专利名称：利用轴向注入等离子体喷枪生产纳米级粉末和微米级粉末的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用等离子体喷枪生产纳米级粉末和微米级粉末的 领域。
背景技术：
纳米级粉末是由直径为约1 ~ 100纳米(10-9111到107111)的颗粒组
成的粉末。由于纳米级粉末的独特性质如表面积更大和更易于成 形，并且由于成品的性能得到改善，因此在许多应用中，纳米级粉 末正在逐步替代常规粉末。纳米级粉末的一些流行应用为催化剂、 润滑剂、研磨剂、炸药、遮光剂和化妆品。微米级粉末是由直径为
约100纳米到10微米(1(T7111到10-5111)的颗粒组成的粉末。微米级粉 末包括直径为约IOO纳米到l微米(l(T"m到106111)的亚微米级粉末。 微米级粉末也有许多有用的流行应用。
目前有多种用来生产纳米级粉末的方法。目前用来生产金属氧 化物纳米级粉末的一种方法是机械化学加工，其中干磨在盐基体中 诱导形成纳米颗粒的化学反应。另一种方法涉及蒸气法，其中将材 料蒸发后快速冷凝以生成所需尺寸的颗粒。国际申请WO 03/097521、 WO 2004/052778 (US 2003/0143153)、 WO 2004/056461、 WO 03/097521和WO 02/086179乂〉开了等离子体喷射流用来生产纳 米级粉末的用途。现有方法的难度在于形成在冷凝过程中不团聚的 均匀小直径的颗粒。
Liao等的美国专利7，125，537中公开了 一种用等离子体喷枪生 产纳米级粉末的方法，包括向等离子体喷枪的等离子体汇聚段引 入固体前体，在该汇聚段中所述固体前体在与等离子体喷射流一起 喷出前汽化并氧化，通过涡流冷却气吹扫所述含有经汽化、氧化的 前体的等离子体喷射流而获得纳米级粉末。相关技术及与其相关的局限性的前述实例是示例性的而不是全 部。在看过本说明书并研究了附图后，相关技术的其他局限性对于 本领域技术人员来说将是明显的。
发明内容
结合示例性、说明性而非限制本发明范围的系统、工具和方法 来描述和说明下面的实施方案及其方面。在各实施方案中，上述问 题中的一个或更多个已得到緩解或消除，而其他实施方案涉及其他 改进。
本发明提供一种利用轴向注入等离子体喷枪生产粉末的方法和 系统，所述粉末包括微米级粉末和纳米级粉末。将液体前体雾化并 注入到等离子体中，在等离子体中其以受控的方式经历化学和物理 转变得到所需产物，然后收集该产物。
更特别地，本发明提供一种生产纳米级粉末或微米级粉末的方
法，所述方法包括i)提供包含汇聚室的轴向注入等离子体喷枪；ii) 向所述等离子体喷枪轴向输送液体前体；iii)在输送至所述汇聚室之 前雾化所述液体前体，从而在通过所述等离子体喷枪生成的等离子 体流中形成颗粒热流；iv)将所述颗粒热流引入室中；v)在骤冷位置 处向所述室中引入骤冷气体；vi)冷却所述颗粒热流并收集由此生成 的粉末。
本发明还提供一种生产纳米级粉末或微米级粉末的系统，所述 系统包含i)用于输送液体前体的进料装置；ii)包含汇聚室的轴向 注入等离子体喷枪；iii)雾化装置，其用于在输送至所述汇聚室之前 雾化所述液体前体，从而在通过所述喷枪生成的等离子体流中形成 颗粒热流；iv)用于所述颗粒热流与骤冷气体反应的室；v)用于在骤 冷位置处将所述骤冷气体引入至所述室的装置；和vi)用于收集由此 生成的纳米级粉末或微米级粉末的装置。
除上述示例性方面和实施方案外，通过参照附图和研究下面的 详细描述，其他方面和实施方案将变得明显。
