專利名稱：電極裝置與應(yīng)用該電極裝置的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電弧法合成碳材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電弧法合成碳材料時 的電極裝置及應(yīng)用該電極裝置的一種反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)及一種反應(yīng)氣氛控制方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，電弧放電法是目前制備富勒烯最普遍且產(chǎn)率最高的方法。通常是以 石墨棒為陰極，以石墨棒或金屬復合石墨棒為陽極，在電弧放電的同時制備富勒烯和金屬 富勒烯。電弧放電通常是在氦氣氣氛下進行的，氦氣入口通常在進行放電合成的合成爐 (或稱電弧爐)的爐體上。目前氦氣多是國外進口，因而價格高昂，每瓶氦氣價格在2000 元以上。按氣氛的引入方式，電弧放電通常分為靜態(tài)和動態(tài)兩種，靜態(tài)放電通常是將合成 爐抽真空，到一定真空度時，充入氬氣，重復數(shù)次，將空氣完全除去，之后再抽真空后充入氦 氣，達到一定壓力后，電弧放電合成富勒烯。動態(tài)方法是將空氣除去后，充入氦氣到一個大 氣壓，打開爐體上的出氣口。保持一定的氦氣流量，在氦氣流動的同時電弧放電，制備富勒 火布。這兩種方法都有其本身的缺陷。靜態(tài)方法時，隨著電弧放電反應(yīng)的進行，合成爐中 的氣氛變得越來越復雜，會生成大量的有機物或其它不明物質(zhì)，氣氛的改變嚴重降低了富 勒烯及金屬富勒烯的產(chǎn)率。而動態(tài)法時，氦氣一直處于流動狀態(tài)，完成相同的放電量，所用 氦氣量是靜態(tài)方法的十倍以上，因此增加了富勒烯的制備成本。另外，在富勒烯的制備時，有時需要引入其它反應(yīng)氣氛，例如制備含氮金屬富勒烯 時，可以引入氨氣，所以需要在靜態(tài)下進行，且需要控制氨氣與惰性氣體的比例。隨著電弧 放電的進行，這種混合氣氛必然發(fā)生變化，特別是電弧放電區(qū)，氨氣量大幅度下降，而外圍 的氨氣無法及時供應(yīng)于電弧放電區(qū)，因而降低了含氮金屬富勒烯的產(chǎn)率。因此，需要開發(fā)一種反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)及控制方法，解決上述問題。另外，在需要對合成爐的反應(yīng)氣氛進行控制時，有時也需對合成爐內(nèi)的壓力進行 控制，本申請人的申請?zhí)枮?01020173910. 7的實用新型申請(以下簡稱申請1)，提出了一 種具有壓力控制單元的真空壓力控制器，其結(jié)構(gòu)簡單、便于制造、維護方便、成本低廉且具 有防爆功能的真空壓力控制器。也為進行氣氛控制提供了更好的條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的首先在于提供一種能夠?qū)⒎磻?yīng)氣氛定向?qū)腚娀》烹妳^(qū)的電極裝 置，以解決現(xiàn)有技術(shù)的電弧放電區(qū)附近氣氛復雜、反應(yīng)氣氛得不到有效利用、生產(chǎn)成本高的 技術(shù)問題。本發(fā)明的目的還在于提供一種能夠有效控制與調(diào)節(jié)電弧放電區(qū)的反應(yīng)氣氛、提高 碳材料產(chǎn)量并節(jié)約成本的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的電弧放電區(qū)附近氣氛復 雜、反應(yīng)氣氛得不到有效利用、生產(chǎn)成本較高的技術(shù)問題。
