超细碳材料双模式等离子反应腔室的制作方法

本实用新型涉及超细碳材料生产设备领域，具体而言，涉及超细碳材料双模式等离子反应腔室。

背景技术：

碳材料是以碳元素为主的非金属固体材料，由于碳材料制品行业属于基础原材料产业，现已广泛应用于冶金、电子、化工、机械、体育器材、医疗器械、能源、航空航天、核工业和军事领域。由于超细粉体具有表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，它与同组成的晶体材料相比，在催化、光学、磁学和力学等方面具有许多特殊的性能，故在医学、微电子、核技术等领域中具有许多重要的应用。

目前，现有的设备一般阳极和阴极均采用石墨作为电极，通过对两石墨电极通电，形成高温以制备超细碳材料；但其产品品质低，不能在产量和品质之间灵活调整，不能根据实际需要调节不同模式以满足不同需求所生产超细碳材料。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供超细碳材料双模式等离子反应腔室，可以根据实际需要调节不同模式以满足不同需求所生产超细碳材料，且可以生产品质较高的超细碳材料。

本实用新型的实施例是这样实现的：

超细碳材料双模式等离子反应腔室，包括反应腔室本体，所述反应腔室本体内设置有相配合使用的发生器系统和伺服进料系统；所述发生器系统包括双模式离子发生器，所述双模式离子发生器一端设于所述反应腔室本体内，所述双模式离子发生器另一端设于所述反应腔室本体外并与电源电连接；所述伺服进料系统包括石墨棒和用以驱动所述石墨棒沿其长度方向移动的驱动装置；所述石墨棒一端设于所述反应腔室本体内，所述石墨棒另一端与电源电连接；所述双模式离子发生器和石墨棒沿反应腔室本体的轴线对称设置；且所述双模式离子发生器轴线与所述石墨棒轴线处于同一直线。

进一步地，所述发生器系统还包括用以密封固定双模式离子发生器的第一固定套；所述反应腔室本体侧壁面开设有第一通孔，所述第一固定套固定于反应腔室本体侧壁面并与所述第一通孔密封连通；所述双模式离子发生器一端依次穿过所述第一固定套和所述第一通孔后延伸进反应腔室本体里，所述双模式离子发生器另一端与所述第一固定套密封固定连接。

进一步地，所述伺服进料系统还包括金属棒和用以密封固定伺服进料系统的第二固定套；所述反应腔室本体侧壁面开设有第二通孔，所述第二固定套固定于反应腔室本体侧壁面并与所述第二通孔密封连通；所述金属棒一端与驱动装置输出端固定连接，所述金属棒另一端与石墨棒远离双模式离子发生器的一端固定连接；所述金属棒和石墨棒贯穿于第二固定套内。

进一步地，所述反应腔室本体包括套接设置的外腔室和内腔室，所述外腔室和内腔室之间形成水冷腔室；所述外腔室壁面开有第一进水口和第一出水口，所述第一进水口和第一出水口均与水冷腔室相连通。

进一步地，所述反应腔室本体上还设置有用以在线随时取样的在线取样系统；所述在线取样系统包括配合使用的密封件和取样件及用以密封固定密封件的第三固定套，所述反应腔室本体侧壁面开设有第三通孔，所述第三固定套固定于反应腔室本体侧壁面并与所述第三通孔密封连通；所述密封件与所述第三固定套密封固定连接；所述密封件包括上筒体和下筒体，所述上筒体与下筒体相连通固定；所述上筒体远离下筒体的一端固定有密封环，所述密封环内壁设置有密封圈，所述密封环内径与取样件外径相适配；所述下筒体设置有用以密封内腔室的密封阀和用以阻隔密封阀的阻隔阀；所述取样件包括固定杆，所述固定杆一端固定有手持杆，所述固定杆另一端固定有取样台；所述取样件依次穿过所述第三固定套和所述第三通孔，且取样台一端延伸入内腔室内。

