器加热热功率8kW，温度控制在200(TC。采用的可分离式锥筒形冷阱结构，加快冷却速率可加大冷却水的流速控制在500ml/s。
【主权项】
1.一种基于等离子体加热的蒸发-冷凝法制备纳米金属粉末工艺，其特征是:蒸发-冷凝法是在超高真空或低压惰性气体气氛氩(Ar)或氦(He)中，通过蒸发源的加热作用，使待制备的金属、合金或化合物汽化、升华，然后冷凝形成纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体加热的蒸发-冷凝法制备纳米金属粉末工艺，其特征是:蒸发源采用等离子体加热法，具体指等离子体电弧作用下的熔池蒸发法，用等离子束加热水冷铜坩埚中的金属材料。
3.根据权利要求1所述的一种基于等离子体加热的蒸发-冷凝法制备纳米金属粉末工艺，其特征是:具体工艺:将待加工的金属适量放于2L反应容器中，充入He惰性气体，惰性气体的流速适中，控制在500ml/s，控制反应器气压维持在(2?4kPa)，采用等离子体电弧作用下的熔池蒸发法作为热源加热，控制弧电压20?30V、弧电流70?150A，使得反应器加热热功率8kW，温度控制在2000°C，采用的可分离式锥筒形冷阱结构，加快冷却速率可加大冷却水的流速控制在500ml/s。
【专利摘要】本发明公开了一种基于等离子体加热的蒸发-冷凝法制备纳米金属粉末工艺，蒸发-冷凝法是在超高真空或低压惰性气体气氛氩(Ar)或氦(He)中，通过蒸发源的加热，使待制备的金属、合金或化合物汽化、升华，然后冷凝形成纳米材料，采用等离子体加热法。本发明的特点是：基于经典的蒸发-冷凝法制备纳米金属粒子工艺，采用等离子加热方法，制备的纳米粉体具有良好的力学性能、磁性能和光学特性。通过选择相对分子质量较小的He惰性气体，调节惰性气体的气体压力和流速，对纳米金属粉末的粒度得到良好控制，表面清洁，粒度均匀，通过加大加大加热功率、提高加热温度，实现原材料的蒸发速率，提高粉体的产率，有利于向工业化推广。
【IPC分类】B22F9-12, B82Y40-00
【公开号】CN104690281
【申请号】CN201310657455
【发明人】马文超
【申请人】青岛平度市旧店金矿
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月9日