金属纳米粉体是指粉体粒径在1～100nm的金属颗粒多晶 材料，它属于零维纳米材料，其原子和电子结构不同于化学成 分相同的金属粒子。由于金属纳米材料特有物理、化学效应， 使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态粉体材料有本质差 别的力、磁、光、电、声、光催化和化学催化等性能，从而可 广泛的使用于电池、陶瓷电容器、大规模集成电路、催化剂、 磁流变液体、隐身吸波材料、润滑材料、高性能磁记录材料、 高性能抛光材料以及各种纳米复合材料添加剂等方面，使得对 金属纳米粉体材料的制备、结构、性能及其应用研究成为近年 来材料科学研究和产业化热点。金属纳米粒子的制备技术是纳 米材料研究、开发和应用的关键，目前所开发出的金属纳米微 粒的制备方法有几十种，但在高品质金属纳米粉体制备方面， 目前较为公认的产业化方向仍然是气相法和电化学沉积法，相 对而言，由于气相蒸发冷凝法制备出的纳米粉体具有纯度高、 粒形好、粒度分布范围窄、应用范围宽、易分散等特点，因此， 目前产业化生产应用最多的还是高真空气相蒸发冷凝法。但国 内外现有气相蒸发法金属纳米粉产业化设备还很少，并且大多 生产和研究设备均存在制备材料纯净度低、产率低、成本高等 问题。从目前国内外有关专利文献及非专利文献分析来看，金 属纳米粉体制备技术的最新发展趋势是：纯度高，粒子表面清 洁；粒子形状、粒径以及粒度分布可以控制；粒子团聚倾向小； 容易收集；有较好的热稳定性；易保存；生产效率高，产率、 产量大等。
CN2712505，公开了一种用等离子体生产纳米金属粉体的 装置，该装置包括真空室、等离子体产生装置、粉体收集装置、 循环冷水系统及控制系统等。其优点在于结构简单、操作方便， 对金属原材料的几何形状没有限制，且不产生废料。但该设备 真空度低，能量利用率低，生产粉体粒径分布范围宽。
CN2629878，公开了一种纳米金属粉生产装置，该装置包 括反应釜和设在其上部的等离子枪，其特征是所述的等离子枪 为非转移弧型，其内设有轴向通道，侧壁上方有靠近等离子枪 出口处的出粉口，反应釜与一过滤收集器通过管子形成内通惰 性气体的循环回路。其优点在于结构简单、控制容易，生产成 本低，但该设备产率低、能量利用率低，难以实现粉体连续性 生产。
CNM850，公开了一种产业化生产超微粒子的生成室，它包 括生成室、双电极、连续送料箱，其优点是生成室内装有两对 电极，在生成室的外部配装连续送料箱，粉体产率可提高1倍， 可连续生产，其不足之处是：连续送料机构的进料口采用普通 密封，且没有差分抽气装置，造成两料棒之间的结合部漏气从 而影响纳米金属粉的纯度和性能。另外，传统的电弧枪只能上 下运动，不能周向摆动，导致电弧枪不能扫描到整个金属熔池， 其上下调整电弧长度的装置为杠杆式，电弧长度不断变化使 电弧燃烧不稳定；强制气流循环机构采用普通的胶圈进行轴密 封，由于轴密封与轴呈紧密配合，电机转数高，磨损快，其寿 命仅为50～60小时，而且不能保证气密性。此外，该设备使用 金属原料只能为棒状。
CN2578021Y和CN02144881.7公开了一种纳米金属的连续 生产设备，该设备的优点是制粉室内装有两对电极，在生成室 的外部配装连续送料箱，粉体产率可提高1倍，可连续生产， 且克服了传统技术中气密性不好，纳米金属粉纯度差及电弧燃 烧不稳定性问题。但该设备使用金属原料只能为棒状，此外设 备能量利用率较低。
CN1382547A和CN2488622Y公开了一种生产纳米金属粉装 置，该设备采用中频感应与等离子体复合蒸发制备纳米金属 粉，并设置有粒子控制器，加料装置，它具有结构简单、产量 大、粒度容易控制等优点，适合在工业上推广使用。但该设备 采用转移弧等离子体加热、引弧不方便，制粉室温度高，粒子 长大速度快、粒子冷凝时温度梯度较小，难以制备出100nm以 下的金属粉体。
CN2439920Y公开了一种电弧法金属纳米粉制取设备，该设 备的优点是金属原料几何形状不受限制，无废料，操作使用方 便，但该设备存在真空度低、产率低、能量利用率低、金属粉 体易在冷却器中堆积等问题。