下面的附图中示出示例性实施方案。本文中公开的实施方案和 附图应视作示例性而非限制性的。
图1为根据本发明构造的系统的示意图。
图2为根据本发明构造的系统的工艺流程图。
图3为可用于本发明中的雾化器的剖面图。
图4为根据本发明的反应室的平面图。
图5为图4所示反应室注入口的详细的剖面图。
图6为本发明中所用轴向注入等离子体喷枪的局部剖视图。
图7A为沿图6的A-A线示出轴向注入等离子体喷枪汇聚区背 面的剖面图。
图7A为沿图7A的B-B线轴向注入等离子体喷枪汇聚区的剖面图。
图7A为沿图6的C-C线示出轴向注入等离子体喷枪汇聚区正 面的剖面图。
图7D为轴向注入等离子体喷枪汇聚区的侧视图。
图8为根据本发明的反应室的第二个实施方案的平面图。
图9为图8所示反应室的第二个实施方案的分解平面图。
图IO为本发明中所用热罩的正视图。
图11为粉末收集系统的示意图。
图12为用于可用在本发明中的雾化器的另一变体的喷嘴的剖 面图。
图13为安装在液体输送装置中的图12喷嘴的剖面图。图14为安装在等离子体喷枪汇聚段中的图13雾化器的透视图。 图15为图14所示雾化器的剖面图。 图16为示出反应室中粉末和气体流动的示意图。 描述
在下面的整个描述中，将给出具体细节，以便为本领域技术人 员提供更彻底的理解。然而，为了避免不必要地模糊本公开，众所 周知的要素可能未示出或未进行详细描述。因此，所述描述和附图 在某种意义上应视为示例性的而非限制性的。
如图l示例性地示出的，本发明涉及纳米级粉末和微米级粉末 生产系统101,所述生产系统101包含液体前体注入系统128，以
盐溶液。液体前体注入系统128包含安装在轴向注入等离子体喷枪 140中的雾化器。所述生产系统还包含热罩160、室180、气体注入 法兰200、热罩骤冷系统220和粉末收集系统240。室180的直径 可为2英寸到36英寸，取决于待生产的粉末的尺寸。
如图2所示，液体原料保存在贮存容器H-lOl中。才艮据成品纳 米级粉末所需的特性，所述原料可以是基于水的或基于有机溶剂 的。合适的有机溶剂包括甲苯、煤油、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮 等。合适的原料包括金属盐的水溶液。无机金属硝酸盐、碳酸盐、 硫酸盐、硼酸盐、铝酸盐、磷酸盐等和有机醋酸盐、甲醇盐、乙醇 盐、草酸盐等的水溶液是合适的。也可使用有机金属化合物的非水 性溶液、硝酸铝的水溶液、三叔丁氧基铝的醇-水溶液、正丙氧基锆 的醇-水溶液以及硝酸钇和正丙氧基锆的醇-水溶液。溶液前体可包 括有机金属、聚合物和无机盐材料。优选的无机盐为硝酸盐、氯化 物和醋酸盐。液体原料例如可以是溶解的氧化锌、氧化铜、氧化铈、 氧化镁、氧化锆、氧化铝、氧化锆硅或任何可为纳米级粉末所需组 分的其他合适材料的溶液。由于所生产的纳米级粉末或微米级粉末 的粒径将取决于作为前体溶液的液体原料的浓度，因此溶液的浓度 不能过高，但是为了达到适当的粉末生产速率，浓度也不能过低。本发明优选用于生产用在具有纳米结构的燃料电池应用的热喷 涂中的纳米级粉末和微米级粉末。为此目的的前体液体原料为包含 金属硝酸盐的液体溶液、金属氯化物或其他金属卣化物溶液以及有 机金属混合物。所用的纳米颗粒溶液可包含纳米颗粒悬浮于其中的 基于醇或其他有机溶剂的溶液，如金属硝酸盐溶液。金属硝酸盐溶 液与氧反应生成金属氧化物陶资粉末。类似地，可使用基于金属氯 化物或其他金属卣化物的溶液，所述金属氯化物或其他金属卣化物 溶液与氧反应生成金属氧化物陶瓷纳米级粉末。
