Лекция 5
9. Установка для генерирования и исследования импульсной плазмы (схема, назначение различных узлов, принцип действия).
10. Плазмохимический реактор для получения ультрадисперсных порошков ( назначение составных узлов, принцип действия).
К таким реакторам относится, например, аппарат для проведения высокотемпературных химических реакций с получением порошков высокочистых элементарных металлов IVb, Vb, Vlb групп Периодической таблицы: титана, вольфрама, молибдена и др., или их сплавов, а также галогенирования оксидов металлов, синтеза углеводородов: ацетилена, бензина и др. Аппарат включает плазменный генератор, генерирующий плазму посредством электрического разряда между катодом и анодом при протекании плазмообразующего газа - аргона или азота. Также в аппарате имеется расположенная ниже анода реакционная зона, куда поступает из генератора плазма, а также исходная газообразная реакционная смесь. В названной реакционной зоне протекает химическая реакция с образованием целевого продукта. Далее происходит извлечение чистого целевого продукта.
11. Влияние газообразной среды на процессы получения наноматериалов в плазмохимическом реакторе.
Размер и форма частиц зависят от температуры процесса, состава атмосферы и давления в реакционном пространстве. Например, в атмосфере гелия частицы имеют меньший размер, чем в атмосфере более плотного газа - аргона.
Плазмохимические порошки карбидов металлов, бора и кремния обычно получают взаимодействием хлоридов соответствующих элементов с водородом и метаном или другими углеводородами в аргоновой высокочастотной или дуговой плазме; нитриды получают взаимодействием хлоридов с аммиаком или смесью азота и водорода в низкотемпературной СВЧ - плазме.
Образование нанопорошков оксида алюминия с минимальным размером частиц (размером 10-30 нм) достигается при взаимодействии паров металла с кислородом воздуха в условиях интенсивного вдувания воздуха, за счет чего происходит быстрое снижение температуры. Интенсивное охлаждение не только тормозит рост частиц, но и увеличивает скорость образования зародышей конденсированной фазы. Плазмохимический синтез с окислением частиц алюминия в потоке кислородсодержащей плазмы приводит к образованию более крупных частиц оксида по сравнению с окислением предварительно полученного пара металла.
Например, ультрадисперсные порошки меди с размером частиц менее 100 нм и сравнительно узким распределением частиц по размеру получают восстановлением хлорида меди водородом в аргоновой электродуговой плазме с температурой до 1800 К.