进一步地，所述取样件还包括水冷套，所述水冷套套设于固定杆外侧，所述水冷套与固定杆之间形成水冷腔，所述水冷套靠近手持杆一端开有第二进水口和第二出水口；所述水冷套一端与固定杆外壁密封连接，所述水冷套一端与取样台密封连接；所述取样台包括取样面和冷却腔，所述冷却腔与水冷腔连通；所述水冷套靠近手持杆一端外壁固定有限位台。

进一步地，所述密封阀设置于下筒体靠近上筒体一端；所述密封阀包括第一密封板，第一密封套筒和用以驱动所述第一密封板沿第一预设方向移动的第一气缸，所述第一预设方向与下筒体的中心轴线垂直分布；所述第一密封板外壁面用以与下筒体的内壁面密封抵接；所述下筒体壁面上开有用以第一密封板通过的第一开口，所述第一密封套筒一端与下筒体壁面固定连接且与第一开口相连通，所述第一密封套筒另一端设有第一端壁，所述第一气缸的伸缩杆穿过第一端壁设于第一密封套筒内，且与所述第一密封板固定连接；所述第一气缸的伸缩杆与第一端壁滑动密封连接；所述下筒体内壁周向开有第一槽体，所述第一槽体与第一开口相连通；所述第一槽体的侧壁和第一开口的侧壁均设置密封圈。

进一步地，所述阻隔阀设置于下筒体远离上筒体一端；所述阻隔阀包括第二密封板，第二密封套筒和用以驱动所述第二密封板沿第二预设方向移动的第二气缸，所述第二预设方向与下筒体的中心轴线垂直分布；所述第二密封板外壁面用以与下筒体的内壁面抵接；所述第二密封板为耐高温的金属材质；所述下筒体壁面上开有用以第二密封板通过的第二开口，所述第二密封套筒一端与下筒体壁面固定连接且与第二开口相连通，所述第二密封套筒另一端设有第二端壁，所述第二气缸的伸缩杆穿过第二端壁设于第二密封套筒内，且与所述第二密封板固定连接；所述第二气缸的伸缩杆与第二端壁滑动密封连接；所述下筒体内壁周向开有第二槽体，所述第二槽体与第二开口相连通。

有益效果：

本实用新型通过设置有相配合使用的双模式离子发生器和石墨棒，且双模式离子发生器和石墨棒均与电源电连接，可以通过设置双模式离子发生器通电形成非转移弧模式，或设置双模式离子发生器和石墨棒同时通电形成转移弧模式来反应生成超细碳材料，可以根据不同需求选择不同模式进行生产超细碳材料；且可以生产出品质较高的超细碳材料。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的超细碳材料双模式等离子反应腔室的主视图；

图2为图1中a-a的剖面图；

图3为图1中b-b的剖面图；

图4为本实用新型实施例提供的在线取样系统的剖面图。

图标：1-反应腔室本体，101-外腔室，102-内腔室，103-水冷腔室，104-抽真空孔，105-气体接口，106-测温接口，107-测压接口，108-第一进水口，109-第一出水口，2-发生器系统，21-双模式离子发生器，22-第一固定套，221-内套，222-外套，223-第一腔室，3-伺服进料系统，301-驱动装置，302-金属棒，303-石墨棒，304-第二固定套，4-在线取样系统，41-密封件，411-上筒体，412-下筒体，413-密封环，42-取样件，421-固定杆，422-手持杆，423-取样台，4231-取样面，4232-冷却腔，424-水冷套，425-水冷腔，426-第二进水口，427-第二出水口，428-限位台，43-密封阀，431-第一密封板，432-第一密封套筒，433-第一气缸，434-第一开口，435-第一槽体，44-阻隔阀，441-第二密封板，442-第二密封套筒，443-第二气缸，444-第二开口，445-第二槽体，45-第三固定套，5-观察件，501-观察口，502-观察窗，6-密封圈。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例