CN2661343公开了一种两用式电弧法金属纳米粉制取设 备，它实际上是对CN2439920Y设备的改进，其优点是增加了金 属棒料连续加料装置，还使用了高压高频引弧装置和计算机自 动化监控系统，但仍未解决设备真空度低、产率低、能量利用 率低、金属粉体易在冷却器中堆积等问题。
CN2538456公开了一种双冷连续式金属纳米粉制取设备， 该设备进一步在CN2661343的基础上增加一对电极，产率提高， 制备粉体种类增加，但也未解决设备真空度低、能量利用率低、 金属粉体易在冷却器中堆积等问题。
以上所有设备还存在的一个共同问题是均未采用金属纳 米粉在线分级系统，未考虑制备金属粉体的钝化和真空储存问 题。
综合以上分析，可以发现，目前国内有关生产、研究设备 均未完全解决高品质、高产率、低成本高等问题。而从目前国 内外有关专利文献及非专利文献分析来看，欲解决以上问题， 相应的制备装备必须满足以下要求：具有高的真空度；多制备 原理复合(如等离子体—电磁感应复合蒸发等)；多枪结构； 可连续生产；设备生产工艺参数可调范围宽，可实现多品种、 多系列金属纳米粉体的制备；能量利用率高等。
发明内容
为了克服上述缺陷，本实用新型提供一种纳米金属粉体 连续生产设备，该纳米金属粉体连续生产设备能连续生产、综 合能量利用率高、制备成本低且产品质量稳定。
本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一 种纳米金属粉体连续生产设备，主要由真空获得测量系统、充 气系统、等离子体/感应加热复合蒸发制粉系统、粒子控制系 统、纳米金属粉体旋风分级收集系统、纳米粉体捕集及收集系 统、大风量气体冷却循环系统、水冷循环系统、电气控制及压 力监控系统、金属纳米粉体钝化系统和粉体真空封装及储存系 统组成；
其中，等离子体/感应加热复合蒸发制粉系统、粒子控制 系统、纳米金属粉体旋风分级收集系统、纳米粉体捕集及收集 系统依次串联连接相通，大风量气体冷却循环系统出口与等离 子体/感应加热复合蒸发制粉系统风量入口连接相通、大风量 气体冷却循环系统入口与纳米粉体捕集及收集系统风量出口 连接相通；
真空获得测量系统主要由真空测量规管及抽真空设备组 成，充气系统主要由多气路气体干燥除湿、流量测量组成，充 气系统可分别对多种制粉生产用气体(如，Ar、H2、He、CH4、 N2、NH3)和粉体钝化用气体(如，Ar、N2、O2)进行干燥除湿、 充气流量测量及控制；
真空获得测量系统、充气系统分别与等离子体/感应加热 复合蒸发制粉系统、粒子控制系统、纳米金属粉体旋风分级收 集系统、纳米粉体捕集及收集系统、金属纳米粉体钝化系统和 粉体真空封装储存系统相接(即这些系统中的真空度与所需气 体充填量分别由真空获得测量系统、充气系统控制)；
电气控制及压力监控系统控制真空获得测量系统、充气系 统、等离子体/感应加热复合蒸发制粉系统、粒子控制系统、 纳米金属粉体旋风分级收集系统、纳米粉体捕集及收集系统、 大风量气体冷却循环系统、水冷循环系统、金属纳米粉体钝化 系统和粉体真空封装及储存系统的工作；
水冷循环系统分别与等离子体/感应加热复合蒸发制粉系 统、粒子控制系统、纳米金属粉体旋风分级收集系统、纳米粉 体捕集及收集系统的冷却装置相连通；
金属纳米粉体钝化系统和粉体真空封装及储存系统均 另外独立放置；
真空测量规管的信号传递给电气控制及压力监控系统，电 气控制及压力监控系统保障各系统保持设定状态工作；
本实用新型的进一步技术方案是：
所述的抽真空系统由机械泵、罗茨泵和涡轮分子泵依次串 联连接，以获得高真空(极限真空度可达6.0×10-4Pa)，保证 高纯度金属纳米粉的生产要求，此外，为纳米金属化合物的生 产提供了条件；涡轮分子泵通过过渡管道与粒子控制系统连接 相通，其中无级变速罗茨泵在真空度达到设定指标后，兼做大 风量气体冷却循环系统的气体循环动力源。又可设有机械泵、 涡轮分子泵快速更换装置，并备用一套可更换机械泵和涡轮分 子泵。
