Конденсация из газовой фазы

51
Поскольку в плазме и жидкое, и твердое сырье переходит в газообразное 
состояние, то все эти три способа можно отнести к методам конденсации из 
газовой фазы. 
Рассмотрим подробнее сущность протекающих физико-химических 
процессов и свойства получаемых при этом продуктов для каждого из 
указанных методов. 
2.1.1.1. Переработка газообразных соединений в плазме 
Метод включает следующие процессы: 
1) генерацию плазмы 
2) введение сырья в плазму 
3) нагрев сырья 
4) химическую реакцию 
5) образование и рост частиц. 
Последовательность этих процессов показана на рис. 16. 
Рис. 16. Схема процесса переработки газообразного сырья: I — зона 
смешения; II — зона химической реакции; III — зона зародышеобразования и 
роста частиц; IV — зона охлаждения; 1 — плазмотрон; 2 — реактор. Здесь и 
далее Q — отводимая теплота 

52
Сырье вводят в плазмотрон, где происходит смешение сырья с плазмой и 
нагрев до очень высоких температур (2000-2300К). Далее происходит 
взаимодействие компонентов сырья, затем образование частиц порошка 
продукта из газовой фазы. Последний процесс происходит или при 
осаждении частиц на стенках аппаратуры (конденсация на поверхности), или 
за счет появления и роста зародышей, возникающих самопроизвольно в 
результате флуктуаций плотности (конденсация в объеме вещества).
Следующие далее процессы укрупнения частиц могут идти двумя 
путями. Один из них представляет перенос вещества от мелких частиц к 
более крупным (изотермическая перегонка по Кельвину-Гегузину), т.е. 
мелкие частицы постепенно испаряются (уменьшаются), а крупные растут. 
Второй путь, более характерный для плазмохимических процессов, 
заключается в слипании частиц – коагуляции.
В результате в порошке возникают крупные спекшиеся агломераты. Так 
как целью метода является получение нанопорошков, то развитие процессов 
укрупнения нежелательно. Чтобы избежать укрупнения, применяют быстрое 
охлаждение реакционной смеси – закалку, которая приводит к резкому 
увеличению пересыщения, что, в свою очередь, приводит к увеличению 
количества зародышей новой фазы, замедлению их роста и укрупнения. С 
той же целью в плазмохимический реактор вводят холодные газы, при этом 
происходит одновременно и закалка и разбавление продуктов реакции. 
Свойства некоторых веществ, полученных этим путем, представлены в 
табл.1. 
Таблица 1. Свойства некоторых порошков, полученных переработкой 
газообразных веществ в плазме 
Синтезируемое 
вещество 
Исходное сырье Размер частиц 
продукта, нм 
Удельная поверхность 
продукта, м
2
/г 
TiN TiCl
4
, NH
3
10-50 
10-95 

53
TiC 
Si
3
N
4
ZrO
2
TiCl
4
, CH
4
SiCl
4
, NH
3
ZrCl
4
10-150 
30-40 
60-90 
8,7 
6,0 
- 
Основные достоинства метода таковы: 
1) 
химические реакции протекают в газовой фазе при очень высоких 
температурах, что обуславливает их большую скорость, а следовательно, 
высокую производительность реактора; 
2) продукты получаются в результате конденсации тугоплавких 
соединений из газовой фазы и представляют собой нанопорошки высокой 
чистоты, так как в ходе реакции сырье не соприкасается со стенками 
реактора, что обуславливает низкое содержание посторонних примесей; 
3) метод позволяет смешением исходных паров получать твердые 
растворы и осуществлять легирование продуктов микропримесями других 
веществ. 
К недостаткам метода можно отнести: 
1) высокую коррозионную активность летучих соединений; 
2) высокую адсорбционную способность наночастиц (в результате 
которой на их поверхности адсорбируются исходные газообразные 
вещества); 
3) необходимость 
применения 
дорогостоящего 
оборудования 
(плазмотрон). 

жүктеу/скачать 2.32 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: