ES2247370T3 - Procedimiento de fabricacion de polvos de granos compuestos y dispositivo para realizacion del procedimiento. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de fabricación de polvo formado por granos compuestos que comprenden un núcleo y una o de varias capas superficiales, que comprende las etapas siguientes: mezcla de los núcleos de granos con un gas de tratamiento plasmoquímico, paso a través de un reactor de plasma principal de un flujo de dicha mezcla de núcleos y de gas de tratamiento, y generación de un plasma, esencialmente a presión atmosférica, uniforme en una zona de tratamiento del reactor principal con el fin de crear una reacción plasmoquímica entre el gas de tratamiento y las superficies de los núcleos para la formación de capas superficiales sobre ellos mientras que el flujo de dicha mezcla atraviesa el reactor.

Description

Procedimiento de fabricación de polvo de granos compuestos y dispositivo para la realización del procedimiento.

La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de polvo formado por granos compuestos y a un dispositivo para la realización del procedimiento.

En el campo de los polvos, son conocidos varios procedimientos de fabricación de polvos, entre los cuales se encuentran los procedimientos de fabricación de polvo mediante plasma.

En algunos procedimientos, el plasma se utiliza principalmente tanto como fuente de calor para vaporizar o fundir un aglomerado o material sólido, con el fin de formar unas partículas nanométricas o submicrónicas durante la condensación y el enfriamiento de las partículas después de la fuente de plasma. Estos procedimientos no permiten sin embargo formar unos granos compuestos que comprenden un núcleo y unas capas superficiales muy delgadas y uniformes de otro material.

Además de los procedimientos que se basan principalmente en el efecto del plasma, también son conocidos unos procedimientos de tratamiento de la superficie de los granos de polvo en los que el plasma se utiliza para activar la superficie de los granos con el fin de cambiar la propiedad de estos granos, tal como se describen, por ejemplo, en las publicaciones de los documentos nº DE 196 122 70, nº DE 195 021 87, nº EP 654 444, nº WO 9 118 124, y nº US 5 278 384. En estas dos últimas publicaciones, se da a conocer especialmente la formación de polvo compuesto formado por núcleos envueltos por una capa superficial de otro material depositado por activación de la superficie del núcleo mediante un plasma a baja temperatura.

Una gran desventaja de estos procedimientos reside en que el tratamiento mediante plasma se realiza a baja presión, es decir con un vacío parcial, que aumenta de este modo la complejidad, el tiempo y el coste de fabricación industrial del polvo. A este respecto, debe destacarse que la baja presión disminuye la velocidad de tratamiento mediante plasma y por lo tanto la productividad del procedimiento. Por el contrario, la utilización de un plasma a baja presión facilita la activación de la superficie de los materiales, las reacciones plasmoquímicas y permite obtener fácilmente un tratamiento uniforme sobre un gran volumen.

El documento nº DE-A-10 003 982 describe un procedimiento y un dispositivo de preparación de granos compuestos en un reactor de plasma térmico.

El objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento de fabricación de polvo formado por granos compuestos y un dispositivo para la realización del procedimiento, económico, con buenas prestaciones y fiable en medio industrial.

Es ventajoso proporcionar un procedimiento de fabricación de polvo formado por granos compuestos que comprenden un núcleo y una o varias capas superficiales que envuelven el núcleo, y un dispositivo para la realización de procedimiento, que permita dominar la uniformidad o el espesor de la capa superficial que envuelve el núcleo con un material diferente.

Es ventajoso proporcionar un procedimiento de fabricación de polvo formado por granos compuestos y un dispositivo para la realización de un procedimiento que permita fabricar los granos que tengan un tamaño submicrónico o nanométrico. También es ventajoso poder fabricar unos granos que presenten un núcleo y varias capas superficiales delgadas de materiales o de moléculas o de átomos diferentes.

