專利名稱：：納米粉末的感應(yīng)等離子體合成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及使用感應(yīng)等離子體技術(shù)的納米粉末的等離子體合成。更具體地，但是不是專門地，本發(fā)明涉及通過感應(yīng)等離子體技術(shù)合成各種材料例如金屬、合金、陶瓷和復(fù)合物的納米粉末的工藝，使用有機(jī)金屬化合物、氯化物、溴化物、氟化物、碘化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽和碳酸鹽作為前驅(qū)體。
背景技術(shù)：
：近幾年，納米粉末的等離子體合成日益引人關(guān)注。研發(fā)了許多使用各種技術(shù)制備金屬、合金和陶瓷基納米粉末的工藝，所述技術(shù)包括等離子體放電、電弧放電、電爆炸、自蔓延高溫合成、燃燒合成、放電、噴射熱解、溶膠凝膠和才幾械摩擦。高溫等離子體工藝路線基于加熱反應(yīng)物前驅(qū)體(以固體、液體或氣體/氣體形式)至相對高的溫度、隨后如在"高強(qiáng)度湍流淬火技術(shù)"中的通過將反應(yīng)產(chǎn)物與冷氣體流混合或通過與在其上形成和沉積納米顆粒的冷面接觸而快速冷卻反應(yīng)產(chǎn)物的構(gòu)思。"高湍流氣體淬火區(qū)"的應(yīng)用先前分別由Boulos等在2005年3月25日和2002年12月6日提交的在U.S.20050217421和U.S.20030143153中描述。所有這些工藝的共同目標(biāo)是希望精密地控制顆粒形態(tài)、顆粒尺寸分布、和獲得的粉末的團(tuán)聚。但是，應(yīng)用傳統(tǒng)"冷面"凝聚技術(shù)的缺點是凝聚表面的性質(zhì)和溫度隨著凝聚的納米粉末層的增長而改變。2002年4月30日授予Celik等的美國專利第6,379,419號公開了精細(xì)和超精細(xì)粉末生產(chǎn)的基于轉(zhuǎn)移電弧熱等離子體的氣體凝聚法。該方法要求涉及間接冷卻步驟和直接冷卻步驟的凝聚過程。間接冷卻步驟涉及冷卻表面，而直徑凝聚步驟涉及直接將冷卻氣體注入到氣體上。使用冷卻表面的缺點是在凝聚表面上顆粒增長。已經(jīng)在理論上示出了通過控制初始?xì)怏w濃度和溫度、顆粒成核和生長滯留時間、和冷卻曲線，可以在一定程度上控制顆粒尺寸分布和結(jié)晶度。這在Okuyama等在AlChEJournal,1986,32(12)，2010-2019和Girshick等在Plasmachem.AndPlasmaProcessing,1989,9(3)，355畫369中示出。但是，這些參考文件未記載生產(chǎn)清晰界定的顆粒尺寸分布和形態(tài)的納米粉末的有效方法。仍需要顆粒形態(tài)、顆粒尺寸分布、和顆粒的團(tuán)聚容易受到控制并且容易上規(guī)模的制備納米粉末的改進(jìn)工藝。本發(fā)明試圖滿足這些和其它的要求。本發(fā)明參考了一些文獻(xiàn)，其整體內(nèi)容通過引用的方式引入于此。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及要求感應(yīng)等離子體設(shè)備的粉末的等離子體合成，所述設(shè)備包括感應(yīng)等離子槍和其中通過注入淬火氣體產(chǎn)生可更新"氣態(tài)冷鋒"并且在其上氣態(tài)反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物成核的淬火室。所述成核產(chǎn)生納米粉末，所述納米粉末迅速地通過移動的冷鋒傳輸?shù)绞占?。意外地發(fā)現(xiàn)為了成核(即凝聚)在納米粉末的形態(tài)和顆粒尺寸的優(yōu)異的控制。此外，可更新氣態(tài)冷鋒的使用提供了對于顆粒團(tuán)聚的精密控制。更具體地，廣而言之，本發(fā)明涉及合成納米粉末的工藝，其包括供給反應(yīng)物材料進(jìn)入等離子槍，在等離子槍中產(chǎn)生具有足夠高溫度的等離子體流從而產(chǎn)生所述材料的過熱氣體；通過等離子體流將氣體輸運(yùn)到淬火區(qū)；將冷淬氣體注入淬火區(qū)中的等離子體流從而形成可更新的氣態(tài)冷鋒；并且在可更新的氣態(tài)冷鋒和等離子體流之間的界面形成納米粉末。