[发明专利]一种磁旋转弧等离子体制备纳米硅球、纳米硅线的方法

权利要求书

1.一种磁旋转弧等离子体制备纳米硅球的方法，其特征在于，包括步骤：

(1)将粒径30微米，纯度99.9％的硅粉作为原料装入送粉装置中；

(2)将流量为10m³/h氩气通入磁旋转电弧等离子体炬，置换炬内气氛后，引弧后在磁场强度为1T的磁场作用下，形成高速旋转的电弧等离子体，电弧功率100kW；

(3)开启送粉装置，送粉速率5kg/h，在载气为流量10m³/h的氩气输送下，穿过高速旋转的电弧等离子体区域，微米级硅粉熔融气化形成气态硅原子，电弧转速为5000转/s，高温区气体的平均温度为5000K；

(4)气态硅原子进入冷却室，冷却室进口和出口处各有一组喷嘴，在冷却室入口处喷嘴喷入氩气急速冷却，流量为40m³/h，生成纳米硅粉；

所述冷却室的直径为磁旋转电弧等离子体炬的2～5倍，外侧为水冷金属壁，内衬石墨、氮化硼陶瓷、刚玉中的一种或多种；

(5)纳米硅粉随氩气进入旋风分离除去大颗粒杂质后由布袋除尘器收集；气体通过尾气处理装置排空或循环使用；

收集的纳米硅粉为黄色纳米球型粉末，直径10～50nm。

2.一种磁旋转弧等离子体制备纳米硅线的方法，其特征在于，包括步骤：

(1)将粒径10微米，纯度99.9％的硅粉作为原料装入送粉装置中；

(2)将流量为90m³/h氦气通入磁旋转电弧等离子体炬，置换炬内气氛后，引弧后在磁场强度为2T的磁场作用下，形成高速旋转的电弧等离子体，待等离子体稳定后工作气体转换为体积比9:1的氦气/氢气混合气体，流量10m³/h，调节电弧功率200kW；

(3)开启送粉装置，送粉速率15kg/h，在载气为流量5m³/h的氦气输送下，穿过高速旋转的电弧等离子体区域，微米级硅粉熔融气化形成气态硅原子，电弧转速为6000转/s，高温区气体的平均温度为7000K；

(4)气态硅原子进入冷却室，冷却室内含4组喷嘴，每组喷嘴氦气流量200m³/h，生成纳米硅粉；

所述冷却室的直径为磁旋转电弧等离子体炬的2～5倍，外侧为水冷金属壁，内衬石墨、氮化硼陶瓷、刚玉中的一种或多种；

(5)纳米硅粉随气体进入旋风分离除去大颗粒杂质后由布袋除尘器收集；气体通过尾气处理装置排空或循环使用；

收集的纳米硅粉为黄色纳米硅线，直径10nm，长度1μm。

3.一种磁旋转弧等离子体制备纳米硅球的方法，其特征在于，包括步骤：

(1)将粒径20微米，纯度99.9％的硅粉作为原料装入送粉装置中；

(2)将流量为200m³/h氮气通入磁旋转电弧等离子体炬，置换炬内气氛后，引弧后在磁场强度为0.4T的磁场作用下，形成高速旋转的电弧等离子体，待等离子体稳定后工作气体转换为体积比4:1的氮气/氢气混合气体，流量500m³/h，调节电弧功率5MW；

(3)开启送粉装置，送粉速率500kg/h，在载气为流量300m³/h的氮气输送下，穿过高速旋转的电弧等离子体区域，微米级硅粉熔融气化形成气态硅原子，电弧转速为15000转/s，高温区气体的平均温度为3800K；

(4)气态硅原子进入冷却室，冷却室内含8组喷嘴，每组喷嘴氮气流量1000m³/h急速冷却后，生成纳米硅粉；

所述冷却室的直径为磁旋转电弧等离子体炬的2～5倍，外侧为水冷金属壁，内衬石墨、氮化硼陶瓷、刚玉中的一种或多种；

(5)纳米硅粉随氩气进入旋风分离除去大颗粒杂质后由布袋除尘器收集；气体通过尾气处理装置排空或循环使用；

收集的纳米硅粉为黄色纳米球型粉末，直径20～100nm。