УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА

Предложение относится к техническим средствам и процессам технологий производства фуллеренсодержащих материалов методом возгонки углеродсодержащих материалов, предназначенных для использования в сложных композиционных системах: электроники, оптики, производства материалов для нанотехнологии.
В настоящее время известны несколько принципиальных направлений совершенствования технических средств для получения фуллеренсодержащих материалов, из которых наиболее представительными являются установки, содержащие агрегат для тепловой обработки исходного материала, канал подачи компонентов и канал отвода материала для последующей его обработки в среде жидкого реагента для выделения получаемого фуллеренсодержащего материала [US 5227038, 13.07.1993; RU 2205790, 10.04.2001; JP 10045407, 17.02.1998; W 603/038163, 30.10.2001].
Существенными и очевидными недостатками таких технических решений является однотипность камер возгонки исходных компонентов и использование для процесса возгонки одного материала и однотипной энергии за счет камер разрядного типа с тупиковой зоной накопления материала, что, как показала практика, ведет к низкой производительности и незначительной эффективности всего процесса.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка, содержащая рабочую реакционную камеру, устройство для регулирования температуры, узлы подвода электроэнергии, контейнеры с исходными компонентами, магистрали ввода компонентов и удаления получаемого материала [RU 2187456, С01В 31/00, 2002].
Обладая некоторым преимуществом перед аналогами, за счет модульной схемы подачи исходных компонентов и более эффективного использования энергии возгонки, эта установка имеет существенные недостатки: используется однотипная рабочая камера для обработки однородного компонента, при отсутствии в ее конструкции узлов и агрегатов для активации процессов обработки и повышения эффективности по удельному выходу готового продукта, что приводит к низкой эффективности технологии получения фуллеренсодержащих материалов.
Технической задачей и положительным результатом данного предложения является создание установки, позволяющей повысить удельный выход материала при снижении удельных энергозатрат и времени на процесс возгонки, обработки и фракционирования материалов с одновременным повышением современной технологической культуры этого процесса.
Указанная задача и эффективность достигается конструкцией разработанной оригинальной установки для получения фуллеренсодержащего материала, содержащей рабочую реакционную камеру, устройство для регулирования температуры, узлы подвода электроэнергии, контейнеры с исходными компонентами, магистрали ввода компонентов и удаления получаемого материала, при этом она дополнительно снабжена: агрегатами подачи сжатой газовой или аэрозольной среды, устройством фракционирования получаемого материала с узлами его обработки в магистрали удаления материала, приборами контроля состава и концентрации композиционной системы, при этом рабочая реакционная камера имеет два отдела, в каждый из которых введены патрубки для подачи исходных компонентов, эти камеры имеют теплорегулирующие рубашки, соединенные с источником хладагента или - теплоносителя, причем каждая камера оснащена излучателями высокотемпературного поля, электромагнитного и акустического полей.
Установка имеет магистраль и узлы обработки материала выполненные в виде токоподающих и энергоизлучающих пластин.
Установка использует в качестве приборов контроля хроматографы двух- или трехдетекторные с ультрафиолетовыми, инфракрасными и электрохимическими детекторами.
Установка для получения фуллеренсодержащего материала приведена на чертежах, где:
на фиг.1 показана конструкция установки в общем виде с сечением по оси;
на фиг.2 и фиг.3 приведены ее функциональная и технологическая схемы;
на фиг.4 - упрощенная блок-схема установки.
Установка содержит рабочую реакционную камеру 1, полость 2 которой имеет патрубок 3 для удаления композиционной массы, и соединена с контейнерами 4, 5, бункером 6, контейнерами 7 и 8, заполненными исходными материалами (компонентами); все указанные контейнеры, а также бункер имеют дозаторы 9 для регулирования количеств подаваемых компонентов в полость 2 камеры 1, оснащенной токоподающими пластинами и излучателями 10 высокотемпературного теплового поля от источника 11 и преобразователя 12; камера также оснащена излучателями 13 электромагнитного поля от источника 14 и преобразователя 15; кроме того, камера 1 оснащена излучателем 16 акустических волн в ультразвуковом диапазоне частот.
Рабочая реакционная камера имеет два отдела, второй ее отдел - 17 соединен с основной (первой) камерой патрубком 3 с сеткой 18 и дозатором 9; нижний патрубок (магистраль) 19 предназначен для отвода композиционной системы на дальнейшее фракционирование. Камера 17 снабжена валом 20 с приводом 21, на штоках 22 закреплены лопасти 23, ориентированные углами атаки в одну сторону, а лопасти 24, закрепленные на штоках 25, ориентированы углами атаки в противоположную сторону. Камера 17 также оснащена токоподающими пластинами и излучателями 10, и излучателями 13 аналогично камере 1.
Патрубки установки выполняют несколько функций, так патрубок 19 переходит в магистраль 26 для отвода материала на фракционирование, а патрубок 9 имеет два ввода: 27 и 28, по которым в камеру 17 подают дополнительные компоненты 29 и 30. Контроль состава и качества получаемой смеси и материала ведут с помощью прибора 31, детекторов 32, прибора 33 и детекторов 34, в качестве которых используют двух- или трехдетекторные хроматографы с ультрафиолетовыми, инфракрасными и электрохимическими детекторами.
Для регулирования температурного режима камеры имеют теплорегулирующие рубашки 35 и 36 для ввода или хладагента, или теплоносителя в зависимости от процессов.
Отвод полученного материала может вестись по нескольким магистралям: 26, 37, 38 для различных технологических целей, при этом в магистрали 19 материал подвергают дополнительной обработке физическими воздействиями от токоподающих пластин излучателей 39, 40, подавая инертный газ 41 от компрессора 42 (фиг.2); из магистрали 43 по каналам 44 материал подают или непосредственно на технологическую линию 45, или накапливают в контейнерах 46, 47, герметизируя его в среде инертного газа (Аr, Кr).
Работа установки, как она частично изложена, осуществляется следующим образом. Бункер 6 и контейнеры 4, 5, 7 и 8 заполняют исходными углеродсодержащими компонентами (гранулы, порошок, газ, аэрозоли), подают компоненты в реакционную камеру 1, создают высокотемпературное поле с помощью излучателей 10, производят возгонку компонентов; наложением электромагнитного и акустического полей активируют процесс фазового превращения; экспресс-анализом 33-34 контролируют процесс обработки компонентов и подают композиционную смесь в камеру 17, где ведут дополнительную обработку смеси; вводят дополнительные углеродсодержащие компоненты 29, 30, создают аэродинамические условия обработки, контролируют состав материала приборами 31, 32 и подают (фиг.2) на процесс дообработки и фракционного разделения в магистральной камере 43, из выходных патрубков 44 которой различные фракции фуллеренсодержащего материала подают в контейнеры 46, 47, или направляют эти материалы на технологическую линию 45.
Разработанная установка позволяет вести комплексную обработку одновременно разнородных материалов в едином технологическом процессе, который эффективно реализуется с помощью данной установки для получения фуллеренсодержащего материала, где отработаны все операции и режимы возгонки исходных материалов без остановок между отдельными рабочими камерами, - это позволяет получать более качественный материал, не подвергая его коагуляции или воздействию дополнительных реагентов, при соблюдении баланса энергий на возгонку, отвод и фракционирование получаемого материала.