本發(fā)明還涉及一種合成納米粉末的設(shè)備，其包括等離子槍，等離子槍產(chǎn)生等離子體流并且在等離子體流中產(chǎn)生來自提供給等離子槍的反應(yīng)物材料的過熱氣體；和淬火室，淬火室安裝在所述等離子槍下游并且與等離子槍流體連接從而從等離子槍接收過熱氣體，淬火室被構(gòu)造成接收淬火氣體并且通過參考附圖，閱讀僅通過例舉給出的本發(fā)明的示例性實施例的非限制性描述，本發(fā)明的前述和其它的目標(biāo)、優(yōu)點和特征將變得更為顯見。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)等離子體組件的示意剖面立面圖；圖2是沒有反應(yīng)器部件的圖1的感應(yīng)等離子體組件的示意剖面立面圖；圖3是在圖1的感應(yīng)等離子體組件中溫度等高線的圖示，使用Ar/H2等離子體氣體[65kW;3MHz]，對于(3A)，淬火氣體(Ar)流量為400slpm,對于(3B)，淬火氣體(Ar)流量為800splm;圖4是圖1的感應(yīng)等離子體組件的流線圖，使用Ar/H2等離子體氣體[65kW;3MHz]，對于(4A)，淬火氣體(Ar)為流量400slpm,對于(4B)，淬火氣體(Ar)流量為800splm;圖5是示出沿感應(yīng)等離子槍/反應(yīng)器部的中心線的溫度分布(5A、5B)和圖1的的感應(yīng)等離子體組件的反應(yīng)器/淬火部內(nèi)在徑向的不同軸位置的溫度分布(5C、5D)的圖，使用Ar/H2等離子體氣體[65kW;3MHz],對于(5A)，淬火氣體(Ar)為流量400slpm,對于(5B)，淬火氣體(Ar)流量為800splm;圖6是示出在圖1的感應(yīng)等離子體組件的淬火部內(nèi)淬火氣體濃度的等高線的"氣態(tài)冷鋒"的圖，使用Ar/H2等離子體氣體[65kW;3MHz]，對于(6A)，淬火氣體(Ar)為流量400slpm,對于(6B)，淬火氣體(Ar)流量為800splm;圖7是示出在圖1的感應(yīng)等離子體組件的淬火部內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物冷卻速率的等高線圖(較暗的區(qū)代表在105至106K/s范圍的冷卻速率)，使用Ar/H2等離子體氣體[65kW;3MHz]，對于(7A)，淬火氣體(Ar)為流量400slpm，對于(7B)，淬火氣體(Ar)流量為800splm;圖8是示出使用圖1的感應(yīng)等離子體組件獲得的鋁納米粉末的顆粒尺寸分布的圖，使用Ar/H2等離子體氣體[65kW;3MHz];圖9是示出使用圖1的感應(yīng)等離子體組件獲得的鎳納米粉末的顆粒尺寸分布的圖，使用Ar/H2等離子體氣體[65kW;3MHz];圖IO是示出使用圖1的感應(yīng)等離子體組件獲得的鴒納米粉末的顆粒尺寸分布的圖，使用Ar/H2等離子體氣體[65kW;3MHz];圖ll是圖1的感應(yīng)等離子體組件的淬火部內(nèi)的淬火氣體流的圖示；圖12是示出通過根據(jù)本發(fā)明的工藝生產(chǎn)的納米鎳粉末的作為淬火氣體(Ar)流量的函數(shù)的平均顆粒尺寸(12A)和比表面積(12B);圖13是示出(從微米尺寸的銅粉末開始的)通過根據(jù)本發(fā)明的工藝生產(chǎn)的納米氧化鎳粉末的作為淬火氣體(Ar/02)流量的函數(shù)的平均顆粒尺寸(13A)和比表面積(13B);圖14是示出(從微米尺寸的銅粉末開始的)通過本發(fā)明的工藝生產(chǎn)的氧化銅納米粉末的顆粒尺寸分布的曲線圖(BET分別為23.08m々g(14A)和22.11m2/g(14B));圖15是是示出(從液體GeC14開始的)通過根據(jù)本發(fā)明的工藝生產(chǎn)的納米氧化鍺(Ge02)粉末的作為淬火氣體(Ar/02)流量的函數(shù)的平均顆粒尺寸(15A)和比表面積(15B)的曲線圖。具體實施方式為了提供對在本說明書中所使用的術(shù)語的清晰和一致的理解，下面提供了一些定義。此外，除非另外界定，在此使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同的含義。在權(quán)利要求和/和說明書中當(dāng)與術(shù)語"包括"一起使用時，冠詞的意思可以是"一"，但是也可以與"一或更多"、"至少一"、"一或多于一"一致。相似地，詞"另一"可以意指至少第二個或更多。