在图2所示的实施方案中，提供第二贮存容器H-102,其用于 供给水以与来自H-101的原料混合。根据所用雾化器的类型，可使 用高压液体输送泵P-101，以通过进料管线13将来自容器H-101流 经管线11和阀V-101的液体原料(其可与来自H-102流经管线12 受阀V-102控制的水混合)输送至溶液进料管线2，然后输送至雾化 器30(图3)。对于泵P-lOl，可使用离心泵、齿轮泵、隔膜泵、蠕动 泵和活塞泵。对于液压雾化器，优选其提供高于5000psi、至高 60000psi的压力和至少0.11/分钟、优选高达1.01/分钟的流量。合适 的蠕动泵为Instech Laboratories, Inc.的P720/66型。也可4吏用隔膜 泵，例如额定值为5000psi、最大流量为0.2dm"分钟的Nikkiso Hydroflo Series 1000。对于不需要高压泵的气动雾化器来i兌，为了 向雾化喷嘴输送前体/溶剂，用在约200-300psi下以非脉动方式运行 的泵替代隔膜泵来传送连续、均匀的气/液分散体。
由前体溶液生产粉末的生产速率取决于前体溶液的浓度和溶液 的进料量，如下式
P=MCV
其中P为粉末生产速率(单位为克/小时)，M为固体的分子量(单位
为克/摩尔)；C为溶液中固体的浓度(单位为摩尔/升)；V为溶液进 料量(单位为升/小时)。可接受的溶液浓度受所需固体颗粒尺寸和液 滴尺寸限制，如下式其中dp为固体颗粒尺寸(微米)，dd为最终液滴尺寸(微米)，p为固 体的密度(g/cm3)。因此，对于生产纳米级粉末，溶液浓度应远低于 l摩尔/升。在本工艺中，为了生产直径小于100nm的粉末，需要雾 化器以获得尺寸分布窄的小液滴。可使用超声、超临界、静电或喷 射雾化器。
图3示出用于雾化并将液体原料从进料管线2输送到轴向注入 喷枪140的进料管31中的雾化器30的一个实施方案。高压液体输 送泵P-101输送高压原料，以从直径为山、长度为L!的圆筒形喷孔 37产生液体原料高速喷射流。液体原料作为压缩的喷射流离开喷孔 37，并且由于与周围气体的碰撞力而崩解为小液滴。在喷孔37和 等离子体流之间提供长度为L2的室38，以避免雾化前的热分解。 吹入气体通过T-形连接器34的通道35供给，并流过进料管31和 进料管线2之间的外周间隙36，以避免液体在室38中溢流并在室 38中提供相对低温的环境。优选排出喷孔37的直径di为0.15~ 0.5mm。喷孔37具有扩散型出口 ，出口角大于15度。喷孔37的长 度"为其直径的5~15倍。喷孔37的进口边缘可成斜角或磨圓， 以便使流量系数增至与具有13到14度之间的几乎最佳角度的锥形 孔所对应的值。L2优选大于10mm，室38的直径(12大于2mm。吹 入气体的流量可为约51/分钟。
图12-15示出用于雾化并将液体原料从进料管线2输送到轴向 注入喷枪140的汇聚区中的雾化器203的第二实施方案。对于喷枪 140,可使用Hart Environmental Inc.以商标Ultimix 052H出售的 错流流动声雾化器。参考图12，雾化器喷嘴201具有带有中心通道 204的本体202，中心通道204从锥形进入室206到中心孔208至 扩散出口210逐渐变细。孔208的直径A为约0.052英寸。有多个 注入口 212自喷嘴的外部径向延伸至孔208。注入口 212的直径取 决于注入口的数量，当有4-100个这样的注入口时，直径为0.01英 寸到0.002英寸。如图13所示，外管214输送液体前体，内管216 输送雾化气至进入室206。盖218封闭外管214末端处的插件。谐 振器221通过产生后向反射压力波辅助雾化。所述谐振器由两到四 条挠性不锈钢腿222和中心塞224组成。图14和15示出安装在轴向注入喷枪140的汇聚段(图7中的附 图标记卯)中的图12所示的雾化器203。汇聚段卯具有三个用于等 离子体源的汇聚通道92和用于液体进料的轴向中心通道94。雾化 器203保持在中心通道94中。