所述的等离子体/感应加热复合蒸发制粉系统由制粉室、 六套直流等离子体加热源、三套电弧枪、加料机构、机械手、 水冷蒸发坩埚、中频感应加热源、线圈和粉体清扫封装系统构 成；制粉室的室壁为双层不锈钢壁，双层不锈钢壁内空间为冷 却装置与水冷循环系统相通，六套直流等离子体加热源通过电 缆及高频引弧器与三套电弧枪相连接，为每两套直流等离子体 加热源对应一套电弧枪连接，三套电弧枪由制粉室上部伸入制 粉室中，加料机固设于制粉室上部，加料机与水冷蒸发坩埚或 加料平台间设置滑道，这样加料机可通过滑道分别向水冷蒸发 坩埚或加料平台输送粉状或块状金属物料(通常加料机与加料 平台间设置滑道，这样加料机首先通过滑道向加料平台输送粉 状或块状金属物料，从而加料均匀)，机械手设置于制粉室侧 壁，机械手可将与水冷蒸发坩埚同高度加料平台上的金属物料 方便地拨入水冷蒸发坩埚中，该水冷蒸发坩埚内置于制粉室内 通过外接电极与直流等离子体加热源阳极相连接，中频感应加 热源的输出端通过制粉室侧壁引入口与线圈输入端相连接，水 冷蒸发坩埚置于线圈中，以实现等离子体/感应复合蒸发方式， 制粉室上设有风量入口，所述风量入口为等离子体/感应加热 复合蒸发制粉系统的风量入口；每两套直流等离子体加热源可 通过电控系统并联组合实现功率叠加，即可单台供电也可两套 组合并联同时供电，可大幅度提高金属蒸发功率的可调节范围 和蒸发产率；每根电弧枪可单独蒸发不同或同一金属，也可三 根电弧枪同时蒸发同一水冷蒸发坩埚金属。水冷蒸发坩埚可根 据生产要求及时更换；制粉室下部安装粉体清扫封装系统，便 于捕集制粉室内部的残留粉体。
粒子控制系统由粒子控制室、气流粉体导向板与气流喷嘴 组成，气流粉体导向板设于粒子控制室内，用于调节粉体飞行 路径和粉体飞行时间，气流喷嘴入口端与充气系统相连接，气 流喷嘴出口端开口于粒子控制室，粒子控制室的物料入口与等 离子体/感应加热复合蒸发制粉系统物料出口连接相通、粒子 控制室的物料出口与纳米金属粉体旋风分级收集系统的物料 入口连接相通，粒子控制室中的管壁为双层不锈钢壁，该双层 不锈钢壁内空间作为冷却装置与水冷循环系统相通，粒子控制 系统的内径及长度可根据生产指标要求进行调整，并及时更 换。
所述的纳米金属粉体旋风分级收集系统主要由旋风分级 室和含两手套的真空收集室上下串接相通组成，利用低气压、 小风量纳米金属粉体的分级原理而设计，物料由旋风分级室进 入含两手套的真空收集室中粉体收集装置后作为半成品待进 入金属纳米粉体钝化系统50，旋风分级室的室壁为双层不锈 钢壁，双层不锈钢壁内空间为冷却装置与水冷循环系统相通， 旋风分级室物料入口、物料出口为纳米金属粉体旋风分级收集 系统的物料入口、物料出口并分别与粒子控制系统物料出口和 纳米粉体捕集、收集系统物料入口相连通(即纳米金属粉体旋 风分级收集系统的物料入口与粒子控制系统物料出口相连通、 纳米金属粉体旋风分级收集系统的物料出口与纳米粉体捕集、 收集系统物料入口相连通)，该分级系统可分离收集15～50nm 小颗粒纳米金属粉体，旋风分级室内壁面装有可旋转揉性刮板 系统，可旋转揉性刮板系统由无级变速电机和刮板组成，无级 变速电机的输出端与刮板的输入端固接，刮板处于旋风分级室 内，刮下粉体落入真空粉体收集装置。
所述的纳米粉体捕集、收集系统由粉体捕集室和含两手套 的真空收集室上下串接组成相通，物料由粉体捕集室进入含两 手套的真空收集室中粉体收集装置后作为半成品待进入金属 纳米粉体钝化系统，粉体捕集室的室壁为双层不锈钢壁，双层 不锈钢壁内空间为冷却装置与水冷循环系统相通，粉体捕集室 内部安装一套布袋式过滤收粉装置，粉体捕集室内壁面装有可 旋转揉性刮板系统，可旋转揉性刮板系统由无级变速电机、刮 板组成，无级变速电机设于粉体捕集室上方，无级变速电机的 输出端与刮板的输入端固接，控制刮板系统旋转刮粉，刮下粉 体落入真空粉体收集系统，布袋式过滤收粉装置设有定时敲击 振动装置，用于实现循环气体与粉体的分离，该纳米粉体捕集、 收集系统中粉体捕集室物料入口、风量出口分别与纳米金属粉 体旋风分级收集系统中的旋风分级室物料出口(同时是风量出 口)和大风量气体冷却循环系统风量入口连接相通(即该纳米 粉体捕集、收集系统中粉体捕集室物料入口与纳米金属粉体旋 风分级收集系统中的旋风分级室物料出口连接相通、该纳米粉 体捕集、收集系统中粉体捕集室风量出口与大风量气体冷却循 环系统风量入口连接相通。)。
所述的纳米金属粉体旋风分级收集系统和纳米粉体捕 集、收集系统的底面设有支架，便于移动，该纳米金属粉体旋 风分级收集系统的旋风分级室上面和纳米粉体捕集、收集系统 的粉体捕集室上面分别设有可拆卸的顶盖，以便对系统分别清 洗。
