User:Jochen.altenberend/感应等离子体

感应等离子体又称电感耦合等离子体，是一种由电磁感应产生的高温等离子体。磁场在气体中感应出电流并将其加热到10,000开尔文。电感等离子体技术应用于粉末球化、纳米材料合成和等离子体风洞等领域。该技术通过感应等离子炬应用，该等离子体体炬由三个基本元件组成：感应线圈、约束室和火炬头或气体分配器。与直流等离子体炬相比，该技术的主要优点是没有电极，而电极是需要定期更换并容易将污染物引入等离子体中。

粉末球化

许多不同的工业领域都需要高度球形化的粉末，例如增材制造、粉末冶金、电子封装和医用粉末。所研究的球形粉末的优点是：

一.   改善流动性

二.   增加封装密度

三.   在粉末床工艺中具有更好的铺展性

粉末球化是飞行中熔化的过程。将不规则形状的粉末前体引入感应等离子体中，每个颗粒分别熔化。液滴在表面张力的作用下变成球形。当这些液滴从等离子体焰流中掉出时，这些液滴将被冷却并凝固成球形颗粒。由于该工艺不使用任何电极或坩埚，因此可以保持非常高的粉末纯度。感应等离子体系统可将该技术用于实验室和工业规模。

使用感应等离子体球化，已经成功地将各种陶瓷、金属和金属合金球化。由于等离子体的高温，即使是熔化温度非常高的材料也可以被球化。以下是一些以商业规模球化化的典型材料。

·       氧化物陶瓷：SiO2、ZrO2、YSZ、Al2TiO5、玻璃

·       非氧化物：WC、WC–Co、CaF2、TiN

·       金属：Re、Ta、Mo、W

·       合金：Cr-Fe-C、Re-Mo、Re-W、高熵合金

与气体雾化相比，粉末球化的优势在于：

-       高收率（球化粉末具有与前驱体粉末相同的粒度分布）

-       材料种类繁多（几乎所有陶瓷和金属）

-       高纯度（无电极或坩埚污染）

-       由于球形度的提高和在某些情况下氧含量的降低，可以回收使用过的粉末

-       球形度高，孔隙率低，无卫星

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  片状互锁铼粉末在感应等离子体球化处理后变成致密的独立球体
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  经感应等离子体（空气等离子体）球化后的SiO2粉末，产量15~20 kg/h

纳米材料合成

纳米材料合成工业技术面临的挑战是生产率、质量可控性和可负担性。感应等离子体技术实现了前驱体的飞行蒸发，并且由于10000开尔文的热等离子体是可以气化沸点非常高的材料。在各种气氛下操作允许合成各种纳米粉末，纳米颗粒的核心和表面的化学成分得到很好的控制。该技术可用于实验室和工业规模。与替代技术相比，用于纳米粉末合成的感应等离子体具有许多优点，例如高纯度、高灵活性、易于放大、易于操作和过程控制。

在纳米合成过程中，材料首先在感应等离子体中加热蒸发，随后蒸汽在淬火/反应区进行非常快速的淬灭。淬火气体可以是惰性气体，如Ar和_{N 2}，也可以是反应性气体，如CH4和NH3，这取决于要合成的纳米粉末的类型。产生的纳米粉末通常由多孔过滤器收集，多孔过滤器安装在远离等离子体反应器部分的地方。由于金属粉末的高反应性，在从过滤器中收集合成粉末之前，应特别注意粉末钝化。

感应等离子体系统已成功用于纳米粉末的合成。所生产的纳米颗粒的典型尺寸范围为20至100nm，具体取决于所采用的淬灭条件。生产率从20 g/h到3~4 kg/h不等，具体取决于材料的物理性质和等离子体的功率水平。工业应用的典型感应等离子体纳米合成系统如下所示。包括在这种设备上合成的一些纳米颗粒的照片。

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  通过感应等离子体处理制备的纳米颗粒的一些样品
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  用于纳米粉末合成的感应等离子体装置