АППАРАТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩЕГО ВЕЩЕСТВА

Предложение относится к физико-технологическим процессам получения фуллеренсодержащих материалов (ФСМ) путем термической переработки углерод содержащих материалов и композиционных смесей (УСМ).
В данных технологических процессах используют технические средства, содержащие источники высокотемпературного излучения, подключенные к силовому электрооборудованию, питающему реакционную рабочую камеру, полость которой соединена с источником инертного газа (Нe, Аг, Кг), вакуум-установку камера имеет анадно-катодную пару (или несколько таких пар), -соединена с бункером подачи исходного УСМ, оснащенным механизмом (дозатором) его подачи в рабочую камеру. ФСМ в таком аппарате получают за счет электродугового процесса переработки исходного УСМ [1. Богданов А., Дайнингер Д., Перспективы развития промышленных методов производства фуллеренов, ж.Техн. физика, 2000. т.70, вып.5, с.1-3; 2. US 5227038, 2993; 3. JP 50-009013, 1993; 4. RU 2184701, 2001; RU 90778, 2009; EU 2206500, С01В 31/02, 2003.]. Последнее из указанных технических решений является наиболее близким по технической сущности и достигаемому технологическому результату.
Обладая известным преимуществом перед аналогами, прототип также обладает и существенными недостатками, которые заключаются в низкой эффективности переработки УСМ в получаемый ФСМ за счет незначительной производительности конструкции рабочей реакционной камеры, не имеющей возможности оперативной смены режимов и операций переботки исходных различных УСМ (по химическому строению, содержанию и количествам подаваемых ингредиентов в композиционной смеси). Эти существенные и очевидные недостатки влияют на качество и физико-химические свойства получаемого ФСМ, понижая эти показатели.
Технической задачей и положительным технологическим результатом заявляемой конструкции аппарата для получения ФСМ являются достижение более высокой степени концентрации (мас.%) фуллеренов в перерабатываемом УСМ и получаемом ФСМ, также - повышение производительности аппарата для получения ФСМ и снижение энергозатра на этот процесс за счет более эффективной конструкции реакционной камеры аппарата для получения ФСМ (вещества).
Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что аппарат содержит рабочую камеру, источник инертного газа, силовое электрооборудование, анодно-катодную пару, вакуум-установку, бункер с исходным уСМ, механизм подачи его в полость рабочей камеры, при этом аппарат снабжен источником ионизированной среды, устройством наложения магнитных полей, оснащенным несколькими магнитными катушками, его анодно-катодная пара оснащена дополнительным анадным электродом, а катодный электрод выполнен в виде объемного тела вращения и оснащен приводом его поворота вокруг оси, при этом полость рабочей камеры соединена с емкостью осаждения продуктов переработки, имеющей несколько приемных окон(фракций).
В аппарате в качестве источника ионизированной среды использована проточная камера с вакуумно-дуговым электроразрядным узлом.
А устройство наложения магнитных полей имеет три магнитных катушки (обоймы), каждая из которых независима от других катушек.
4
2
5
При этом к источнику ионизированной среды дополнительно подключена емкость с углеродосодержащим газом (СН; СН и т.п.).
На чертеже показана принципиальная конструктивная схема описываемого аппарата для получения ФСМ, который содержит рабочую камеру 1 для переработки УСМ, источник 2 инертного газа, силовое эл. оборудование 3, анодно-катодную пару с анадом 4 и катодным электродом (катодом) 5, имеет дополнительный анодный электрод 6, работающим как стартовый электрод для образования вакуумно-дугового разряда с катодом 5; источник 7 ионизированной среды в виде проточной камеры (предкамера 1); содержит устройство наложения магнитных полей с магнитными катушками (обоймами): 8, 9 и 10; ось катода 5 имеет привод 11 (в виде электропривода или газовой турбины).
Камера 7 и 1 соединена с источником 12 углеродсодержащего газа (как указано ранее); камера 1 сообщена с емкостью 13 осаждения продуктов переработки (ФСМ), имеющей несколько (не менее трех) приемных окон, соединенных с патрубками (магистралями) 14, 15 и 16 камеры 1 аппарата, оснащенной магнитными отклоняющими обоймами 17 на торце корпуса 1 и обоймами 18 на патрубках 14, 15 и 16.
Работа аппарата для получения ФСМ осуществляется следующим образом. Камеру 1 аппарата оснащают указанным катодным материалом (электродом) 5 из УСМ, с помощью привода 11 задают вращение катода, от эл. силового оборудования 3 подают ток на катод и на дополнительный анод 6 (около 150-250 А), образуют эти вакуумно-дуговой разряд 5-6; подают ток на анод 4 и включают в работу электромагнитные катушки 8, 9 и 10 (одновременно), при этом за счет различных характеристик магнитных полей этих катушек вынуждают пятна вакуумно-дуговых разрядов пар анод-катод (4-5) перемещаться с большой скоростью (рыскать) по площади, длине и окружности этого катода (от 10 до 50 м/с), организуя его активный расход, а удаление продуктов возгонки катода 5 осуществляют подачей инертного газа 2 и работой магнитных обойм 17, ориентирующих потоки продуктов переработки в отводящие окна (патрубки 14, 15, 16 и далее в накопильные емкости 13. Для повышения эффективности использования теплового поля вокруг электрода 5 в полость 7 подают углеродосодержащий газ 12, углеродная составляющая которого также перерабатывается в фуллерен и отводится совместно с продуктами возгонки углеродосодержащего катода 5. Это позволяет повысить производительность рабочей камеры в 2,0-2,5 раза; позволяет вести более рациональное использование энергии, полости камеры и УСМ при одновременном уменьшении габаритов аппарата и его материалоемкости.