Установка для синтеза углеродного наноматериала

(51) МПК (2009) 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 Жданок Сергей Александрович Крауклис Андрей Владимирович Самцов Павел Петрович Самцов Петр Петрович Лозников Анатолий Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Установка для синтеза углеродного наноматериала, содержащая плазмохимический реактор, верхняя часть которого состоит из кварцевой трубки с катодом, подключенным к источнику энергии, и анодом с центральным отверстием, связанным с камерой осаждения,снабженной системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, а также систему газоснабжения, отличающаяся тем, что система автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала состоит из штока, связанного с приводом возвратно-поступательного движения, и скребкового устройства, установленного на штоке с 58422009.12.30 возможностью перемещения относительно него, причем скребковое устройство выполнено в виде конуса, а конус разделен на отдельные секторы, вершины которых подвижно связаны друг с другом, каждый из этих секторов оборудован кронштейном, опирающимся на шток, при этом шток в зоне контакта с кронштейном снабжен насадкой в форме обратного конуса. 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 найти применение при создании полимерных нанокомпозитов,используемых в машиностроении, приборостроении, химической промышленности, авиастроении, электронике, электротехнике и других отраслях народного хозяйства. Известна установка для синтеза углеродного наноматериала 1 (прототип), содержащая плазмохимический реактор, верхняя часть которого состоит из кварцевой трубки, в которой размещен катод, соединенный с источником энергии, и анод с центральным отверстием, связанный с камерой осаждения, а также элементы системы газоснабжения. Камера осаждения углеродного наноматериала снабжена системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, в виде шнека с электроприводом. Указанная установка работает следующим образом. В плазмохимический реактор, верхняя часть которого состоит из кварцевой трубки,через систему газоснабжения подается рабочая газовая смесь. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии. Далее происходит обработка рабочей газовой смеси плазмой высоковольтного разряда в зоне между катодом и анодом. После обработки разрядом высокотемпературная рабочая газовая смесь направляется в камеру осаждения через центральное отверстие анода. При взаимодействии рабочей газовой смеси с поверхностью камеры осаждения происходит образование углеродных наноматериалов, которые счищаются лопатками вращающегося шнека. Однако при счищении углеродного наноматериала со стенок камеры осаждения происходит быстрый износ шнека, поскольку образованный на стенках наноматериал, содержит многостенные углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна и частицы аморфного углерода, представляющие собой абразивный материал. Из-за образования зазора между стенкой камеры осаждения и шнеком ухудшается процесс счищения углеродного наноматериала, что приводит к необходимости замены шнека. Кроме того,увеличение износа происходит из-за того, что часть шнека постоянно находится и зоне высокой температуры. Требуется затрата времени на охлаждение и разборку-сборку установки, замену шнека, что приводит к снижению производительности. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности установки для синтеза углеродного наноматериала за счет повышения производительности и срока службы установки. Задача решается следующим образом. Известная установка для синтеза углеродного наноматериала, содержит плазмохимический реактор, верхняя часть которого состоит из кварцевой трубки с катодом, подключенным к источнику энергии, и анодом с центральным отверстием, связанным с камерой осаждения, а также систему газоснабжения. Камера осаждения снабжена системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала. Согласно предлагаемому техническому решению, система автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала состоит из штока, связанного с приводом воз 2 58422009.12.30 вратно-поступательного движения и скребкового устройства, установленного на штоке с возможностью перемещения относительно него, причем скребковое устройство выполнено в виде конуса, а конус разделен на отдельные секторы, вершины которых подвижно связаны друг с другом, каждый из этих секторов оборудован кронштейном, опирающимся на шток, при этом шток в зоне контакта с кронштейном снабжен насадкой в форме обратного конуса. Такая конструкция предлагаемой установки устраняет износ поверхности контакта скребкового устройства, а возможность возвратно-поступательного перемещения скребкового устройства обеспечивает его периодическое нахождение в зоне высокой температуры, что повышает производительность и срок службы установки для синтеза углеродного наноматериала. На фигуре показана схема общего вида предлагаемой установки. Предлагаемая установка для синтеза углеродного наноматериала содержит плазмохимический реактор, верхняя часть которого состоит из кварцевой трубки 1 с расположенным в ней катодом 2, связанным с источником энергии 3. В нижней части кварцевой трубки 1 расположен анод 4 с центральным отверстием, связанный с камерой осаждения 5. Система газоснабжения 6 обеспечивает подачу в кварцевую трубку 1 рабочей газовой смеси. Камера осаждения 5 снабжена системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, которая состоит из штока 7, связанного с приводом возвратнопоступательного движения 8 и конусного скребкового устройства 9, расположенного в верхней части штока 7, установленного с зазором между вершиной конуса скребкового устройства и верхним концом штока 7. Конусное скребковое устройство 9 разделено на отдельные секторы 10, подвижно скрепленные у вершин относительно друг друга. Каждый из секторов 10 оборудован кронштейном 11, опирающимся на шток 7. В зоне контакта кронштейнов 11 со штоком 7 шток 7 снабжен неподвижно установленной насадкой 12,выполненной в форме обратного конуса. Установка работает следующим образом. В кварцевую трубку 1 через систему газоснабжения 6 подают газовую смесь. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии 3. Далее происходит обработка рабочей газовой смеси плазмой высоковольтного разряда в зоне между катодом 2 и анодом 4. После обработки разрядом рабочая газовая смесь направляется в камеру осаждения 5 через центральное отверстие анода 4. При взаимодействии рабочей газовой смеси с поверхностью камеры осаждения 5 на внутренних стенках камеры осаждения 5 происходит образование углеродного наноматериала. После его осаждения на стенках камеры 5 включают привод возвратно-поступательного движения 8, который приводит в движение шток 7. При движении штока 7 вверх, проходя осевой зазор, он упирается в вершину конуса скребкового устройства 9, разделенного на отдельные секторы 10, вершины которых подвижно связаны друг с другом. При этом при движении штока 7 вверх кронштейны 11 выходят из контакта с поверхностью обратного конуса насадки 12, что обеспечивает одновременно отход секторов 10 от стенок камеры осаждения 5. При перемещении штока 7 вниз конусная часть насадки 12, пройдя осевой зазор, упирается в кронштейны 11 и раздвигает секторы 10 до упора их в стенки камеры осаждения 5. Оптимальное усилие поджатия секторов 10 к стенке камеры осаждения 5 обеспечивают подбором угла конусной части штока 7. При возвратно-поступательном движении штока 7 относительно стенок камеры осаждения 5 кронштейны 11 входят в контакт с наклонной поверхностью обратного конуса насадки 12, в результате чего возникает сила, прижимающая секторы 10 к стенкам камеры осаждения 5, создавая клиновое усилие прижима. При многократном повторении движения и контакта скребкового устройства со стенками камеры 5 возникает эффект самозатачивания секторов 9 скребкового устройства 9. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает не только устранение износа поверхности контакта скребкового устройства со стенкой камеры осаждения, но и возникновение эф 3 58422009.12.30 фекта их самозатачивания, а его периодическое нахождение в зоне высокой температуры исключает его подгорание, что повышает производительность и срок службы установки для синтеза углеродного наноматериала. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4