本發(fā)明的目的也在于提供一種能夠有效控制與調(diào)節(jié)電弧放電區(qū)的反應(yīng)氣氛、提高 碳材料產(chǎn)量并節(jié)約成本的反應(yīng)氣氛控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的電弧放電區(qū)附近氣氛復 雜、反應(yīng)氣氛得不到有效利用、生產(chǎn)成本較高的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種電極裝置，用于碳材料的電弧法合成工藝，所述電極裝置包括電極殼體， 所述殼體的中軸線上設(shè)置所述電極，所述殼體一側(cè)具有開口以使所述電極前端與對電極進 行接觸放電形成放電區(qū)；所述殼體與所述電極之間通過絕緣件電性絕緣；氣路，在所述電 極與所述殼體外壁之間形成有環(huán)繞所述電極的氣路，所述氣路的出口位于所述殼體的出口 端，以使所述氣路中的氣體輸送于所述放電區(qū)。本發(fā)明的電極裝置，優(yōu)選的，所述殼體為一側(cè)開口的外圓筒，所述絕緣件為靠近所 述外圓筒筒底且與所述筒底平行設(shè)置的一絕緣片，所述氣路的入口設(shè)置于所述絕緣片與所 述筒底之間，所述電極末端連接于所述絕緣片，所述電極前端伸出于所述圓筒的所述開口， 所述絕緣片圍繞所述電極均勻設(shè)置有分配孔，所述電極與所述外圓筒之間形成所述氣路。本發(fā)明的電極裝置，優(yōu)選的，所述殼體還包括一絕緣材質(zhì)的內(nèi)圓筒，所述電極設(shè)置 于所述內(nèi)圓筒中，所述內(nèi)圓筒與所述外圓筒之間形成所述氣路。本發(fā)明的電極裝置，優(yōu)選的，所述內(nèi)圓筒、所述外圓筒及所述絕緣片一體成型，且 所述內(nèi)圓筒與所述外圓筒之間一體成型有與所述分配孔直徑相同的圓柱狀通氣孔，以作為 所述氣路。一種反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)，用于碳材料的電弧法合成工藝，所述反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng) 包括氣源；氣體流量控制器，連接于所述氣源，控制所述氣源中氣體的流量；本發(fā)明的電 極裝置，設(shè)置于合成爐中，通過輸氣管連接于所述氣體流量控制器，所述電極裝置的所述氣 路入口連接所述輸氣管的出端，使所述氣體經(jīng)過所述氣路從所述氣路出口向所述放電區(qū)輸送。本發(fā)明的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述氣源為多個，所述反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)還 包括設(shè)置于所述氣體流量控制器與所述電極裝置之間的氣體混合器，從所述氣體流量控制 器流出的各所述氣源的氣體經(jīng)所述氣體混合器混合均勻后經(jīng)所述輸氣管輸送于所述電極
直ο本發(fā)明的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)還包括連接于所述 合成爐的用于控制所述合成爐內(nèi)壓力的壓力控制器，以維持所述合成爐內(nèi)的壓力在設(shè)定的 范圍內(nèi)。一種反應(yīng)氣氛控制方法，用于碳材料的電弧法合成工藝，所述反應(yīng)氣氛控制方法 包括步驟SlO 通過氣體流量控制器對氣源的氣體流量進行控制；步驟S20 通過輸氣管 將所述氣體輸送至合成爐中的權(quán)利要求1-4任一所述的電極裝置；步驟S30 所述氣體經(jīng)氣 路入口流入所述電極裝置，經(jīng)過所述電極裝置的所述氣路從所述氣路出口向所述放電區(qū)輸送。本發(fā)明的反應(yīng)氣氛控制方法，優(yōu)選的，步驟SlO中，所述氣源為多個，所述氣體流 量控制器分別對各氣源進行流量控制；在步驟SlO與步驟S20之間，還包括步驟S15，將從 所述氣體流量控制器流出的各所述氣源的氣體送入一氣體混合器混合均勻后再經(jīng)所述輸 氣管輸送于所述電極裝置。