Es ventajoso fabricar el polvo de granos compuestos formados por un núcleo y por una o varias capas superficiales que envuelven el núcleo, adquiriendo este polvo unas propiedades físico-químicas diferentes de las propiedades del núcleo.

Los objetivos de la invención se cumplen mediante un procedimiento de fabricación de polvo de granos compuestos según la reivindicación 1, un dispositivo para la realización del procedimiento según la reivindicación 11, y un filtro hidrodinámico para un reactor de plasma según la reivindicación 22.

En la presente invención, un procedimiento de fabricación de polvo formado por granos compuestos que comprenden un núcleo y una o varias capas superficiales, comprende las etapas siguientes: la mezcla de los núcleos de granos con un gas de tratamiento plasmoquímico, el paso de la mezcla de núcleos y del gas de tratamiento plasmoquímico a través de un reactor de plasma, y la generación de un plasma esencialmente a presión atmosférica en el reactor con el fin de crear una reacción plasmoquímica entre el gas de tratamiento y las superficies de los núcleos para la formación de capas superficiales sobre ellos mientras que el flujo de dicha mezcla atraviesa el reactor.

Ventajosamente, los polvos compuestos se forman mediante una deposición de película en un medio de plasma a presión atmosférica, lo que permite realizar un procedimiento y un dispositivo industrial simple, fiable, económico y de alta productividad. El plasma sirve para calentar y activar la superficie de los núcleos antes de ponerlos en contacto con los átomos y/o las moléculas destinadas a generar la película periférica. Los parámetros del plasma que aseguran la deposición de la película periférica y del plasma que activa los núcleos se pueden seleccionar de tal forma que la deposición se efectúa en forma de una película homogénea y muy delgada.

En la presente invención, se pueden realizar unos polvos cuyos granos están compuestos por un núcleo y por una o varias zonas periféricas que resultan de la deposición de una o de varias películas delgadas, uniformes y homogéneas de átomos y/o de moléculas (radicales) para impartir al polvo resultante unas propiedades diferentes de las propiedades de un polvo constituido por los núcleos solos.

Según un aspecto ventajoso de la invención, antes del paso de los núcleos y el gas de tratamiento a través de la zona de tratamiento mediante plasma, se les hace pasar a través de un filtro hidrodinámico en forma de, por ejemplo, un filtro de canales múltiples longitudinales (del tipo de nido de abejas), que presenta como efecto el uniformizar la velocidad y la dirección del flujo de los núcleos y del gas a través del reactor de plasma. Esto permite uniformizar y dominar mejor los parámetros que influyen en el tratamiento, tales como el tiempo de paso de los núcleos a través del reactor, la temperatura, la presión y la velocidad relativa de los núcleos en el gas. Se mejora de este modo la uniformidad del tratamiento de los núcleos, y especialmente la uniformidad y la homogeneidad del espesor de las capas superficiales formadas sobre los núcleos. Esta medida también permite minimizar la dispersión de las dimensiones y de las propiedades de los polvos obtenidos.

Según un aspecto ventajoso de la invención, para intensificar el procedimiento, se genera una vibración acústica, en particular ultrasónica, en el plasma. Las vibraciones se transfieren a los núcleos por medio del gas. Las vibraciones se pueden generar mediante un generador de vibraciones acústicas externo, o mediante un proceso especial de generación del plasma según un aspecto ventajoso de la invención. Por este motivo, se puede generar el plasma por impulsos, seleccionándose la duración del frente de crecimiento de la tensión, la duración de los impulsos, y su frecuencia de manera que generen regularmente unas ondas de choque en el plasma. Estas ondas de choque, que interfieren por una parte con las paredes del reactor, y, por otra parte con las partículas del plasma, generan unas oscilaciones, especialmente ultrasónicas, que intensifican mucho el procedimiento de deposición de la película.

