Аппарат для получения фуллеренсодержащего вещества
Предложение относится к физико-технологическим процессам получения фуллерена путем переработки углеродсодержащих материалов (УСМ). Аппарат содержит камеру 1 переработки УСМ, источник 2 инертного газа, силовое электрооборудование 3, анодно-катодную пару с анодным 4 и катодным 5 электродами, анодный электрод 4 оснащен дополнительным электродом 6, выполняющим функцию стартового анодного электрода для образования начального пятна вакуумно-дугового разряда с катодом 5; источник 7 ионизированной среды; устройство наложения магнитного поля; магнитные катушки 8, 9 и 10, каждая из которых выполняет свою функцию, соответственно: создание стабилизирующего потока ионизированной среды, создание фокусировки потока, отклоняющее нелинейное поле для удаления шлака из получаемого фуллерена; в качестве исходного УСМ использован массивный катод 5, приводимый во вращение вокруг оси аппарата с помощью газовой турбины 11 при подаче инертного газа для процесса ионизации; дополнительно используют углеродсодержащий газ из баллона 12. Емкость 13 осаждения продуктов переработки имеет несколько приемных окон для фракционирования получаемого фуллеренсодержащего вещества. Ил. - 3; форм. - 4 п.
Предложение относится к физико-технологическим процессам получения фуллеренсодержащих материалов (ФСМ) путем термической переработки углерод содержащих материалов и композиционных смесей (УСМ).
В данных технологических процессах используют технические средства, содержащие источники высокотемпературного излучения, подключенные к силовому электрооборудованию, питающему реакционную рабочую камеру, полость которой соединена с источником инертного газа (Нe, Аг, Кг), вакуум-установку камера имеет анадно-катодную пару (или несколько таких пар), -соединена с бункером подачи исходного УСМ, оснащенным механизмом (дозатором) его подачи в рабочую камеру. ФСМ в таком аппарате получают за счет электродугового процесса переработки исходного УСМ [1. Богданов А., Дайнингер Д., Перспективы развития промышленных методов производства фуллеренов, ж.Техн. физика, 2000. т.70, вып.5, с.1-3; 2. US 5227038, 2993; 3. JP 50-009013, 1993; 4. RU 2184701, 2001; RU 90778, 2009; EU 2206500, С01В 31/02, 2003.]. Последнее из указанных технических решений является наиболее близким по технической сущности и достигаемому технологическому результату.
Обладая известным преимуществом перед аналогами, прототип также обладает и существенными недостатками, которые заключаются в низкой эффективности переработки УСМ в получаемый ФСМ за счет незначительной производительности конструкции рабочей реакционной камеры, не имеющей возможности оперативной смены режимов и операций переботки исходных различных УСМ (по химическому строению, содержанию и количествам подаваемых ингредиентов в композиционной смеси). Эти существенные и очевидные недостатки влияют на качество и физико-химические свойства получаемого ФСМ, понижая эти показатели.
Технической задачей и положительным технологическим результатом заявляемой конструкции аппарата для получения ФСМ являются достижение более высокой степени концентрации (мас.%) фуллеренов в перерабатываемом УСМ и получаемом ФСМ, также - повышение производительности аппарата для получения ФСМ и снижение энергозатра на этот процесс за счет более эффективной конструкции реакционной камеры аппарата для получения ФСМ (вещества).
Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что аппарат содержит рабочую камеру, источник инертного газа, силовое электрооборудование, анодно-катодную пару, вакуум-установку, бункер с исходным уСМ, механизм подачи его в полость рабочей камеры, при этом аппарат снабжен источником ионизированной среды, устройством наложения магнитных полей, оснащенным несколькими магнитными катушками, его анодно-катодная пара оснащена дополнительным анадным электродом, а катодный электрод выполнен в виде объемного тела вращения и оснащен приводом его поворота вокруг оси, при этом полость рабочей камеры соединена с емкостью осаждения продуктов переработки, имеющей несколько приемных окон(фракций).