如同在本說明書和權(quán)利要求中所使用的詞，"包括(comprise)"(及其任何形式，例如復(fù)數(shù)和單數(shù))、"具有"(及其任何形式，例如復(fù)數(shù)和單數(shù))、"包括(include)"(及其任何形式，例如復(fù)數(shù)和單數(shù))、"包含"(及其任何形式，例如復(fù)數(shù)和單數(shù))是包括的或開放的并且不排除附加的、未敘述的元件或工藝步驟。術(shù)語"大約"用于指示一個值包括用于確定該值的所采用的裝置或方法的誤差的固有變化。本發(fā)明涉及使用感應(yīng)等離子體技術(shù)的納米粉末的等離子體合成的新工藝，并且要求可更新的"氣態(tài)冷鋒"，例如用于快速淬火在等離子體流中存在的反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物的分層的"氣態(tài)冷鋒"。根據(jù)第一替代，氣態(tài)冷鋒可以在包括多孔金屬或陶瓷壁的淬火室中產(chǎn)生，通過多孔金屬或陶瓷壁均勻地注入冷淬氣體。根據(jù)第二替代，氣態(tài)冷鋒可以在包括穿孔的耐火壁的淬火室內(nèi)產(chǎn)生。圖1示出了通常由標(biāo)號10識別的感應(yīng)等離子體組件的示例性實施例。圖1.的感應(yīng)等離子體組件10包括由感應(yīng)耦合射頻(rf)等離子槍12構(gòu)成的上部，其中使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)，反應(yīng)物基本沿軸向引入等離子體槍12的供給上端并且分散到等離子體流的中心。安裝在淬火室16的反應(yīng)器14,固定在等離子槍12的下端，通常與等離子槍12和淬火室16之間的感應(yīng)等離子體組件10同軸。感應(yīng)等離子體組件IO還包括同軸安裝在淬火室16下端的收集室18。當(dāng)然，等離子槍12、反應(yīng)器14、淬火室16和收集室相互流體連接。使用當(dāng)受到高頻電磁場例如射頻電場的影響時將離子化的任何恰當(dāng)?shù)臍怏w產(chǎn)生等離子體。選擇恰當(dāng)?shù)臍怏w被認(rèn)為是在本領(lǐng)域中的專家的技能之內(nèi)。在2005年7月19日授予Boulos等的美國專利No.6,919,527中公開了合適的感應(yīng)耦合射頻(rf)等離子槍。其它本發(fā)明的工藝所關(guān)注的合適的等離子槍包括高性能感應(yīng)等離子槍，例如在1993年4月6日授予Boulos等的美國專利No.5,200，595中公開的等離子體槍。反應(yīng)物供給可以采用細(xì)小固體顆粒、液滴或氣體/氣態(tài)相的形式。在固體供給物的情形，反應(yīng)物進(jìn)入等離子體流時被熔化并氣化，形成過加熱到反應(yīng)溫度的氣云。在液體供給物的情形，等離子體上的熱負(fù)載基本限于加熱液滴至氣化溫度并且過加熱氣體至反應(yīng)溫度所需要的熱。在氣體供給物的情形，等離子體的熱負(fù)載基本限于過加熱氣體供給物至反應(yīng)溫度所需的熱。等離子體流沿軸向供應(yīng)該氣云至反應(yīng)器14，在反應(yīng)器14中可以進(jìn)一步與在氣體/氣態(tài)相中存在的其它組分混合。在本發(fā)明的實施例中，另一組分可以為例如氧的氧化劑、例如曱烷或乙炔的滲碳劑、或例如氨的硝化劑。當(dāng)然，其它組分可以與反應(yīng)物供給一起引入等離子槍12，或引入反應(yīng)器部14,或在淬火部16內(nèi)，使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的方法。等離子體流攜帶從等離子槍12出來的反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入與其液體連通的反應(yīng)器14。在本發(fā)明的實施例中，反應(yīng)器14可以是高溫石墨/耐熱材料襯墊的反應(yīng)器。選擇其它的合適的反應(yīng)器和反應(yīng)器配置被認(rèn)為是在本領(lǐng)域?qū)＜业募寄苤畠?nèi)。在供給物與其他組分混合一起引入等離子槍12的情形，反應(yīng)器14允許完成任何的反應(yīng)。作為替代，過熱的供給物以反應(yīng)溫度離開等離子槍12并且被等離子體流攜帶進(jìn)入反應(yīng)器14，在反應(yīng)器14中被混合并且與其1也纟且分反應(yīng)。在離開反應(yīng)器14時，反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物被攜帶進(jìn)入淬火室16。