请参照图1～4，本实施例提供超细碳材料双模式等离子反应腔室，包括反应腔室本体1，所述反应腔室本体1内设置有相配合使用的发生器系统2和伺服进料系统3；所述发生器系统2包括双模式离子发生器21，所述双模式离子发生器21一端设于所述反应腔室本体1内，所述双模式离子发生器21另一端设于所述反应腔室本体1外并与电源电连接；所述双模式离子发生器21是枪体结构；所述伺服进料系统3包括石墨棒303和用以驱动所述石墨棒303沿其长度方向移动的驱动装置301；所述石墨棒303一端设于所述反应腔室本体1内，所述石墨棒303另一端与电源电连接；所述双模式离子发生器21和石墨棒303沿反应腔室本体1的轴线对称设置；且所述双模式离子发生器21轴线与所述石墨棒303轴线处于同一直线。所述驱动装置301为步进电机，在本实用新型的其它实施例中，驱动装置301也可以采用直线电机或气缸。

通过设置有相配合使用的双模式离子发生器21和石墨棒303，可以通过设置双模式离子发生器21通电形成非转移弧模式，或设置双模式离子发生器21和石墨棒303同时通电形成转移弧模式来反应生成超细碳材料，可以根据不同需求选择不同的模式进行生产超细碳材料；双模式离子发生器21可以生产品质较高的超细碳材料。

本实施例中，所述发生器系统2还包括用以密封固定双模式离子发生器21的第一固定套22；所述反应腔室本体1侧壁面开设有第一通孔，所述第一固定套22固定于反应腔室本体1侧壁面并与所述第一通孔密封连通；所述双模式离子发生器21一端依次穿过所述第一固定套22和所述第一通孔后延伸进反应腔室本体1里，所述双模式离子发生器21另一端与所述第一固定套22密封固定连接；所述第一固定套22包括内套221和外套222，所述内套221固定于内腔室102侧壁，所述外套222固定于外腔室101侧壁，所述内套221与外套222之间形成第一腔室223，所述第一腔室223与水冷腔425室103相连通；从第一进水口108通入冷凝水，冷凝水进入水冷腔425室103，使水冷腔425室103保持冷却状态，使外腔室101壁面保持冷却状态，避免人员烫伤；使内腔室102壁面保持冷却状态，便于高温的石墨蒸汽在遇到冷却的内腔室102壁时，更迅速的冷凝成超细碳材料。

本实施例中，所述伺服进料系统3还包括金属棒302和用以密封固定伺服进料系统3的第二固定套304；所述反应腔室本体1侧壁面开设有第二通孔，所述第二固定套304固定于反应腔室本体1侧壁面并与所述第二通孔密封连通；所述金属棒302一端与驱动装置301输出端固定连接，所述金属棒302另一端与石墨棒303远离双模式离子发生器21的一端固定连接；所述金属棒302和石墨棒303贯穿于第二固定套304内，所述驱动装置301与第二固定套304密封固定连接；所述第二固定套304与第一固定套22结构相同；随着石墨棒303产生超细碳材料，石墨棒303会越来越短，驱动装置301可以带动金属棒302和石墨棒303沿石墨棒303长度方向并靠近双模式离子发生器21运动，使石墨棒303与双模式离子发生器21之间始终保持一定距离；双模式离子发生器21通电后为非转移弧模式，高温使石墨棒303直接产生石墨蒸汽，冷凝后产生超细碳材料，同时双模式离子发生器会产生高温等离子冲击到石墨棒303上，将碳原子从石墨棒303上剥离以产生超细碳材料，可以使碳原子更易从石墨棒303上剥离，从而使超细碳材料的产量更高；当双模式离子发生器21和金属棒302同时通电后，双模式离子发生器21作为阴极，石墨棒303作为阳极，形成转移弧模式，具有非常高的温度，使石墨棒303直接产生石墨蒸汽，高温的石墨蒸汽在遇到冷的内腔室102壁时冷凝成超细碳材料，可以产生更细的细碳材料，从而使超细碳材料的品量更高。