本發(fā)明的反應(yīng)氣氛控制方法，優(yōu)選的，所述反應(yīng)氣氛控制方法還包括通過壓力控 制器維持所述合成爐內(nèi)壓力在一設(shè)定的范圍內(nèi)的步驟。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的電極裝置及應(yīng)用該電極裝置的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)及反應(yīng)氣氛控制方法， 可以應(yīng)用于制備富勒烯及金屬富勒烯時惰性氣氛及其它用電弧法合成碳材料時的反應(yīng)氣 氛控制。本發(fā)明利用電極裝置的“雙層電極”的層間空隙，將惰性氣氛定時、定量、定向的導 入電弧反應(yīng)放電區(qū)，并可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)反應(yīng)氣氛，不僅可以節(jié)省惰性氣體及其它反應(yīng)氣 體的用量，而且可以提高富勒烯與金屬富勒烯的產(chǎn)率。


圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)的示意圖。圖2為本發(fā)明第一實施例的電極裝置的縱向剖視示意圖。圖3為本發(fā)明第一實施例的電極裝置的絕緣片的示意圖。圖4為本發(fā)明第二實施例的電極裝置的縱向剖視示意圖。圖5為本發(fā)明第三實施例的電極裝置的橫截面圖。附圖標記說明如下20 電極21氣路入口22 氣路23氣路出口24外圓筒25分配孔26分配腔27連接管28內(nèi)圓筒29絕緣片31對電極32 轉(zhuǎn)盤33 轉(zhuǎn)軸4輸氣管5壓力控制器6氣體混合器7氣體流量控制器11 氣源12 氣源13輸氣管14輸氣管
具體實施例方式體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應(yīng)理解的是本 發(fā)明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及 附圖在本質(zhì)上是當作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。下面具體介紹本發(fā)明優(yōu)選實施例的電極裝置及反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)與反應(yīng)氣氛控 制方法。其中，本發(fā)明優(yōu)選實施例的反應(yīng)氣氛控制方法，由本發(fā)明優(yōu)選實施例的反應(yīng)氣氛 控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。如圖1所示，本發(fā)明優(yōu)選實施例的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)，用于碳材料的電弧法合成 工藝的合成爐中尤其是電弧放電區(qū)的反應(yīng)氣氛控制，碳材料包括但不限于為富勒烯、金屬 富勒烯及碳納米管等，本發(fā)明優(yōu)選實施例的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)包括氣源11、氣源12、氣體 流量控制器7、氣體混合器6、壓力控制器5以及本發(fā)明優(yōu)選實施例的電極裝置。在具體介紹本發(fā)明優(yōu)選實施例的反應(yīng)氣氛控制裝置的各組成部分之前，先介紹本 發(fā)明具體實施例的電極裝置。