在本發(fā)明的實施例中，淬火室16可以包4舌多孔金屬或陶瓷壁部17,通過所述壁部注入冷淬氣體和/或反應(yīng)物。確定和選擇其它合適的淬火室配置被認(rèn)為是在本領(lǐng)域?qū)＜业募寄苤畠?nèi)。冷淬氣體的注入，無論與其它反應(yīng)物混合或不與其它反應(yīng)物混合，均產(chǎn)生移動的并且連續(xù)可更新的分層的"氣態(tài)冷鋒"，在所述冷鋒上凝聚氣態(tài)反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物。這樣的凝聚引起了反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物的成核，產(chǎn)生納米粉末。由于是在運(yùn)動之中，所以"氣態(tài)冷鋒"是可更新的；通過連續(xù)注入冷淬氣體并通過等離子體流的運(yùn)動給予所述運(yùn)動。反應(yīng)部(即等離子槍12和/或反應(yīng)器14)和淬火部(淬火室16)的物理分離提供了控制納米粉末形成的凝聚鋒的位置的更好的手段。氣態(tài)冷鋒進(jìn)一步在圖3、4、6和7中示出。在本發(fā)明的實施例中，氬被用作淬火氣體。確定和選擇其他合適的淬火氣體被認(rèn)為是在本領(lǐng)域的專家的技能之內(nèi)。氣態(tài)反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物受到的淬火速率取決于淬火氣體的溫度及其流量。淬火氣體的流量還影響在淬火室16內(nèi)的冷鋒位置，以及其中冷鋒與來自反應(yīng)器14并且包括反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物的等離子體氣體的熱流的相互作用。納米粉末在移動的冷鋒上被攜帶離開進(jìn)入收集室18。當(dāng)然，由于其與冷鋒的相互作用，在到達(dá)收集室18時等離子體氣體還將處于顯著的低溫。根據(jù)本粉末的工藝涉及可更新"氣態(tài)冷4奪"的概念作為控制生產(chǎn)的納米粉末的顆粒尺寸分布的有效手段。此外，由于納米粉末迅速排出，基本上在其形成時就通過包括等離子氣體和淬火氣體存在的氣態(tài)冷鋒而從淬火室16進(jìn)入收集室18，所以凝聚的納米顆粒團(tuán)聚的可能性顯著降低。此外，通過使用高量淬火氣體流量，可以保持產(chǎn)生的納米粉末以稀釋懸浮的形式從淬火室16排出到收集室18。另外，通過保持稀釋懸浮，基本消除了納米粉末在淬火室壁上的沉積和通過顆粒間碰撞產(chǎn)生的納米顆粒的團(tuán)聚。在圖3和4中分別對于400和800標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘(slpm)的淬火氣體流量示出在等離子槍12、反應(yīng)器14和淬火室16中所觀測到的典型溫度和流場。這些圖清楚地展示了在熱等離子體流上"氣態(tài)冷鋒"的收縮效應(yīng)。氣態(tài)冷鋒越強(qiáng)，收縮效應(yīng)越大。此外，從圖3和6中可以觀察到，淬火氣體流量的增加導(dǎo)致冷邊界層厚度的顯著增加和冷鋒向等離子體流的中心的冷鋒的逐漸位移。此外，冷邊界層厚度的增加伴隨著在冷鋒和等離子體流的界面上陡的溫度梯度的發(fā)展，在該界面上發(fā)生反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物的成核。盡管在這些圖中未示出，但是改變反應(yīng)器的長度，結(jié)合精密控制淬火氣體流量提供了在反應(yīng)器組件中控制冷鋒位置的切實的方法，以及因而提供了控制反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物受到快速冷卻的精確的運(yùn)動的切實的方法。在其中沒有反應(yīng)器14的情形，反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物在等離子槍12中氣化之后實質(zhì)上立即暴露于冷鋒。在圖3和4中示出的實施例中，等離子氣體由氬/氫混合物(80vol%/20vol%)構(gòu)成，而氣態(tài)冷4奪使用氬形成，其通過淬火室16的多孔金屬壁注入。在淬火室16中觀測到的典型的"氣態(tài)冷鋒"和相關(guān)的淬火氣體濃度等高線如在圖6中所示。