作为替代方案，可使用超声雾化器，例如具有一个或多个压电 元件的2.4MHz超声雾化器。这样的雾化器产生平均直径为1.7微 米的水滴，或者当溶液具有较低的粘度和表面张力时产生更小的液 滴，并且雾化速率大于lml/分钟。对于高粉末生产速率，需使用多 个压电元件和高载气流量。合适的喷雾器有Sonar Ultrasonics of Farmingdale, New York制造的241和244型。当使用超声雾化器时， 不需要用于输送液体原料的高压泵。
轴向注入等离子体喷枪140优选为改型的Mettech Axial IIITM, 如图6和7所示，改型为用于接纳注入和雾化系统及进料管线31。 这类喷枪具有三个等离子体源83,所述等离子体源83通过汇聚段 卯(图7)汇聚于汇聚区或室85中的喷枪轴线上。也可使用具有一个 或两个等离子体源而将等离子体流导向轴向注入的原料周围的其 他轴向注入等离子体喷枪。将Mettech Axial 111顶喷枪按比例扩大 到喷嘴为9/16"、延伸并扩大以允许来自扩大的汇聚区的等离子体 压缩。
图7示出喷枪的汇聚段，其中汇聚角选择为20度，轴向进料通 道94的直径为3/8"。汇聚段90具有三个用于等离子体源83的汇 聚通道92和用于液体进料的轴向中心通道94。由于需要在轴向进 料通道94中接纳雾化器30，因此，如图7C所示，喷枪140改型用 以在中心通道94和汇聚通道92之间提供较宽的间隙。喷枪140的 喷嘴87可以比平常的更宽或更长，因此等离子体喷射流更慢，从 而增加粉末在等离子体喷射流中的停留时间。喷枪140的部件可由 石墨构成以减少喷枪内的热损失，以便在等离子体喷射流中保持较 高的能量。喷枪140安装在等离子体喷枪适配座42(图4)中，冷却 水通过水源9供给冷却板44、 46和排出口10。喷枪140的输出延 伸进反应室R-201中。
反应室R-201可由三个筒形和锥形的段50、 52、 54构成(图4)。各个段50、 52由具有内壁和外壁51、 53(图5)的空心钢筒形成，所 述空心钢筒形成筒隙57，通过该筒隙冷却水循环通过入水口 56和 出水口 58，从而形成冷却夹套。可提供用来监测各段温度的热电偶 口 60以及观察口 62。从而室R-201可装配有热电偶和压力传感器， 以监测和收集相关数据。段50具有连接至段52的法兰65的下法 兰64，段52具有连接至段54的法兰67的下法兰66。在法兰64、 65之间以及66、 67之间提供环形盘或冷却环70、 72,以提供用于 注入骤冷气体、空气或水和反应物的注入口 74。提供两种类型的冷 却环。每种均具有四个间隔90度的直接注入端口 76(图5),通过该 直接注入端口 76骤冷气体、空气或水可直接注入到等离子体流中。 第一种冷却环还提供有多个与径向相反以一定角度或成切线地进 入圆筒形段的端口 76,以便骤冷气体形成围绕热粉末流的气旋。第 二种冷却环具有切向注入端口 78，骤冷气体、空气或水可通过该切 向注入端口 78注入。端口 78传送躁冷气体至由环形法兰77形成 的同心通道75。然后，骤冷气体以环形气帘向下引导向壁51的表 面，由此阻止粉末在壁51上积聚。骤冷气体也可通过在与圆筒径 向成一定角度下切向调节端口 78的角度而成涡流。优选地，室R-201 涂覆有隔热涂层以减少热损失。
