Установка для получения фуллеренсодержащего материала

Авторы патента:

Предложение относится к физико-технологическим процессам получения фуллеренсодержащих материалов (ФСМ) путем переработки исходных - углеродсодержащих. Установка содержит основной реактор 1 и дополнительную реакционную камеру 2, предназначенных для эффективного процесса получения ФСМ. Реактор оснащен углеродсодержащим материалом 3 с механизмами 4 его подачи в полость реактора 1; магистраль отвода продуктов переработки оснащена несколькими затворами: 5, 6, 7 для удаления продуктов без разгерметизации реактора, который магистралью 8 соединен с реакционной камерой 2; магистраль оснащена ионизатором 10 в виде испаряемых электродов. Реактор 2 снабжен двумя плазмогенераторами 11 и электростатическим фильтром 12, также имеет патрубок 13 для отвода и удаления шлама из полости. Оба реактора соединены магистралью 14 посредством вакуум-насоса 15. Управление клапанами-затворами осуществляется с помощью программированного устройства 16.

Установка позволяет существенно активировать процесс получения ФСМ и их фракционирования в непрерывном замкнутом цикле переработки материалов.

Ил. - 5; Форм. - 3 п.

Предложение относится к техническим средствам и процессам технологий производства фуллеренсодержащих материалов методом возгонки углеродсодержащих материалов, предназначенных для использования в сложных композиционных системах: электроники, оптики, производства материалов для нанотехнологии.

В настоящее время известны несколько принципиальных направлений совершенствования технических средств для получения фуллеренсодержащих материалов, из которых наиболее представительными являются установки, содержащие агрегат для тепловой обработки исходного материала, канал подачи компонентов и канал отвода материала для последующей его обработки в среде жидкого реагента для выделения получаемого фуллерен-содержащего материала [US 5227038, 13.07.1993; RU 2205790, 10.04.2001; JP 10045407, 17.02.1998; W 603/038163, 30.10.2001].

Существенными и очевидными недостатками таких технических решений является однотипность камер возгонки исходных компонентов и использование для процесса возгонки одного материала и однотипной энергии за счет камер разрядного типа с тупиковой зоной накопления материала, что, как показала практика, ведет к низкой производительности и незначительной эффективности всего процесса.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка, содержащая рабочую реакционную камеру, устройство для регулирования температуры, узлы подвода электроэнергии, контейнеры с исходными компонентами, магистрали ввода компонентов и удаления получаемого материала [RU 2187456, С01В 31/00, 2002].

Обладая некоторым преимуществом перед аналогами, за счет модульной схемы подачи исходных компонентов и более эффективного использования энергии возгонки, эта установка имеет существенные недостатки: используется однотипная рабочая камера для обработки однородного компонента, при отсутствии в ее конструкции узлов и агрегатов для активации процессов обработки и повышения эффективности по удельному выходу готового продукта, что приводит к низкой эффективности технологии получения фуллерен-содержащих материалов.

Технической задачей и положительным результатом данного предложения является создание установки, позволяющей повысить удельный выход материала при снижении удельных энергозатрат и времени на процесс возгонки, обработки и фракционирования материалов с одновременным повышением современной технологической культуры этого процесса.

Указанная задача и эффективность достигается конструкцией разработанной оригинальной установки для получения фуллеренсодержащего материала, содержащей рабочую реакционную камеру, при этом установка ФСМ снабжена дополнительной реакционной камерой, выполненной в виде проточной плазмообразующей камеры, соединенной с основной реакционной камерой магистралью, имеющей несколько затворов и оснащенной ионизатором газоуглеродного потока, при этом дополнительная реакционная камера оснащена электростатическим фильтром отводимого материала.

Установка характеризуется тем, что магистраль сообщения обеих реакционных камер имеет вакуум-насос.

Установка характеризуется также тем, что дополнительная реакционная камера имеет патрубок для удаления шлама из ее полости.

На фиг.1 показана установка в общем виде,

на фиг.2 - агрегат с дополнительной камерой обработки материала;

на фиг.3, 4, 5 - детали установки на фиг.1.

Принципиальная конструкция установки содержит основной реактор 1 и дополнительную реакционную камеру 2, предназначенных для эффективного процесса получения ФСМ. Реактор оснащен углеродсодержащим материалом 3 с механизмами 4 его подачи в полость реактора 1; магистраль отвода продуктов переработки оснащена несколькими затворами: 5, 6, 7 для удаления продуктов без разгерметизации реактора, который магистралью 8, 9 соединен с реакционной камерой 2; магистраль оснащена ионизатором 10 в виде испаряемых электродов. Реактор 2 снабжен двумя плазмогенераторами 11 и электростатическим фильтром 12, также имеет патрубок 13 для отвода и удаления шлама из полости. Оба реактора соединены магистралью 14 посредством вакуум-насоса 15. Управление клапанами-затворами осуществляется с помощью программированного устройства 16.

Работа установки осуществляется следующим образом. В основной рабочей камере 1 ведут электротермическую переработку исходного углерод содержащего материала (УСМ) 3, подавая его в камеру с помощью механизмов 4 (фиг.1), перерабатываемый УСМ поступает по магистрали его отвода 8 и пропускается порциями последовательно сквозь затворы 5-6-7, предупреждая разгерметизацию полости камеры 1; управление затворами ведут в авторежиме с помощью устройства 16 (фиг.3, 4, 5) по схеме: «закрыто - открыто» сверху - вниз. Материал поступает далее в ионизатор 10 и в камеру 2, где он дополнительно обрабатывается плазмотронами 11; восходящим потоком инертного газа (Не, Аr) поднимается вверх и задерживается в электростатическом фильтре 12, газ отводится насосом 15 - снова в камеру 1, куда он первоначально подается от баллона (на чертеже не показан). Шлам из камеры 2 отводят через патрубок 13. Такая конструктивная и технологическая схема позволяет увеличить производительность установки на 23-30% и вести экономию электроэнергии на 18%.

Разработанная установка позволяет вести комплексную обработку одновременно разнородных материалов в едином технологическом процессе, который эффективно реализуется с помощью данной установки для получения фуллеренсодержащего материала, где отработаны все операции и режимы возгонки исходных материалов без остановок между отдельными рабочими камерами, - это позволяет получать более качественный материал, не подвергая его коагуляции или воздействию дополнительных реагентов, при соблюдении баланса энергий на возгонку, отвод и фракционирование получаемого материала.

1. Установка для получения фуллеренсодержащего материала, включающая реакционную камеру с механизмами подачи углеродсодержащего материала, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительной реакционной камерой, выполненной в виде проточной плазмообразующей камеры, соединенной с основной реакционной камерой магистралью, имеющей несколько затворов и оснащенной ионизатором газоуглеродного потока, при этом дополнительная реакционная камера оснащена электростатическим фильтром отводимого материала.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что магистраль сообщения обеих реакционных камер имеет вакуум-насос.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительная реакционная камера имеет патрубок для удаления шлама из ее полости.