此外，在圖7中示出了當(dāng)包括反應(yīng)產(chǎn)物的熱等離子氣體與氣態(tài)冷鋒碰撞時典型的反應(yīng)產(chǎn)物冷卻速率等高線。這些圖示出了基本均勻、可更新的移動冷氣體面，跨過該面反應(yīng)產(chǎn)物受到量級大約為大約105至大約106K/s的高冷卻速率。這樣的氣態(tài)冷鋒允許在與熱等離子體氣體的界面10中示出了代表的實例。本發(fā)明的工藝提供了緊湊、可規(guī)?；筒僮骱啽愕念~外的優(yōu)點。此外，反應(yīng)器組件10可以根據(jù)需要和要生產(chǎn)的納米粉末的類型而容易地改進(jìn)。在根據(jù)本發(fā)明的工藝中，可以使用氣體、液體或固體前驅(qū)體，所生產(chǎn)的納米粉末可以與前驅(qū)體具有相同或不同的化學(xué)成份。在其中生產(chǎn)的納米粉末具有相同的化學(xué)成份的情形，工藝限于產(chǎn)生納米粉末的供給物的氣化和凝聚。在其中生產(chǎn)的納米粉末具有不同的化學(xué)組成的情形，供給物與第二反應(yīng)物反應(yīng)，第二反應(yīng)物既可以在等離子槍12中注入或可以在反應(yīng)器14中引入。作為替代，淬火氣體可以與氣化的供給物反應(yīng)，在這種情形淬火氣體具有雙重功能。如同在圖2中所示出的，可以去除反應(yīng)器14使得包括氣態(tài)反應(yīng)物或作為替代的氣體反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物的等離子體供給物被直接帶到淬火室16中。如果供給物材料要化學(xué)改性，其非限制性實例是氧化，則需要反應(yīng)器的存在。根據(jù)所生產(chǎn)的納米粉末的類型而選擇合適的反應(yīng)器組件被認(rèn)為是在本領(lǐng)域的專家的4支能之內(nèi)。實驗下面提供了一些實例，示出使用感應(yīng)等離子體技術(shù)在一些金屬和陶瓷納米粉末的合成中可更新分層的氣態(tài)冷鋒的效率。使用固體前驅(qū)體的納米粉末的合成使用50mm內(nèi)徑的感應(yīng)等離子^r以3MHz的振蕩頻率，65kW的等離子板功率，和大約500Torr的反應(yīng)器壓力產(chǎn)生氬/氫感應(yīng)等離子體流。以微米尺寸金屬粉末的形式的不同的金屬，沿軸向注入的等離子體放電的中心并且被氣化。當(dāng)從反應(yīng)器中出來包括氣化的金屬的熱等離子體氣體時，所述熱等離子氣體被通過穿過淬火室的多孔壁注入的氬而產(chǎn)生的氣態(tài)冷鋒攔截。熱等離子體氣體與氣態(tài)冷鋒的交互作用引起熱等離子體氣體/氣態(tài)冷鋒界面上的成核現(xiàn)象，導(dǎo)致具有清晰界定的顆粒尺寸分布的納米粉末的形成。連續(xù)移動的氣態(tài)冷鋒，現(xiàn)在也由冷卻的等離子體氣體構(gòu)成，迅速將納米粉末排出到收集室，在收集室內(nèi)納米粉末可以收集在標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)的金屬或布過濾元件上。在以下的表l中總結(jié)了對于鋁、鎳和鴒粉末獲得的實驗結(jié)果。還提供了涉及等離子體板功率、前驅(qū)體供給速率、淬火氣體流量、收集的納米粉末的物理特性，例如其比表面積(使用BET法測量)和顆粒平均尺寸。比表面積以收集的粉末的m2/g的形式表示。收集的粉末的平均顆粒直徑可以被計算，假設(shè)具有等同的表面面積對體積比例的球形顆粒形狀。在圖8-10中分別示出了使用MalvernMastersizerTM儀器的光散射分析所獲得的顆粒尺寸分布。表l使用本發(fā)明的工藝所獲得的金屬納米粉末的實例<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>使用液體前驅(qū)體的納米粉末合成如同在圖15和在下面的表2中所示出的，根據(jù)本發(fā)明的工藝適于使用液體供給物的納米粉末的合成。液態(tài)四氯化鍺(GeCU,b.p尸83。C)通過Masterflex泵送入氧氣等離子體。液體被氣化和氧化。產(chǎn)生的氧化鍺(Ge〇2)氣體通過產(chǎn)生"氣態(tài)冷鋒"的冷淬氣體流的注入而被凝聚為納米粉末。