大风量气体冷却循环系统中不使用现有设备中通常采用 的轴流风机系统，而是采用大风量、可变频泵(即罗茨泵)送 强制气流循环系统，可变频泵与粉体捕集、收集系统间连接有 冰水风冷换热器，该系统的采用一方面可大幅度减小蒸发粉体 在制粉室高温区的滞留时间，从而减小制备粉体粒度大小，另 一方面由于气体温度恒定，保证了连续生产过程中粉体生产质 量的稳定性；此外，可变频泵送强制气流循环系统比传统的轴 流风机系统的可靠性和稳定性增加。
水冷循环系统由进水分水器，阀门及软管组成，用于对各 系统的冷却，在水路上装有水流继电器，一旦缺水或水流不足， 将切断电源，以防止设备损坏。
金属纳米粉体钝化系统和粉体真空封装及储存系统，主要 用于完成高纯金属纳米粉后期处理及产品定量封装和储存，设 置有与后续产品生产设备的连接接口。其中，金属纳米粉体钝 化系统可在高纯金属纳米粉的外表层形成一层绝氧的钝化膜， 这层钝化膜能防止高纯金属纳米粉在自然环境中被氧化、燃 烧，部分防止高纯金属纳米粉的团聚。钝化系统和粉体真空封 装及储存系统与本实用新型高品质金属纳米粉制备设备相配 套使用，具有生产流程合理，操作方便，生产操作安全程度高 等特点。
本实用新型电气控制、监控系统，主要用于控制真空获 得及测量、气体冷却循环系统工作参数及制粉工艺参数的调节 及监控，还可对多台等离子体电源进行单独调节和组合控制。
本实用新型的有益效果是：
(1)高真空度、三枪结构，为高均匀性复合金属纳米粉 体、合金纳米粉体和薄壳修饰形纳米粉体的制备奠定了研究基 础和生产条件，大大提高了所生产金属纳米粉体的适用范围及 市场竞争力，这种结构的提出也为生产线的扩容提供了条件；
(2)采用最新的等离子体电源组合技术，可有效解决国 内现行产业化生产线依赖使用国外进口大功率等离子体电源 的现状，大幅度减小了同生产规模生产线的投资额。也解决了 在一条生产线上能够同时实现多系列产品的生产问题；
(3)根据不同金属特点，在一条生产线上，采用不同结 构粒子控制系统，可有效解决多品种、多粒度范围金属纳米粉 体的生产问题；
(4)引入纳米粉体分级系统，可进一步降低生产金属纳 米粉体的粒度分布范围，提高产品质量；
(5)采用大风量、可变频泵送强制气流冷却循环系统， 进一步降低了生产金属纳米粉体的粒度分布范围，保证了连续 生产中粉体生产质量的稳定性；
(6)所研制的生产线已考虑到金属纳米粉体的钝化、真 空储存和设备与后续产品生产设备的连接等问题，为后续高科 技产品的产业化生产提供了方便；
(7)采用等离子体/感应复合蒸发和特殊蒸发坩锅技术， 进一步提高了设备的能量利用率，降低制备成本；
(8)由于在制粉室、粉体分级系统和粉体捕集收集系统 中均设置了粉体清扫、收集装置，可大幅度减少设备内部残留 金属粉体，为设备的安全操作维护提供了条件(残留金属粉体 的存在会造成易燃、易爆)。
总之，本设备基本解决了高品质、高产率纳米金属粉体 的连续生产问题且综合能量利用率高、制备成本低、产品质量 稳定。
附图说明
图1为本实用新型设备平面布置主视示意图；
图2为本实用新型设备平面布置俯视示意图。
图中：
1-涡轮分子泵               3-气流分配器；
4-真空测量规管；
6-粒子控制过渡室；         7-电弧枪；
8-加料机构                 9-水冷蒸发坩锅；
11-粉体清扫手套箱
12-观察窗；                13-粒子控制器；
14-闸板阀                  15-蝶阀；
16-过渡管道；              17-可旋转揉性刮板系统；
18-粉体收集装置；          23-输送管道；
19-含两手套的真空收集室；  21-粉体捕集室；
22-布袋式过滤收粉装置；
27-罗茨泵(为可变频大风量罗茨泵)；
26-气体循环管道(装有冰水风冷换热器)；
31-粉体钝化室；            32-粉体真空封装及储存室；
10-等离子体/感应加热复合蒸发制粉系统；
20-粒子控制系统；
30-纳米金属粉体旋风分级收集系统；
40-纳米粉体捕集及收集系统；
50-金属纳米粉体钝化系统；
60-粉体真空封装及储存系统。

实施例1：表1为本实用新型设备纳米Ni粉的制备实验 结果，与传统设备相比，单根枪纳米镍粉的最大产率提高了 25倍。