所述反应腔室本体1包括套接设置的外腔室101和内腔室102，所述外腔室101和内腔室102之间形成水冷腔室103；所述外腔室101壁面开有第一进水口108和第一出水口109，所述第一进水口108和第一出水口109均与水冷腔室103相连通；从第一进水口108通入冷凝水，冷凝水进入水冷腔室103，使水冷腔室103保持冷却状态，使外腔室101壁面保持冷却状态，避免人员烫伤；使内腔室102壁面保持冷却状态，便于高温的石墨蒸汽在遇到冷却的内腔室102壁时，更迅速的冷凝成超细碳材料。

本实施例中，所述反应腔室本体1上还设置有用以在线随时取样的在线取样系统4；所述在线取样系统4包括配合使用的密封件41和取样件42及用以密封固定密封件41的第三固定套45，所述反应腔室本体1侧壁面开设有第三通孔，所述第三固定套45固定于反应腔室本体1侧壁面并与所述第三通孔密封连通；所述密封件41与所述第三固定套45密封固定连接；所述第三固定套45与第一固定套22结构相同；所述密封件41包括上筒体411和下筒体412，所述上筒体411与下筒体412相连通固定；所述上筒体411远离下筒体412的一端固定有密封环413，所述密封环413内壁设置有密封圈6，所述密封环413内径与取样件42外径相适配；所述下筒体412设置有用以密封内腔室102的密封阀43和用以阻隔密封阀43的阻隔阀44；所述取样件42包括固定杆421，所述固定杆421一端固定有手持杆422，所述固定杆421另一端固定有取样台423；所述取样件42依次穿过所述第三固定套45和所述第三通孔，且取样台423一端延伸入内腔室102内。

取样时将取样件42通过第三固定套45和第三通孔穿设于上筒体411内，打开密封阀43和阻隔阀44，拿着手持杆422再将取样件42的取样台423穿设进入内腔室102内进行取样，使高温石墨蒸汽冷凝于取样台423的取样面4231上，取样完成后，先将取样件42提取到上筒体411内，将阻隔阀44和密封阀43依次关闭，再将取样件42从上筒体411内取出得到样品；在整个取样过程中始终保持密封状态，在取完样品后，密封阀43关闭使内腔室102保持密封状态，则可以在线随时取样对样品进行检测，对样品的质量进行随时监测，可以及时调整反应条件以保证样品质量。

本实施例中，所述取样件42还包括水冷套424，所述水冷套424套设于固定杆421外侧，所述水冷套424与固定杆421之间形成水冷腔425，所述水冷套424靠近手持杆422一端开有第二进水口426和第二出水口427；所述水冷套424一端与固定杆421外壁密封连接，所述水冷套424一端与取样台423密封连接；所述取样台423包括取样面4231和冷却腔4232，所述冷却腔4232与水冷腔425连通；所述水冷套424靠近手持杆422一端外壁固定有限位台428；所述限位台428为环形平台，在本实用新型的其它实施例中，所述限位台428也可以为矩形平台；从第二进水口426可以通入冷凝水进入水冷腔425和冷却腔4232内，超细碳材料反应腔室内温度较高，取样件42伸入内腔室102内，冷却腔4232的低温可以使取样面4231保持低温，避免高温对取样台423造成损坏，且可以使内腔室102内高温的石墨蒸汽遇到低温的取样面4231后，使石墨蒸汽凝聚于取样面4231，从而便捷的完成取样，且低温的水冷套424始终与密封环413内壁密封接触，可以使密封环413和密封圈6保持低温，避免密封环413和密封圈6被高温损坏造成泄漏；限位台428卡设于密封环413顶端，使取样件42伸入内腔室102内适当的位置，且避免取样件42掉落进内腔室102内。