在圖15中出現(xiàn)的工藝可以用下列反應(yīng)表示GeCl4(l)+02(g)—Ge02(s)+2Cl2(g)表2:從GeCl4(1)開始產(chǎn)生Ge02(g)的工藝參數(shù)的實例<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>*等離子功率65kW;等離子體鞘18Ar+8202(slpm);等離子體中心:30Ar(slpm);注入探針SA953;原子化氣體802(slpm);反應(yīng)器壓力80kPa。使用氣體前驅(qū)體的納米粉末的.合成本發(fā)明的工藝也適于使用氣體供給物的納米粉末的合成，例如由下列反應(yīng)所示出的4BCl3(g)+CH4(g)+4H2—B4C(s)+12HCl(g)應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不僅限于上述構(gòu)造和部件細(xì)節(jié)的應(yīng)用。本發(fā)明可以有其他實施例且可以以各種方式實施。還應(yīng)當(dāng)理解在此使用的措詞和術(shù)語是描述性而非限制性的。因而盡管本發(fā)明通過其示意實施例如前所述，然而本發(fā)明可以在不偏離所附權(quán)利要求中所界定的本發(fā)明的精神、范圍和本質(zhì)的前提下，進(jìn)行各種改進(jìn)。權(quán)利要求1.一種合成納米粉末的工藝，包括a)供給反應(yīng)材料進(jìn)入等離子槍，在所述等離子槍中產(chǎn)生具有足夠高溫度的等離子體流從而產(chǎn)生所述材料的過熱氣體；b)通過所述等離子體流將所述氣體輸運(yùn)到淬火區(qū)；c)在所述淬火區(qū)將冷淬氣體注入所述等離子體流從而形成可更新的氣態(tài)冷鋒；并且d)在所述可更新的氣態(tài)冷鋒和等離子體流之間的界面形成納米粉末。2.根據(jù)權(quán)利要求l的工藝，還包括在收集區(qū)收集納米粉末。3.根據(jù)權(quán)利要求2的工藝，其中所述氣態(tài)冷鋒對所述等離子體流施加收縮效應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求3的工藝，其中所述收縮效應(yīng)與淬火氣體流量成正比。5.根據(jù)權(quán)利要求4的工藝，包括通過在所述淬火區(qū)的壁部的多個開口而在所述淬火區(qū)中注入所述冷淬氣體。6.根據(jù)權(quán)利要求5的工藝，其中所述多個開口界定多孔壁部。7.根據(jù)權(quán)利要求5的工藝，其中所述多個開口界定開槽的壁部。8.根據(jù)權(quán)利要求5的工藝，其中所述多個開口界定穿孔壁部。9.根據(jù)權(quán)利要求5、6、7或8任一項的工藝，其中所述淬火區(qū)是淬火室。10.根據(jù)權(quán)利要求l的工藝，其中所述反應(yīng)材料選自由固體、液體和氣體供給物組成的組。11.根據(jù)權(quán)利要求l的工藝，其中所述過熱氣體處于可以與所述等離子體流和/或淬火氣體反應(yīng)的反應(yīng)溫度。12.根據(jù)權(quán)利要求10的工藝，其中所述反應(yīng)材料選自由金屬、合金、有機(jī)金屬化合物、氯化物、溴化物、氟化物、碘化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、碳酸鹽、氧化物和復(fù)合物組成的組。13.根據(jù)權(quán)利要求l的工藝，還包括e)在所述等離子體流中供給第二反應(yīng)材料；并且學(xué)成份不同的納米粉末。14.根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，包括將所述第二反應(yīng)材料注入所述等離子槍。15.根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，包括將所述第二反應(yīng)材料注入所述等離子槍和淬火區(qū)之間的反應(yīng)器。16.根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其中所述第二反應(yīng)材料為淬火氣體。17.—種合成納米粉末的設(shè)備，包括a)等離子槍，產(chǎn)生等離子體流并且在所述等離子體流中從提供給所述等離子槍的反應(yīng)材料生產(chǎn)過熱氣體。b)淬火室，安裝在所述等離子槍下游并且與所述等離子槍流體連接從而從所述等離子槍接收過熱氣體，所述淬火室被構(gòu)造為接收淬火氣體并且從所述淬火氣體產(chǎn)生可更新氣態(tài)冷鋒從而快速冷卻所述過熱氣體，產(chǎn)生納米粉末。