本發(fā)明各實施例的電極裝置均可應(yīng)用于本發(fā)明優(yōu)選實施例的 反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)及本發(fā)明優(yōu)選實施例的反應(yīng)氣氛控制方法。電極裝置的第一實施例如圖2所示，本發(fā)明第一實施例的電極裝置主要包括電極20、作為殼體的外圓筒 24及將電極與外圓筒M電性絕緣的絕緣片四。氣路22形成于電極20與外圓筒M之間。其中，作為陰極的電極20設(shè)置在外圓筒M的中軸線位置，電極20優(yōu)選的為石墨 棒，電極20的末端連接于絕緣片29，電極20的前端伸出外圓筒M之外，以與作為陽極的對 電極31接觸進行電弧放電。電極20的軸心位置與連接管27相連接，可借助連接管27將 電極裝置固定于合成爐，連接管27中也可穿設(shè)為電極20供電的纜線。對電極31設(shè)置在一 個圓形轉(zhuǎn)盤32上，轉(zhuǎn)盤32的圓周上可以均勻分布多個陽極碳棒，通過轉(zhuǎn)軸33帶動轉(zhuǎn)盤32轉(zhuǎn) 動而使得圓周上的陽極碳棒能夠依次與電極20進行放電。但陽極的實現(xiàn)方式不以此為限。如圖2所示，外圓筒M左側(cè)封閉，右側(cè)具有開口，外圓筒的材質(zhì)可為不銹鋼、石墨 等，優(yōu)選的為能夠耐高溫的石墨。外圓筒M的作用是疏導氣體定向進入放電區(qū)。絕緣片四靠近外圓筒M筒底且與筒底平行，絕緣片四的外圓表面與外圓筒M 的內(nèi)壁相接觸，絕緣片四既可以將電極20與外圓筒M電性絕緣，也可以使得外圓筒M不 會受到電極20放電的干擾。絕緣片四與所述筒底之間形成相對封閉的分配腔沈，氣路22的氣路入口 21設(shè) 置于絕緣片四與所述筒底之間，也即開設(shè)于分配腔沈上，如圖3所示，絕緣片四圍繞電極 20均勻設(shè)置有圓形的分配孔25，使得從氣路入口 21進入分配腔沈的氣體經(jīng)過各分配孔25 進入氣路22，分配孔25的作用在于使氣流在電極20的周向上能夠均勻分配，保證反應(yīng)氣氛 經(jīng)氣路22、氣路出口 23而均勻、平穩(wěn)的流向碳材料合成的主要區(qū)域電弧放電區(qū)(簡稱 放電區(qū))，而電弧放電區(qū)的反應(yīng)氣氛是決定碳材料產(chǎn)率的關(guān)鍵。電極裝置的第二實施例與第一實施例不同的是，如圖4所示，外圓筒M內(nèi)還包括一絕緣材質(zhì)的內(nèi)圓筒觀， 內(nèi)圓筒28與外圓筒M共同作為電極裝置的殼體，電極20設(shè)置于兩側(cè)開口的內(nèi)圓筒觀中， 內(nèi)圓筒觀的左側(cè)與絕緣片四相連接，內(nèi)圓筒觀外壁與外圓筒M內(nèi)壁之間形成氣路22。其他如電極20、氣路入口 21、分配孔25、分配腔沈、連接管27及絕緣片四的設(shè)置均與第一 實施例相同，不再贅述。本實施例的優(yōu)點在于，通過設(shè)置電絕緣材質(zhì)的內(nèi)圓筒觀，進一步的將電極20與氣 路22相分隔，保證氣路22中的氣體不受電極20的干擾而平穩(wěn)、均勻的輸送至電弧放電區(qū)。電極裝置的第三實施例與前兩實施例不同的是，如圖5所示，圖5所示的截面圖的截面位置為圖4中B-B 處，本實施例中，內(nèi)圓筒、外圓筒及絕緣片一體成型，均為絕緣材質(zhì)，且內(nèi)圓筒觀與外圓筒 24之間一體成型有與分配孔25直徑相同的圓柱狀通氣孔，以各通氣孔作為氣路22。圖3 和圖5中，分配孔25的個數(shù)為六個。本實施例中，以多條單獨的通氣孔作為氣路22，能夠使氣流更平穩(wěn)、更均勻。下面介紹本發(fā)明優(yōu)選實施例的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)中的其他組成部分。氣源11和氣源12，例如為氣瓶等氣體儲存裝置所儲存的氣體可為惰性氣體(如 氦氣)或反應(yīng)氣體(如氨氣)等，氣源的數(shù)目可為一個或多個，并不受限制。