图8和9示出反应室R-201的第二个实施方案100。在此情况 下，其由四个段构成，所述四个段为圆筒形段102、 104、顶锥筒 106和底锥筒108，其中每一个均具有提供有水流的冷却夹套。顶 板110具有冷却板111和用于接纳喷枪140的中心通道112。顶板 110和圆筒102之间提供有冷却环114，圆筒102和圆筒104之间提 供有冷却环116。顶锥筒106和圓筒104之间提供有顶锥筒顶法兰 117，顶锥筒106和底锥筒108之间提供有顶锥筒底法兰118和底锥 筒底法兰119,底锥筒108的底部提供有底锥筒底法兰115。垫片 120在各法兰之间密封。根据所需的工艺参数，冷却环114、 116允 许骤冷材料或反应物注入到等离子体流中。水、空气、氮等可用于 骤冷。
图16示出粉末27在反应室180中的路径。纳米颗粒已在热軍 160中与等离子体气体或氧气反应，并且首先通过注入到空气或气 体法兰200中的骤冷空气23冷却，所述法兰200对应于图4中的盘70。骤冷空气23可如上所述通过端口 76以一定角度注入以引起 空气的气旋运动，也可成一定角度向下以在混合并冷却颗粒的同时 汇聚颗粒至出口 55。如上所述，通过端口 78注入的"漩涡气流"25 的气帘沿收集区的内壁流动以阻止粉末27在该段的壁上积聚，同 时还骤冷颗粒。段54的锥形将颗粒流导向出口 55。骤冷空气的涡 流使湍流和回流最小化。骤冷气体可为氩气或氮气或空气。
热罩160和220可安装在室R-201的顶部和底部，起到将热反 射回颗粒中并延长颗粒在等离子体喷射流中的停留时间的作用，以
便颗粒发生化学反应并形成均匀的形状。罩220在反应室的出口处 骤冷颗粒流。由于通向水冷热軍的初始热通量非常高，顶部热軍160 可辅助控制室180的温度，并且可根据应用而具有不同的长度。加 长热罩160可增加骤冷前颗粒在热流中的停留时间，以便强化化学 反应并增加颗粒的热量以形成均匀的颗粒形状。底部安装的热軍 220用来骤冷排出气和粉末。图10以截面视图示出热軍160的合适 设计。热軍160具有供气体在内圆筒86内流动的圓筒形中心通道 81。进水法兰80通过水漩涡84向在外圓筒88和内圆筒86之间的 间隙87中提供冷却水，冷却水从出水法兰82排出。内圓筒88由 耐热材料制成，如陶瓷、石墨、氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆、氧 化铝氧化锆、氧化钓稳定的氧化锆、鴒、钼和不锈钢。当内圆筒为 陶瓷或石墨时，用惰性气体作为冷却剂。当内圆筒为金属时，用水 作为冷却剂。
如图2所示，排出气可流过由流经盘管的水冷却的冷却室/换热 器E-201。也可在此阶段向输送管道中注入稀释气，以将所述气体 冷却至250X:以下。冷却气和粉末然后流向粉末收集段。可在99处 提供旋风分离器以开始分离过程。
粉末收集系统240可为干式的，例如袋过滤、静电分离、膜过 滤、旋风分离器、冲击过滤、离心分离、水力旋流器、热泳、磁分 离或其组合，或者粉末可在液体如水或油中收集。参见Chaklader 等的美国专利5,073,193和Pozarnsky的美国公开专利申请 20030116228。优选使用过滤筒或袋式集尘器，如袋式过滤器 FG-301。也可使用旋风分离器99来除去大的颗粒或杂质。旋风分离器具有筒体和锥体以及与收集箱相连的粉尘流道。进气在筒体周 围旋转。较重的颗粒被抛到旋风分离器壁上并且由于摩擦而使速度 减慢。旋风分离器底部的锥体使下降的空气变慢，以当颗粒在重力 作用下降落时保持所述颗粒贴靠在壁上。颗粒滑下并通过密封的粉 尘流道离开。在旋风分离器内被称作临界点的点处，旋转的洁净空 气反向、上升通过旋风分离器的中心，并通过旋风分离器出口离开。