本实施例中，所述密封阀43设置于下筒体412靠近上筒体411一端；所述密封阀43包括第一密封板431，第一密封套筒432和用以驱动所述第一密封板431沿第一预设方向移动的第一气缸433，所述第一预设方向与下筒体412的中心轴线垂直分布；所述第一密封板431外壁面用以与下筒体412的内壁面密封抵接；所述下筒体412壁面上开有用以第一密封板431通过的第一开口434，所述第一密封套筒432一端与下筒体412壁面固定连接且与第一开口434相连通，所述第一密封套筒432另一端设有第一端壁，所述第一气缸433的伸缩杆穿过第一端壁设于第一密封套筒432内，且与所述第一密封板431固定连接；所述第一气缸433的伸缩杆与第一端壁滑动密封连接；所述下筒体412内壁周向开有第一槽体435，所述第一槽体435与第一开口434相连通；所述第一槽体435的侧壁和第一开口434的侧壁均设置密封圈6；第一气缸433带动第一密封板431沿下筒体412中心轴线的垂直方向运动，当第一气缸433带动第一密封板431运动穿过第一开口434至下筒体412内，并卡入第一槽体435内，第一槽体435的侧壁和第一开口434的侧壁设置的密封圈6与第一密封板431边缘密封，从而对下筒体412及内腔室102产生密封作用。

本实施例中，所述阻隔阀44设置于下筒体412远离上筒体411一端；所述阻隔阀44包括第二密封板441，第二密封套筒442和用以驱动所述第二密封板441沿第二预设方向移动的第二气缸443，所述第二预设方向与下筒体412的中心轴线垂直分布；所述第二密封板441外壁面用以与下筒体412的内壁面抵接；所述第二密封板441为耐高温的金属材质；所述下筒体412壁面上开有用以第二密封板441通过的第二开口444，所述第二密封套筒442一端与下筒体412壁面固定连接且与第二开口444相连通，所述第二密封套筒442另一端设有第二端壁，所述第二气缸443的伸缩杆穿过第二端壁设于第二密封套筒442内，且与所述第二密封板441固定连接；所述第二气缸443的伸缩杆与第二端壁滑动密封连接；所述下筒体412内壁周向开有第二槽体445，所述第二槽体445与第二开口444相连通；第二气缸443带动第二密封板441沿下筒体412中心轴线的垂直方向运动，当第二气缸443带动第二密封板441运动穿过第二开口444至下筒体412内，并卡入第二槽体445内，阻隔阀44对内腔室102和密封阀43之间产生阻隔作用，可以阻隔超细碳材料反应腔室内的火焰直射到密封阀43上，避免对密封阀43造成损坏从而造成泄漏；阻隔阀44中设置的第二密封板为耐高温的金属材质，可以避免被内腔室102内的火焰直射损坏，且有效阻隔内腔室102内的火焰对密封阀43造成损坏。

本实施例中，所述第一固定套22包括内套221和外套222，所述内套221固定于内腔室102侧壁，所述外套222固定于外腔室101侧壁，所述内套221与外套222之间形成第一腔室223，所述第一腔室223与水冷腔425室103相连通。所述第二固定套304、第三固定套45均与第一固定套22的结构相同。第一固定套22便于密封固定双模式离子发生器21，第二固定套304便于密封固定伺服进料系统3，第三固定套45便于密封固定在线取样系统4。

本实施例中，所述反应腔室本体1其中一端壁设置有观察件5，所述观察件5包括观察口501，所述观察口501开于反应腔室本体1其中一端壁上，所述观察口501上密封固定有观察窗502；所述观察窗502为透明材质；可以通过观察窗502观察内腔室102内石墨棒303的反应情况，以便于调节双模式等离子发生器的参数和石墨棒303的进给速度。

本实施例中，所述反应腔室本体1远离观察件5的一端壁开有抽真空孔104，所述抽真空孔104与真空机的输出端密封连接，便于将内腔室102内抽真空，使内腔室102保持高真空或微负压的适合反应的环境；所述反应腔室本体1侧壁上还设置有用于通入介质气体和测量氧气含量的气体接口105，用于检测温度的测温接口106和用于检测压力的测压接口107。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。