            表1纳米Ni粉的制备实验结果     样品     号     H2/Ar   电流   (A)     压力     (MPa)   产率   (g/min)   平均粒径   (nm)     1     2     3     4     5     6     7     8     9     1/1     3/7     1/9     1/1     3/7     1/9     1/1     3/7     1/9   250   350   400   350   400   250   400   250   350     0.05     0.06     0.07     0.07     0.05     0.06     0.06     0.07     0.05   2.220   1.254   0.990   5.400   6.780   0.420   21.600   10.080   0.510   64.75   52.55   45.03   53.90   51.95   24.78   40.44   32.69   26.92
实施例2：表2为本实用新型设备纳米Cu粉的制备实验 结果，与传统设备相比，单根枪纳米铜粉的最大产率提高了 204.7倍。
                表2纳米Cu粉的制备实验结果   样品号     H2/Ar   电流   (A)     压力     (MPa)     产率     (g/min)     平均粒径     (nm)   1   2   3   4     5   6   7   8   9     1/1     3/7     1/9     1/1       3/7     1/9     1/1     3/7     1/9   250   300   350   300     350   250   350   250   300     0.05     0.06     0.07     0.07       0.05     0.06     0.06     0.07     0.05     0.420     0.143     0.510     2.130       1.574     0.165     4.560     0.150     0.273     28.28     23.85     64.77     128.82       78.60     75.81     140.96     110.65     108.69
实施例3：高均匀单质混合纳米铜镍复合粉体的制备，按 照以下工艺参数：H2/Ar＝2/8，压力＝0.06MPa，电流：350A(镍 极)和300A(铜极)，两根枪所制备Cu、Ni复合粉的产率为 75.1g/h，制得粉体的平均粒径为54nm。
本实用新型设备的具体实例还很多，在此不再一一赘述。
本实用新型工作过程是：开启电气控制及压力监控系统：
1.金属材料放入原料储存器及水冷坩埚内，将工作室 净化，密封，真空获得测量系统工作到设定真空度(2×10-3Pa) 后停止；
2.充气系统工作充入选定气体(充入Ar气和H2气至 0.1～0.9大气压)，到设定压力后保持；
3.开循环冷却水系统，开强制气流循环冷却系统，开 等离子体/感应加热复合蒸发制粉系统中的中频感应电源，然 后在各水冷蒸发坩埚阴极和阳极间引燃电弧，在高温电弧与感 应复合蒸发的作用下，金属迅速熔化并蒸发形成金属蒸气，蒸 气上升过程中遇到由强制气流循环冷却系统带来的低温气体， 急冷形成纳米颗粒，并迅速被循环气体带至粒子控制系统中的 粒子控制室、纳米金属粉体旋风分级收集系统中的旋风分级 室、纳米粉体捕集及收集系统中的粉体捕集室；在纳米金属粉 体旋风分级收集系统中有部分物料从旋风分级室进入含两手 套的真空收集室中的粉体收集装置后作为半成品待进入金属 纳米粉体钝化系统，在纳米粉体捕集及收集系统中物料由粉体 捕集室进入含两手套的真空收集室中的粉体收集装置后作为 半成品待进入金属纳米粉体钝化系统，最后经粉体真空封装及 储存系统作为成品待用。其间水冷循环系统起到冷却作用，大 风量气体冷却循环系统输送物料作用，兼有冷却作用。