18.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，還包括收集納米粉末的收集室。19.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述氣態(tài)冷鋒對所述等離子體流施加收縮效應(yīng)。20.根據(jù)權(quán)利要求19的設(shè)備，其中所述收縮效應(yīng)與淬火氣體流量成正比。21.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述淬火室包括具有多個開孔的壁部，用于在所述淬火室中注入所述淬火氣體。22.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中所述壁部是多孔壁部。23.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中所述壁部是開槽壁部。24.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中所述壁部是穿孔壁部。25.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述反應(yīng)材料選自由固體、液體和氣體供給物組成的組。26.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述過熱氣體處于可以與所述等離子體流和/或淬火氣體反應(yīng)的反應(yīng)溫度。27.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述反應(yīng)材料選自由金屬、合金、有機(jī)金屬化合物、氯化物、溴化物、氟化物、硪化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、碳酸鹽、氧化物和復(fù)合物組成的組。28.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，還包括將第二反應(yīng)材料供給到所述等離子體流中的裝置；和學(xué)成份不同的納米粉末的裝置。29.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，包括將所述第二反應(yīng)材料注入所述等離子槍的裝置。30.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，包括將所述第二反應(yīng)材料注入所述等離子槍和淬火區(qū)之間的反應(yīng)器的裝置。31.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其中所述第二反應(yīng)材料為淬火氣體。32.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，還包括反應(yīng)器，將所述反應(yīng)材料與第二反應(yīng)材料反應(yīng)，所述反應(yīng)器與所述等離子槍和淬火室流體連接，并且所述反應(yīng)器布置在所述等離子槍和淬火室之間。全文摘要呈現(xiàn)了一種合成納米粉末的工藝及設(shè)備。具體地，公開了一種通過感應(yīng)等離子體技術(shù)合成各種材料，例如金屬、合金、陶瓷和復(fù)合物的納米粉末的工藝，使用有機(jī)金屬化合物、氯化物、溴化物、氟化物、碘化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、碳酸鹽作為前驅(qū)體。所述工藝包括供給反應(yīng)材料進(jìn)入等離子槍，在該等離子槍中產(chǎn)生具有足夠高溫度的等離子體流從而產(chǎn)生所述材料的過熱氣體；通過所述等離子體流將所述氣體輸運(yùn)到淬火區(qū)；在所述淬火區(qū)將冷淬氣體注入所述等離子體流從而形成可更新的氣態(tài)冷鋒；并且在所述可更新的氣態(tài)冷鋒和等離子體流之間的界面形成納米粉末。文檔編號B01J2/04GK101160166SQ200680007396公開日2008年4月9日申請日期2006年1月27日優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日發(fā)明者杰齊·朱雷威茨,郭家銀,馬厄·I·鮑洛斯申請人:泰克納等離子系統(tǒng)公司