實驗2　氫電弧等離子體法制備納米粉體

—、實驗目的

（1）了解氫電弧等離子體法制備納米粉體的實驗原理。

（2）掌握氫電弧等離子體法制備納米鐵粒子的制備過程。

（3）了解實驗中對實驗結果影響的各因素，并對實驗結果會進行表征分析。

二、實驗原理

之所以被稱為氫電弧等離子體法，主要是由于在制備工藝中使用氫氣作為工作氣體，可大幅度提高產量。其原因歸結為氫原子化合為氫分子時放出大量的熱，產生強制性蒸發，使產量大大提高，而且氫的存在可以降低熔化金屬的表面張力而加速蒸發。合成機理為：含有氫氣的等離子體與金屬間產生電弧，使金屬熔融，電離的Ar和H₂溶入熔融金屬，然后釋放出來，在氣體中形成金屬的超微粒子，用離心收集器、過濾式收集器使微粒與氣體分離而獲得納米微粒。

三、實驗用品

實驗設備主要由6部分組成：真空室、真空泵、電焊機、冷卻系統、銅電極、鎢電極等。此外，其他輔助用品有：鐵塊、氬氣、鎢電極、氫氣。

四、實驗步驟 

（1）檢查實驗設備的氣密性，檢查循環冷卻系統是否暢通正常。

（2）打開機械泵，對真空室進行抽真空，達到較高的真空度，關閉真空計；關閉機械泵，并對機械泵放氣。

（3）打開氫氣和氬氣管道閥，控制適當比例，往真空室中充入低壓、純凈的氫氣和氬氣，然后關閉氫氣和氬氣管道閥，關閉氣瓶減壓閥及總閥。

（4）開通循環冷卻系統。 

（5）打開電源開關，引弧，調節電極的位置，調節工作電流，尋找最佳的生粉條件。

（6）制備過程中密切觀察真空室壓力表指針變化。若發現真空室內壓力明顯增加，要迅速查明原因，及時解決；同時，要注意觀察電極與鐵塊間的距離，防止短路和斷弧。

（7）制備結束后，關閉電源。待設備完全冷卻后，關閉循環冷卻系統。

（8）打開真空室，收集納米粉。

五、思考題

（1）納米粉體的粒度、粒徑與氣體的壓力、各個氣體的分壓有何關系？

（2）納米粉體的產量、粒子大小與電流、電壓有何關系？

參　考　文　獻

［1］　楊江海，張振忠，趙芳霞，王超，安少華. 直流電弧等離子體法制備鉍納米粉體. 中國有色金屬學報，2009，19（2）：334-338.

［2］　高建衛，張振忠，張少明. 直流氫電弧等離子體蒸發法制備Cu-Ni納米復合粉體. 鑄造技術，2005，26（4）：261-263.

　　（于立巖）