氣體流量控制器7，用于控制氣源11、12的氣體流量在合適的范圍，既不浪費氣 體，也使電弧區(qū)的氣氛保持在能產(chǎn)生富勒烯的最適狀態(tài)。當不需要供應(yīng)某個氣源的氣體時， 相當于控制該氣體的流量為0，因此氣體流量控制器7既起到定量的作用，也起到定時的作 用。氣體混合器6:如只是引入一個氣源，例如只引進惰性氣體，則氣體混合器6只是 起到緩沖的作用，如果除惰性氣體外，還需引入反應(yīng)氣體，則氣體混合器6起到混合均勻與 緩沖的雙重作用。如圖1所示，氣源12的氣體經(jīng)輸氣管13、氣源11的氣體經(jīng)輸氣管14進 入氣體混合器6，混合均勻后經(jīng)輸氣管4送入電極裝置。壓力控制器5，隨著惰性氣體或反應(yīng)氣體進入合成爐，合成爐內(nèi)的壓力升高，且合 成爐在進行一段時間的電弧放電之后，也會產(chǎn)生大量的有機物或其他不明雜質(zhì)，這些雜質(zhì) 也需要排出，以保證合成爐內(nèi)的反應(yīng)氣氛。因此，需用壓力控制器5感知和控制合成爐內(nèi)的 壓力，使之維持在一個設(shè)定的范圍內(nèi)。本發(fā)明的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)，可以使用常規(guī)的壓力控制器，也可以使用常規(guī)的壓 力感受器與泄壓閥相配合的形式，即壓力感受器感知合成爐內(nèi)的壓力超過一設(shè)定范圍或設(shè) 定閾值時，打開泄壓閥進行泄壓；壓力感受器感知合成爐內(nèi)的壓力已恢復至設(shè)定范圍或小 于設(shè)定閾值時，關(guān)閉泄壓閥。本發(fā)明優(yōu)選實施例的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)，還可以使用申請1的真空壓力控制器中 進行壓力控制。在申請1的真空壓力控制器中，選擇用于控制壓力的電接點壓力表作為壓 力控制單元，所述真空壓力控制器例如可為如下的構(gòu)造與連接關(guān)系包括置于一密封盒中 的兩個電接點壓力表；第一個電接點壓力表與抽氣電磁閥相串聯(lián)，第二個電接點壓力表與 進氣電磁閥相連接；抽氣電磁閥與抽氣管路相連，進氣電磁閥與進氣管路相連；第一個壓 力控制單元、第二個壓力控制單元、抽氣電磁閥、進氣電磁閥分別通過連通管路與需要控制 壓力的合成爐相連接，以便控制合成爐內(nèi)的壓力。同時，本發(fā)明的反應(yīng)氣氛控制方法，需設(shè)定爐內(nèi)壓力達到一定壓力下，例如 200ΤΟΠ·，壓力控制器開啟；爐中壓力降至小于200Τοπ·時控制器關(guān)閉。在這樣的設(shè)定下，壓 力控制器中真正起作用的是其中一個控制抽氣電磁閥開關(guān)的電接點壓力表，當壓力等于或大于設(shè)定值時，該表中的電接點是通電狀態(tài)，抽氣電磁閥打開，爐內(nèi)壓力下降；當壓力小于 設(shè)定值時，該表中的電接點應(yīng)該是斷電狀態(tài)，抽氣電磁閥關(guān)閉，壓力不再下降。另外，在氣體混合器6與電極裝置的氣路入口 21之間的輸氣管4上，可以設(shè)置閥 門，通過閥門的關(guān)閉和開啟以手動或者自動控制流量。以下再介紹本發(fā)明優(yōu)選實施例的反應(yīng)氣氛控制方法。大致包含以下幾個步驟通過氣體流量控制器7對一個或多個氣源的氣體流量進 行控制；將從氣體流量控制器7流出的各氣源的氣體送入氣體混合器6混合均勻后再經(jīng)輸 氣管4輸送于電極裝置。通過輸氣管4將氣體輸送至合成爐中的電極裝置的氣路入口 21 ； 經(jīng)氣路入口 21流入電極裝置的氣路22，經(jīng)氣路22從氣路出口 23向所述放電區(qū)輸送。在放 電合成開始后，通過壓力控制器5維持合成爐內(nèi)壓力在一定范圍內(nèi)。