“等離子制粉”就是指用等離子體作熱源來(lái)提供氣相合成過(guò)程中能量條件的一種新型制粉工藝。一般用此工藝制取粒徑微小的超細(xì)粉,普通工藝難以制備微粉,或者是具有某些特殊表面性能的粉體。
目前,人工獲得等離子體的主要方法有: ①電子沖擊法; ②射線輻照法; ③光電離法;④激光等離子體法; ⑤激波等離子體法等。其中電子沖擊法是已獲得廣泛應(yīng)用的工業(yè)等離子體生產(chǎn)方法。生產(chǎn)用等離子制粉設(shè)備主要包括:反應(yīng)、冷卻、收集3大部分。冷卻、收集裝置大多類似,而反應(yīng)器按產(chǎn)生等離子體的方式可分為直流型、高頻型及微波型等。
1、直流(DC) 等離子體制粉
直流等離子體制粉就是靠直流電源來(lái)產(chǎn)生等離子體,從而造成超微顆粒形成條件的。直流等離子體制粉具有電源不怕干擾、弧柱穩(wěn)定、輻射小、功率大等優(yōu)點(diǎn),但其顯著缺點(diǎn)是存在電極腐蝕和電極污染問(wèn)題。
如果以大塊固體作原料,可讓原料作為一極,在其與另一電極間直接加電場(chǎng)而起弧,產(chǎn)生等離子體,該法又可稱為電弧法。
2、高頻(RF) 等離子體制粉
高頻等離子體制粉就是靠高頻電磁感應(yīng)線圈提供能量來(lái)產(chǎn)生等離子體,從而造成超微顆粒形成條件的。由于該方法無(wú)電極,因此等離子炬非常純凈,而且其等離子氣的流速較小,加熱效率較高,但RF 易受干擾而不穩(wěn)定,且其電效率較低。
3、微波(MP) 等離子體制粉
微波等離子體制粉技術(shù)是進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代以來(lái),最新發(fā)展起來(lái)的新型超細(xì)粉體制備技術(shù)。以微波作為產(chǎn)生等離子體的熱源,與直流和高頻等離子體相比,具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):
① 活性大。微波放電等離子體有更高的電子溫度,可在更低的氣壓下工作,因此可以提供更高的電離度和離解度。
② 無(wú)污染。微波放電時(shí)沒(méi)有內(nèi)部電極,避免了電子材料濺射對(duì)等離子體造成的污染,可獲得純凈的等離子體,適合高純度物質(zhì)的制備和處理。
③ 激發(fā)范圍廣。微波等離子體的發(fā)射光譜比用其他方法對(duì)同種氣體放電時(shí)的譜帶更寬,且微波放電生成的激發(fā)態(tài)粒子的壽命更長(zhǎng)。
④ 便于控制。利用所謂的“空洞結(jié)構(gòu)”微波等離子體可被傳輸和控制在特定的空間;谝陨蟽(yōu)點(diǎn),微波等離子體在材料制備的應(yīng)用方面具有巨大潛力和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值,因此成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),近幾年有關(guān)用微波等離子體直接合成納米粉體的報(bào)導(dǎo)日漸增多。
利用等離子體技術(shù)制備納米材料促成了一系列的工藝革新和巨大的技術(shù)進(jìn)步,特別是在利用高頻、直流等離子體方面已完全可以滿足工業(yè)化的需要,同時(shí)微波等離子技術(shù)開(kāi)辟了等離子制粉的新領(lǐng)域。