Установка для синтеза углеродного наноматериала

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ СИНТЕЗА УГЛЕРОДНОГО НАНОМАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Крауклис Андрей Владимирович Самцов Птр Петрович Лозников Анатолий Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Установка для синтеза углеродного наноматериала, содержащая плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки, внутри которой помещен катод, подключенный к источнику энергии, и анод, связанный с камерой осаждения углеродного наноматериала,выполненной в виде цилиндрического корпуса с ограничительными фланцами на его торцах, внутри которого размещена система автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, связанная с емкостью для его сбора, а также систему газоснабжения и систему охлаждения отработанного газового потока, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность цилиндрического корпуса камеры осаждения снабжена съемным металлическим вкладышем, торцы которого зафиксированы в кольцевых канавках, выполненных в ограничительных фланцах корпуса, причем съемный металлический вкладыш установлен с зазором между его торцами и внутренней поверхностью канавки. 55572009.10.30 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндрический вкладыш выполнен из листового металла.(56) 1. Патент РБ 3178, МПК 27 3/00, 2006. Предлагаемое техническое решение относится к области изготовления и обработки наноструктур, в частности к установкам для получения углеродных наноматериалов, содержащих многостенные углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна и частицы нанографита, и может быть использовано для получения полимерных нанокомпозитов,используемых в машиностроении, приборостроении, химической промышленности, авиастроении, электронике, электротехнике и других отраслях народного хозяйства. Известна установка для синтеза углеродного наноматериала 1 (прототип). Установка содержит плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки, в которой помещен катод, подключенный к источнику энергии, и анод, связанный посредством патрубка с камерой осаждения углеродного наноматериала. Камера осаждения представляет собой цилиндрический корпус с ограничительными фланцами на его торцах и связана с емкостью для сбора наработанного углеродного наноматериала. Через один из фланцев внутрь камеры осаждения введена система автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, представленная шнеком, связанным с электродвигателем. Установка включает также систему газоснабжения и систему охлаждения отработанного газового потока. Указанная установка работает следующим образом. В кварцевую трубку подают газовую смесь через систему газоснабжения. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии. Обработка газовой смеси,происходит в зоне между катодом и анодом плазмой высоковольтного разряда. После обработки разрядом рабочую газовую смесь подают в камеру осаждения. В результате взаимодействия рабочей газовой смеси с металлом поверхности камеры осаждения происходит образование углеродного наноматериала, который счищают лопатками вращающегося шнека и подают в емкость для сбора полученного углеродного наноматериала. Отработанная газовая смесь выходит из реактора, поступает в систему охлаждения отработанного газового потока и выбрасывается в атмосферу. Однако в процессе образования углеродного наноматериала на поверхности камеры осаждения, выполненной из металла, происходит отрыв частичек металла от поверхности и включение их в структуру нанотрубок. В полученном углеродном наноматериале содержится около 5 металла. При длительной эксплуатации установки в процессе наработки и очистки углеродного наноматериала с поверхности камеры осаждения лопатками вращающегося шнека происходит унос металла, вошедшего в структуру наноматериала,что приводит к увеличению зазора между лопатками шнека и корпусом камеры осаждения. Таким образом, возникает необходимость замены камеры осаждения, уменьшается эффективность процесса получения углеродного наноматериала. Задачей полезной модели является повышение эффективности процесса получения углеродного наноматериала путем увеличения срока службы камеры осаждения. Задача решается следующим образом. Известная установка для синтеза углеродного наноматериала содержит плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки,внутри которой помещен катод, подключенный к источнику энергии, и анод, связанный с камерой осаждения углеродного наноматериала, выполненной в виде цилиндрического корпуса с ограничительными фланцами на его торцах, внутри которого размещена система автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, связанная с емкостью для его сбора, а также систему газоснабжения и систему охлаждения отработанного газового потока. Согласно предлагаемому техническому решению внутренняя поверхность 2 55572009.10.30 цилиндрического корпуса камеры осаждения снабжена съемным металлическим вкладышем, торцы которого зафиксированы в кольцевых канавках, выполненных в ограничительных фланцах корпуса, причем съемный металлический вкладыш установлен с зазором между его торцами и внутренней поверхностью канавки. Кроме того, съемный металлический вкладыш может быть выполнен из листового металла. Так как существует потребность их частой замены, необходима быстрая и простая технология изготовления таких вкладышей, что обеспечивает изготовление вкладышей из листвой стали. Таким образом, наличие съемного металлического вкладыша в камере осаждения,фиксируемого канавками, выполненными в ограничительных фланцах на его торцах, позволяет компенсировать его тепловое удлинение за счет зазора между фиксируемым вкладышем и внутренней поверхностью канавки в процессе выхода установки на рабочий режим, что увеличивает срок службы установки, и повышает эффективность ее работы. На фиг. 1 показана схема общего вида предлагаемой установки. На фиг. 2 показана фиксация металлического вкладыша в канавке, выполненной в ограничительном фланце камеры осаждения. Установка содержит плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки 1, в верхней части которой размещен катод 2, который подключен к источнику энергии 3. В нижней части кварцевой трубки 1 расположен анод 4, имеющий форму диска с центральным отверстием, связанный с камерой осаждения 5 углеродного наноматериала посредством переходного патрубка 6, а также элементы системы газоснабжения 7. На внутренней поверхности цилиндрического корпуса камеры осаждения 5 установлен съемный металлический вкладыш 8, торцы которого фиксируются кольцевыми канавками 9, выполненными в ограничительных фланцах 10. Причем съемный металлический вкладыш 8 установлен с зазором между ним и внутренней поверхностью канавки 9. Съемный металлический вкладыш 8 может быть выполнен также из листового металла, что обеспечивает простоту и дешевизну его изготовления. Система автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала включает шнек 11, связанный с валом электродвигателя 12 и емкость 13 для сбора углеродного наноматериала. Охлаждение отработанного газового потока осуществляется системой охлаждения 14. Установка работает следующим образом. В кварцевую трубку 1 плазмохимического реактора через систему газоснабжения 7 подают газовую смесь. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии 3. В зоне между катодом 2 и анодом 4 происходит обработка газовой смеси плазмой высоковольтного разряда. После этого рабочая газовая смесь поступает в цилиндрический корпус камеры осаждения 5, где в результате взаимодействия рабочей газовой смеси с металлом поверхности съемного металлического вкладыша 8, происходит образование углеродного наноматериала. Полученный углеродный наноматериал счищается лопатками вращающегося шнека 11, вращение которого обеспечивает электродвигатель 12,и поступает далее в емкость 13 для его сбора. Съемный металлический вкладыш 8 фиксируется кольцевыми канавками 9, выполненными во фланцах 10, которые центрируют вкладыш 8, причем последний установлен с зазором между его торцами и внутренней поверхностью канавки 9, что компенсирует его тепловое удлинение в процессе выхода установки на рабочий режим. Отработанная газовая смесь выходит из камеры осаждения 5 углеродного наноматериала и поступает в систему охлаждения 14 отработанного газового потока. При длительной эксплуатации установки в процессе наработки и очистки углеродного наноматериала с поверхности съемного металлического вкладыша 8 вращающимся шнеком 11 происходит унос металла с этой поверхности. Перемещение металлических частиц в структуру наноматериала приводит к увеличению зазора между шнеком 11 и поверхностью вкладыша 8, уменьшающего эффективность процесса, и требует своевременной замены вкладыша 8. 3 55572009.10.30 Таким образом, своевременная замена съемного металлического вкладыша в камере осаждения приводит к увеличению срока службы установки и повышению эффективности процесса получения углеродного наноматериала. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4