Плазмотроны атмосферного давления для синтеза химически чистых нанопорошков и плазменной обработки

Целью проекта является исследование и разработка линейки мощных промышленных микроволновых (MW) плазмотронов вихревого типа атмосферного давления для получения нанопорошков химически чистых материалов и плазменно-химической обработки (азотирования, травления и др.) широко спектра материалов промышленного назначения.

В основе проекта лежат уже разработанные и испытанные в МРТИ безэлектродные СВЧ плазмотроны атмосферного давления с вихревой подачей плазмообразующего газа мощностью от единиц до сотен киловатт. Уникальность их конструкции обусловлена принципиально новой электродинамической структурой и особенностями формирования газодинамических потоков в камере плазмотрона. В результате рабочая область (зона формирования плазмоида) полностью отделена от стенок плазмотрона и его конструктивных элементов, отсутствует эрозионное загрязнение плазмы и, тем самым, обеспечивается непревзойденная химическая чистота технологического процесса. Одновременно отсутствие электродов, кварцевых или керамических вкладышей резко увеличивает ресурс работы промышленного прибора. К несомненным достоинствам предлагаемого плазмотрона относятся возможность работы при атмосферном давлении и высокий, близкий к 100%, к.п.д. утилизации MW энергии. Конструкция плазмотрона при мощности источника СВЧ энергии до ~ 10 кВт фактически не требует водяного охлаждения. Крайне важным является и тот факт, что изготовление плазмотрона не требует применения дорогостоящих комплектующих и материалов; все его узлы и элементы, включая электрические цепи и MW генераторы, выпускаются во многих странах. А себестоимость плазмотрона мощностью ~ 1 kW при серийном производстве будет сравнима с себестоимостью бытовой микроволновой печи.

Разрабатываемые MW плазмотроны могут быть использованы для плазменно-химического травления, рафинирования, азотирования, легирования и других видов обработки широкой номенклатуры материалов и изделий — полупроводников, керамики, сталей и сплавов в различных отраслях промышленности. Модификация предлагаемого плазмотрона позволит синтезировать химически чистые нанопорошки оксидов, карбидов, нитридов и металлов для нужд керамической промышленности и порошковой металлургии.

В ходе проекта будут завершены исследования физико-химических принципов работы предлагаемых приборов применительно к конкретным технологическим задачам, будут разработаны, испытаны и переданы Заказчику образцы-прототипы промышленных приборов.