也可使用液体收集来骤冷粉末和防止团聚。氧化物在干燥状态 下收集，而对氧敏感的材料则在潮湿环境中收集。室的设计可方便 这两种收集手段。如图11所示，多袋式过滤器也可与金属纤维绒毛 式过滤器和冷水联用。
关键工艺参数为i)等离子体喷枪的功率水平和气体流量以及气 体组成；ii)前体进料量和浓度；iii)雾化气流量；iv)室的温度；v)粉 末在等离子体中的停留时间；vi)骤冷手段。通过改变原料溶液的浓 度、原料溶液的进料量、雾化气流量、等离子体功率或电流和等离 子体气的组成，可改变流中所述颗粒的尺寸。通过改变骤冷气体的 速度、量、注入角(angle of incidence)和组成，也可改变流中所述颗 粒的尺寸。例如，釆用如下条件生产粒径为88nm的氧化钇稳定的 氧化锆(YSZ)纳米级粉末流量为250升/分钟含有70%氩气和30% 氮气的等离子体气、喷嘴为3/8"、等离子体喷枪中的电流为125安 培。前体的流量为50ml/分钟，2-流体雾化器在45psi下的空气流量 为80升/分钟。采用如下条件生产粒径为95nm的氧化钇稳定的氧 化锆(YSZ)纳米级粉末流量为250升/分钟含有70%氩气和30%氮 气的等离子体气、喷嘴为9/16"、等离子体喷枪中的电流为125安 培。前体的流量为150ml/分钟，2-流体雾化器在45psi下的空气流 量为80升/分钟。
纳米级粉末的尺寸和形状可通过控制骤冷前颗粒在等离子体流 中的停留时间而变化。停留时间决定颗粒温度冷却速率以及颗粒的 化学反应是否进行完全。 一种改变停留时间的方法是通过替换、增 加或移走热罩160及冷却环114和116选择它们的长度。停留时间 可通过加大喷枪140和骤冷点之间的距离而增加。停留时间可通过 缩短喷枪140和骤冷点之间的距离而缩短。参照图4，圆筒形段50或52的长度可根据发生骤冷的位置而变化。当段54为锥形时，段 50和52为圆筒形并可根据所需的反应和骤冷区的数量而构造多个 段。可在这些段之间在盘70或72处进行骤冷或注入反应物，也可 以在反应室的圆筒形段之间提供另外的环形盘。参照图8，根据所 需的停留时间，可在冷却环114、 116处进行骤冷或注入反应物，或 者可在段104和106之间增加第三冷却环，或者所增加的冷却环或 例如冷却环116可移到紧邻底锥筒106的上方的位置。停留时间还 受到等离子体喷枪的功率水平和气体消耗量以及前体进料量的影 响。
实施例
用图3所示的雾化器和如下参数进行试验，试验中使用YSZ (氧 化钇稳定的氧化锆)前体
前体流量4.8ml/分钟
前体浓度2.6M
等离子体参数
电流200A
流量150slpm
Ar (%) 0
N2 (%) 100
H2 (%) 0
生产的颗粒的粒径为6.6nm。
虽然上面已讨论了大量的示例性方面和实施方案，但本领域技 术人员会想到某些改变、替代、增加和其次组合。因此应将本发明 解释为包括本身在其真实范围内的所有这些改变、替代、增加和次 组合。
权利要求
1. 生产纳米级粉末或微米级粉末的方法，所述方法包括i)提供包含汇聚室的轴向注入等离子体喷枪；ii)向所述等离子体喷枪轴向输送液体前体；iii)在输送至所述汇聚室之前雾化所述液体前体，从而在通过所述喷枪生成的等离子体流中形成颗粒热流；iv)将所述颗粒热流引入室中；v)在骤冷位置处向所述室中引入骤冷气体或液体；vi)冷却所述颗粒热流，并收集由此生成的粉末。