下面以反應(yīng)氣氛的氣體為2 1的氦氣和氨氣為例，介結(jié)本發(fā)明反應(yīng)氣氛控制方 法的一個具體實施例步驟1、設(shè)置合成爐內(nèi)的壓力為200Torr (托)，即壓力的合理范圍為小于200Torr。步驟2、開啟氣源11的氦氣氣瓶，通過氣體流量調(diào)節(jié)器7調(diào)節(jié)氦氣的流量到Iml/ min，通過輸氣管13向氣體混合器6輸送。步驟3、開啟氦氣氣瓶的同時開啟氣源12的氨氣氣瓶，通過氣體流量調(diào)節(jié)器7調(diào) 節(jié)氨氣的流量到0.5ml/min，即兩氣體的流量比為2 1，通過輸氣管14向氣體混合器6輸送。步驟4、在氣體混合器6中，氦氣與氨氣得到充分的混合而混合均勻，通過輸氣管4 而進入合成爐中的電極裝置，由氣路入口 21進入電極裝置中的氣路22。步驟5、進入電極裝置后，經(jīng)氣路22、氣路出口 23而將按1 2混合的氨氣與氦氣 直接送入電弧放電區(qū)。步驟6、具備了相應(yīng)的反應(yīng)氣氛后，電弧放電開始，在電弧放電的過程中，通照反應(yīng) 的要求，控制氨氣與氦氣的實時流量，保證電弧放電區(qū)的反應(yīng)氣氛。步驟7、在反應(yīng)進行的過程中，通過壓力感受器對合成爐內(nèi)的壓力進行實時感測， 當合成爐內(nèi)的壓力大于200ΤΟΠ·時，開啟泄壓閥門以進行泄壓，同時能夠排出相應(yīng)的雜質(zhì)， 此時合成爐內(nèi)的壓力降低，當壓力感受器感測到壓力小于200ΤΟΠ·時泄壓閥門關(guān)閉。步驟8、重復步驟7，直至合成爐內(nèi)的電弧放電結(jié)束。綜上，本發(fā)明的優(yōu)點在于1、本發(fā)明可將惰性氣氛定時、定量、定向的導入電弧反應(yīng)放電區(qū)。2、本發(fā)明通過控制電弧放電區(qū)的反應(yīng)氣氛，使其在整個放電過程中保持穩(wěn)定，避 免由于放電產(chǎn)生的雜質(zhì)對反應(yīng)氣氛的污染。3、本發(fā)明可根據(jù)需要調(diào)節(jié)反應(yīng)氣氛，或者調(diào)節(jié)反應(yīng)氣氛中惰性氣氛和其它氣氛的 比例。4、提高富勒烯及金屬富勒烯的產(chǎn)率。5、節(jié)約成本，在反應(yīng)氣氛的氣體得到有效利用以后，氦氣的使用量必然減少，因此 可以節(jié)約成本。雖然本發(fā)明已以實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護范圍當視后附的權(quán)利要求所界定的為準。
權(quán)利要求
1.一種電極裝置，用于碳材料的電弧法合成工藝，其特征在于，所述電極裝置包括電極；殼體，所述殼體的中軸線上設(shè)置所述電極，所述殼體一側(cè)具有開口以使所述電極前端 與對電極進行接觸放電形成放電區(qū)；所述殼體與所述電極之間通過絕緣件電性絕緣；氣路，在所述電極與所述殼體外壁之間形成有環(huán)繞所述電極的氣路，所述氣路的出口 位于所述殼體的出口端，以使所述氣路中的氣體輸送于所述放電區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的電極裝置，其特征在于，所述殼體為一側(cè)開口的外圓筒，所述絕 緣件為靠近所述外圓筒筒底且與所述筒底平行設(shè)置的一絕緣片，所述氣路的入口設(shè)置于所 述絕緣片與所述筒底之間，所述電極末端連接于所述絕緣片，所述電極前端伸出于所述圓 筒的所述開口，所述絕緣片圍繞所述電極均勻設(shè)置有分配孔，所述電極與所述外圓筒之間 形成所述氣路。
3.如權(quán)利要求2所述的電極裝置，其特征在于，所述殼體還包括一絕緣材質(zhì)的內(nèi)圓筒， 所述電極設(shè)置于所述內(nèi)圓筒中，所述內(nèi)圓筒與所述外圓筒之間形成所述氣路。
