实验2　氢电弧等离子体法制备纳米粉体

—、实验目的

（1）了解氢电弧等离子体法制备纳米粉体的实验原理。

（2）掌握氢电弧等离子体法制备纳米铁粒子的制备过程。

（3）了解实验中对实验结果影响的各因素，并对实验结果会进行表征分析。

二、实验原理

之所以被称为氢电弧等离子体法，主要是由于在制备工艺中使用氢气作为工作气体，可大幅度提高产量。其原因归结为氢原子化合为氢分子时放出大量的热，产生强制性蒸发，使产量大大提高，而且氢的存在可以降低熔化金属的表面张力而加速蒸发。合成机理为：含有氢气的等离子体与金属间产生电弧，使金属熔融，电离的Ar和H₂溶入熔融金属，然后释放出来，在气体中形成金属的超微粒子，用离心收集器、过滤式收集器使微粒与气体分离而获得纳米微粒。

三、实验用品

实验设备主要由6部分组成：真空室、真空泵、电焊机、冷却系统、铜电极、钨电极等。此外，其他辅助用品有：铁块、氩气、钨电极、氢气。

四、实验步骤 

（1）检查实验设备的气密性，检查循环冷却系统是否畅通正常。

（2）打开机械泵，对真空室进行抽真空，达到较高的真空度，关闭真空计；关闭机械泵，并对机械泵放气。

（3）打开氢气和氩气管道阀，控制适当比例，往真空室中充入低压、纯净的氢气和氩气，然后关闭氢气和氩气管道阀，关闭气瓶减压阀及总阀。

（4）开通循环冷却系统。 

（5）打开电源开关，引弧，调节电极的位置，调节工作电流，寻找最佳的生粉条件。

（6）制备过程中密切观察真空室压力表指针变化。若发现真空室内压力明显增加，要迅速查明原因，及时解决；同时，要注意观察电极与铁块间的距离，防止短路和断弧。

（7）制备结束后，关闭电源。待设备完全冷却后，关闭循环冷却系统。

（8）打开真空室，收集纳米粉。

五、思考题

（1）纳米粉体的粒度、粒径与气体的压力、各个气体的分压有何关系？

（2）纳米粉体的产量、粒子大小与电流、电压有何关系？

参　考　文　献

［1］　杨江海，张振忠，赵芳霞，王超，安少华. 直流电弧等离子体法制备铋纳米粉体. 中国有色金属学报，2009，19（2）：334-338.

［2］　高建卫，张振忠，张少明. 直流氢电弧等离子体蒸发法制备Cu-Ni纳米复合粉体. 铸造技术，2005，26（4）：261-263.

　　（于立岩）