В аппарате в качестве источника ионизированной среды использована проточная камера с вакуумно-дуговым электроразрядным узлом.
А устройство наложения магнитных полей имеет три магнитных катушки (обоймы), каждая из которых независима от других катушек.
При этом к источнику ионизированной среды дополнительно подключена емкость с углеродосодержащим газом (СН4 ; С2Н5 и т.п.).
На чертеже показана принципиальная конструктивная схема описываемого аппарата для получения ФСМ, который содержит рабочую камеру 1 для переработки УСМ, источник 2 инертного газа, силовое эл. оборудование 3, анодно-катодную пару с анадом 4 и катодным электродом (катодом) 5, имеет дополнительный анодный электрод 6, работающим как стартовый электрод для образования вакуумно-дугового разряда с катодом 5; источник 7 ионизированной среды в виде проточной камеры (предкамера 1); содержит устройство наложения магнитных полей с магнитными катушками (обоймами): 8, 9 и 10; ось катода 5 имеет привод 11 (в виде электропривода или газовой турбины).
Камера 7 и 1 соединена с источником 12 углеродсодержащего газа (как указано ранее); камера 1 сообщена с емкостью 13 осаждения продуктов переработки (ФСМ), имеющей несколько (не менее трех) приемных окон, соединенных с патрубками (магистралями) 14, 15 и 16 камеры 1 аппарата, оснащенной магнитными отклоняющими обоймами 17 на торце корпуса 1 и обоймами 18 на патрубках 14, 15 и 16.
Работа аппарата для получения ФСМ осуществляется следующим образом. Камеру 1 аппарата оснащают указанным катодным материалом (электродом) 5 из УСМ, с помощью привода 11 задают вращение катода, от эл. силового оборудования 3 подают ток на катод и на дополнительный анод 6 (около 150-250 А), образуют эти вакуумно-дуговой разряд 5-6; подают ток на анод 4 и включают в работу электромагнитные катушки 8, 9 и 10 (одновременно), при этом за счет различных характеристик магнитных полей этих катушек вынуждают пятна вакуумно-дуговых разрядов пар анод-катод (4-5) перемещаться с большой скоростью (рыскать) по площади, длине и окружности этого катода (от 10 до 50 м/с), организуя его активный расход, а удаление продуктов возгонки катода 5 осуществляют подачей инертного газа 2 и работой магнитных обойм 17, ориентирующих потоки продуктов переработки в отводящие окна (патрубки 14, 15, 16 и далее в накопильные емкости 13. Для повышения эффективности использования теплового поля вокруг электрода 5 в полость 7 подают углеродосодержащий газ 12, углеродная составляющая которого также перерабатывается в фуллерен и отводится совместно с продуктами возгонки углеродосодержащего катода 5. Это позволяет повысить производительность рабочей камеры в 2,0-2,5 раза; позволяет вести более рациональное использование энергии, полости камеры и УСМ при одновременном уменьшении габаритов аппарата и его материалоемкости.
1. Аппарат для получения фуллеренсодержащего вещества, содержащий рабочую камеру, источник инертного газа, силовое электрооборудование, анодно-катодную пару, вакуум-установку, бункер с исходным углеродсодержащим материалом, механизм его подачи в полость рабочей камеры, отличающийся тем, что он снабжен источником ионизированной среды, устройством наложения магнитных полей, оснащенным несколькими магнитными катушками, анодно-катодная пара снабжена дополнительным анодным электродом, а катодный электрод выполнен в виде объемного тела вращения и оснащен приводом поворота вокруг оси, при этом полость рабочей камеры соединена с емкостью осаждения продуктов переработки, имеющей несколько приемных окон.
2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника ионизированной среды использована проточная камера с вакуумно-дуговым электроразрядным узлом.
3. Аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство наложения магнитных полей имеет три магнитных катушки, каждая из которых независима от других катушек.
4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что к источнику ионизированной среды дополнительно подключена емкость с углеродсодержащим газом.