4.如權(quán)利要求3所述的電極裝置，其特征在于，所述內(nèi)圓筒、所述外圓筒及所述絕緣片 一體成型，且所述內(nèi)圓筒與所述外圓筒之間一體成型有與所述分配孔直徑相同的圓柱狀通 氣孔，以作為所述氣路。
5.一種反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)，用于碳材料的電弧法合成工藝，其特征在于，所述反應(yīng)氣氛 控制系統(tǒng)包括氣源；氣體流量控制器，連接于所述氣源，控制所述氣源中氣體的流量；權(quán)利要求1-4任一所述的電極裝置，設(shè)置于合成爐中，通過輸氣管連接于所述氣體流 量控制器，所述電極裝置的所述氣路入口連接所述輸氣管的出端，使所述氣體經(jīng)過所述氣 路從所述氣路出口向所述放電區(qū)輸送。
6.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述氣源為多個，所述反應(yīng)氣 氛控制系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述氣體流量控制器與所述電極裝置之間的氣體混合器，從所述 氣體流量控制器流出的各所述氣源的氣體經(jīng)所述氣體混合器混合均勻后經(jīng)所述輸氣管輸 送于所述電極裝置。
7.如權(quán)利要求5或6所述的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)還 包括連接于所述合成爐的用于控制所述合成爐內(nèi)壓力的壓力控制器，以維持所述合成爐內(nèi) 的壓力在設(shè)定的范圍內(nèi)。
8.一種反應(yīng)氣氛控制方法，用于碳材料的電弧法合成工藝，其特征在于，所述反應(yīng)氣氛 控制方法包括步驟SlO 通過氣體流量控制器對氣源的氣體流量進行控制；步驟S20 通過輸氣管將所述氣體輸送至合成爐中的權(quán)利要求1-4任一所述的電極裝置；步驟S30 所述氣體經(jīng)氣路入口流入所述電極裝置，經(jīng)過所述電極裝置的所述氣路從 所述氣路出口向所述放電區(qū)輸送。
9.如權(quán)利要求8所述的反應(yīng)氣氛控制方法，其特征在于，步驟SlO中，所述氣源為多個， 所述氣體流量控制器分別對各氣源進行流量控制；在步驟SlO與步驟S20之間，還包括步驟S15，將從所述氣體流量控制器流出的各所述氣源的氣體送入一氣體混合器混合 均勻后再經(jīng)所述輸氣管輸送于所述電極裝置。
10.如權(quán)利要求8或9所述的反應(yīng)氣氛控制方法，其特征在于，所述反應(yīng)氣氛控制方法 還包括通過壓力控制器維持所述合成爐內(nèi)壓力在一設(shè)定的范圍內(nèi)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電極裝置及具有該電極裝置的反應(yīng)氣氛控制系統(tǒng)及控制方法，用于電弧法合成碳納米材料，所述電極裝置包括電極；殼體，所述殼體的中軸線上設(shè)置所述電極，所述殼體一側(cè)具有開口以使所述電極前端與對電極進行接觸放電形成放電區(qū)；所述殼體與所述電極之間通過絕緣件電性絕緣；氣路，在所述電極與所述殼體外壁之間形成有環(huán)繞所述電極的氣路，所述氣路的出口位于所述殼體的出口端，以使所述氣路中的氣體輸送于所述放電區(qū)。本發(fā)明可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)反應(yīng)氣氛，不僅可以節(jié)省惰性氣體及其它反應(yīng)氣體的用量，而且可以提高產(chǎn)率。
文檔編號C01B31/02GK102098821SQ20101059218
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者孫寶云, 董金泉, 趙宇亮 申請人:中國科學院高能物理研究所