УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Предложение относится к области элементоорганической химии, а именно, к физико-технологическим процессам получения композиционных наноматериалов на основе углеродных и кремниевых компонентов, предназначенных для использования в химической и электротехнической промышленностях.
Из современных технических средств, используемых в технологиях получения новых материалов, наиболее представительными являются установки, содержащие рабочую камеру для тепловой обработки исходного материала, источник электроэнергии и электроразрядный узел, емкости с исходными материалами и - приема обработанного материала, источник инертного газа и - хладагента; в качестве исходных материалов используются, в основном, углеродсодержащие компоненты [RU 2184701, С01В 31/02, 2000; RU 2206500, 2002; US 5227038, RU 88009, С08L 45/00, 2009].
Существенными и очевидными недостатками аналогов является несовершенная конструкция рабочей камеры, не оснащенной устройствами для обработки одновременно нескольких исходных компонентов Это не позволяет получать новые композиционные материалы и существенно ограничивает сферы использования установки, а попытка совмещения нескольких установок в одном процессе не приносит ожидаемого результата.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения термомодифицированного материала, содержащее реакционную камеру для высокотемпературной возгонки исходного углеродного компонента, источник высокотемпературной плазмы, бункер с исходным компонентом, контейнер приема полученного материала [RU 96855, С01В 31/00, 2010].
Существенным недостатком указанного прототипа является незначительная энерговооруженность установки, отсутствие установок для очистки полученного материала, что отражается на низкой производительности устройства и незначительной эффективности процесса получения материала.
Технической задачей и положительным результатом данного технического предложения является повышение энерговооруженности и эффективности принципиальной конструкции корпуса, рабочего оборудования и агрегатов.
Это позволяет увеличить производительность устройства и повысить эффективность процесса и качества получаемых новых композиционных материалов.
Указанная задача и технический результат достигается за счет того, что устройство для получения термомодифицированных материалов, содержащие реакционную камеру для высокотемпературной возгонки исходного углеродного компонента, источник высокотемпературной плазмы, бункер с исходным компонентом, контейнер приема полученного материала, характеризуется тем, что оно снабжено дополнительной реакционной камерой для возгонки кремневого компонента, имеющей свой источник высокотемпературной плазмы, бункеры с кремниевым компонентом, при этом устройство оснащено фильтрующими установками, камерой-смесителем указанных переработанных компонентов, соединенными последовательно с реакционными камерами.
Устройство характеризуется также тем, что одна фильтрующая установка оснащена электростатическим фильтром, а другая - барботажной камерой.
Устройство характеризуется также тем, что камера-смеситель оснащена многослойной микроячеистой сеткой, под которой расположен патрубок ввода нагретого инертного газа.
Устройство характеризуется также тем, что камера-смеситель соединена посредством дозаторов с фильтрующими установками.
На фиг.1 показан общий вид устройства для получения материала и его функциональная блок-схема;
на фиг.2 - процесс обработки полученного материала.
Устройство для получения термомодифицированных материалов имеет две реакционные камеры: камера 1 - для высокотемпературной возгонки углеродного компонента, камера 2 - для возгонки кремниевого компонента. Обе камеры соединены отдельно одна от другой с фильтрующими установками, соответственно, 3 и 4, которые сообщены с камерой-смесителем 5. Каждая камера: 1 и 2 оснащена источником высокотемпературной плазмы - плазмообразующим устройством 6, 7, а также бункерами 8 и 9, 10 и 11,заполненными исходными компонентами. Камеры имеют рубашки 12, 13 охлаждения для теплорегулирования корпуса камер. Каждый бункер имеет дозатор 14 для подачи компонента в полость камеры. Фильтрующая установка 3 сообщена с электростатическим фильтром 15 тонкой очистки аэрозоля. А фильтрующая установка 4 соединена с барботажной камерой 16 для доотделения пылевидных частиц. Смесительная камера 5 оснащена у днища микроячеистой многослойной сеткой 17, под которую подают нагретый инертный газ Ar для тонкого перемешивания поданных двух переработанных компонентов через дозаторы 18 и отвода смеси в контейнер 19 или - непосредственно в технологический процесс. Полученный материал обладает высокой активностью преобразования световых и тепловых излучений в электроэнергию при изготовлении свето-термоэлектрических батарей благодаря высокому КПД (35-42%) преобразования таких излучений изготовленными фотопреобразователями из этих материалов, оснащенных с одной стороны свето-теплоэлектропроводной пленкой, а с другой металлизированным полимерным слоем.
12
20
28
28
Работа устройства для получения термомодифицированных материалов осуществляется следующим образом. Производят запуск реакционных камер 1 и 2 включением плазмообразующих устройств 6 и 7; одновременно в камеру 1 подают углеродный компонент - из бункеров 8 и 9, а в камеру 2 подают кремниевый компонент - из бункеров 10 и 11, используя дозаторы 14 каждого бункера; при этом в бункерах 8 и 9 находятся, соответственно, компоненты C и C (чистый углерод и углеродную (фуллереновую) сажу), а в бункерах 10 и 11 - соответственно Si-кремний и порошок алюмосиликата в смеси с кристаллами Si (тонкость помола 0,05-0,01 мм)
4
2
4
4
4
эф.
эф.
Под воздействием высокотемпературной (10×6°C) плазмы в каждой реакционной камере вырабатывают наноструктурный материал (8-12 нм); каждый наноматериал, соответственно, подают в фильтрующие установки 3 и 4. Для тонкой очистки аэрозоль из установки 3 подают на электростатический фильтр 15, а аэрозоль из фильтра 4 подают в барботажную камеру 16. Оба материала подают в смесительную камеру 5, используя дозаторы 18, и подавая в нее Ar через сетку 17. Перемешивание с помощью газа (Ar) наиболее эффективно, т.к. используется физический метод взаимодействия наночастиц. Полученный термомодифицированный материал накапливают в контейнерах 19 и 20, а остаток газовой фазы отводят на фильтр 15 или в камеру 16. Этот материал может быть использован для получения светопреобразующих панелей, как высокоэффективный преобразователь световых излучений в электроэнергию. Эффективные показатели материала на 1 дм его площади: 4×10 мА, 7×10 мВ, 1,1×10 мВт. Такой эффективный материал получают благодаря повышенной энерговооруженности установки за счет двух плазмообразующих устройств и электрического фильтра. При одновременном получении двух компонентов увеличивается производительность данного устройства в 1,35-1,40 раза по сравнению с использованием двух различных устройств, при этом существенно повышается качество материала и - показатель эффективности К=1,56 при К=1,0 прототипа.