2. 权利要求1的方法，其中所述骤冷气体或液体以与所述室的径向 成一定角度引入到所述室中，以便形成涡流。
3. 权利要求2的方法，其中所述骤冷气体或液体还引入为沿所述室 的壁的帘。
4. 权利要求1的方法，其中所述流中所述颗粒的颗粒温度冷却速率 通过在所述喷枪和所述骤冷位置之间提供热罩来改变。
5. 权利要求1的方法，其中所述骤冷气体或液体通过骤冷环引入所 述室中，并且所述流中所述颗粒的颗粒温度冷却速率通过增加或减 少另外的冷却环来改变。
6. 权利要求1的方法，其中骤冷前所述流中所述颗粒的颗粒温度冷 却速率通过改变所述喷枪和所述骤冷位置之间的距离来改变。
7. 权利要求1的方法，其中所述流中所述颗粒的停留时间通过在所 述喷枪和所述骤冷位置之间提供热罩来改变。
8. 权利要求1的方法，其中骤冷前所述流中所述颗粒的停留时间通 过改变所述喷枪和所述骤冷位置之间的距离来改变。
9. 权利要求1的方法，其中所述流中所述颗粒的尺寸通过改变选自 气体组成、气体流量和功率水平的喷枪参数来改变。
10. 权利要求l的方法，其中所述流中所述颗粒的尺寸通过改变选 自液体进料量和雾化气流量的雾化参数来改变。
11. 权利要求l的方法，其中所述流中所述颗粒的尺寸通过改变所 述骤冷气体的速度、量、注入角和组成来改变。
12. 权利要求l的方法，其中引入所述骤冷气体后所述颗粒热流的 所述冷却通过在输送过程中向所述热流中加冷却气流进行。
13. 权利要求l的方法，其中所述骤冷气体或液体选自空气、氩气、 氮气、二氧化碳或水。
14. 一种生产纳米级粉末或微米级粉末的系统，所述系统包含i) 用于输送液体前体的进料装置；ii) 包括汇聚室的轴向注入等离子体喷枪；iii) 雾化装置，其用于在将所述液体前体输送至所述汇聚室之 前雾化所述液体前体，从而在由所述喷枪生成的等离子体流中形成 颗粒热流；iv) 用于所述颗粒热流与骤冷气体反应的室；v) 用于在骤冷位置处将所述骤冷气体引入至所述室的装置；和vi) 用于收集由此生成的纳米级粉末或微米级粉末的装置。
15. 权利要求14的系统，其中所述室包含数量可变的室段。
16. 权利要求14的系统，其中用于将所述骤冷气体引入至所述室的 所述装置包含数量可变的气体引入法兰。
17. 权利要求14的系统，所述系统还包含在所述喷枪和所述骤冷位 置之间的热軍。
18. 权利要求17的系统，其中所述热罩包含i) 高熔点金属的内圆筒；ii) 外圆筒；和iii) 在所述内圆筒和外圆筒之间的间隙中提供的水流。
19. 权利要求17的系统，其中所述热罩包含i) 陶瓷或石墨的内圆筒；ii) 外圆筒；和iii)在所述内圆筒和外圆筒之间的间隙中提供的惰性气体流。
20. 权利要求18的系统，其中所述内圓筒由选自钨、钼和不锈钢的 材料制成。
21. 权利要求19的系统，其中所述内圆筒由选自石墨、氧化锆、氧 化钇稳定的氧化锆、氧化铝氧化锆和氧化钙稳定的氧化锆的材料制 成。
全文摘要
一种利用轴向注入等离子体喷枪生产粉末如微米级粉末和纳米级粉末的方法和系统。液体前体雾化并注入到所述等离子体喷枪的汇聚区中。随后将颗粒热流骤冷并收集所得粉末。
文档编号H01J37/317GK101437605SQ200780016591
公开日2009年5月20日 申请日期2007年3月29日 优先权日2006年3月29日
发明者尼基卡·博格达诺维奇, 艾伦·W·伯吉斯 申请人:西北美泰克公司