Es ventajoso inyectar, a lo largo de la superficie interna de la pared del reactor, un gas neutro de densidad parecida a la de los gases de la mezcla con el fin de limitar los efectos nefastos de la capa límite. En efecto, los gases y partículas en la capa límite, debido a sus velocidades de transporte sustancialmente diferentes a las de las partículas centrales están expuestos a un tratamiento diferente del de las partículas centrales (lo que da lugar a un polvo no homogéneo y no uniforme). La presencia de gas tiene como efecto por una parte enfriar y aislar la pared del reactor del plasma caliente, y por otra parte alejar los núcleos y los gases reactivos de la capa límite.

La homogeneidad de los granos aún se puede mejorar proporcionando un canal de escape corriente abajo de la zona de tratamiento del reactor de plasma a lo largo de su pared con el fin de evacuar los gases y los granos que fluyen en la capa límite de las paredes. En efecto, la velocidad de los gases próximos a la pared, es decir en la capa límite, es menor que en la mayor parte central de la columna de flujo que atraviesa el reactor, de manera que los parámetros de tratamiento no son los mismos para las partículas en la capa límite y las de la parte central. Evacuando los granos y gases periféricos, se llega por lo tanto a obtener unos polvos que presentan unos granos de una gran homoge-
neidad.

Con el fin de formar las capas superficiales de diferentes moléculas o de átomos, se pueden prever varios dispositivos de tratamiento unos sobre otros, o realizar un dispositivo con varios reactores de plasma unos sobre otros, separados por unas cámaras que permiten la mezcla del gas de tratamiento con los núcleos introducidos en el dispositivo, que salen, respectivamente, de la etapa anterior de tratamiento mediante plasma.

Otros objetivos y características ventajosas de la invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de las reivindicaciones, de la descripción de las formas de realización de la invención siguientes y de los dibujos anexos, en los que:

la figura 1 es una vista en sección, esquemática, de un dispositivo de fabricación de polvo compuesto mediante plasma según la invención;

la figura 1a ilustra unos gráficos de los perfiles de velocidad del flujo de gas y/o de núcleos antes y después de un filtro hidrodinámico del dispositivo dispuesto antes de una zona de tratamiento mediante plasma;

la figura 1b es una vista parcial en sección de la pared del reactor de plasma del dispositivo de la figura 1;

la figura 2 es una vista en sección, esquemática, de un dispositivo de fabricación de polvo compuesto mediante plasma según una segunda forma de realización de la invención; y

la figura 3 es una vista en sección, esquemática, de un dispositivo de fabricación de polvo compuesto mediante plasma según una tercera forma de realización de la invención.

Haciendo referencia a la figura 1, un dispositivo para la fabricación de polvo compuesto mediante plasma según una primera forma de realización comprende una parte mezcladora 2, un reactor de plasma 4, un filtro hidrodinámico 6 dispuesto entre la parte mezcladora y el reactor, y una parte colectora 8 a la salida del reactor. La parte mezcladora está dispuesta corriente arriba del reactor, con relación a la dirección D del flujo de gas y de partículas en el dispositivo, y comprende las entradas 10, 11 de introducción de gas y de núcleos, siendo una entrada 10 para la introducción de núcleos con un gas portador Q1 y siendo la otra entrada 11 para la introducción de gas de tratamiento Q2 para la deposición de capas superficiales de moléculas o de átomos sobre los núcleos. Las entradas se pueden concebir en forma de chorros dirigidos hacia el centro de la cámara 13 del mezclador con el fin de que presente una turbulencia y una mezcla de los gases portadores de los núcleos y del gas de tratamiento. La parte mezcladora también puede constar de unas entradas laterales 12 de gases neutros Q3 destinados a fluir a lo largo de la superficie interna de la pared del dispositivo. El gas neutro es ventajosamente inerte y presenta, preferentemente, una densidad parecida a la de los gases portador y de tratamiento.

El reactor 4 comprende un dispositivo de generación de plasma 15 destinado a generar un plasma en la cámara 14 del reactor, definiendo una zona de tratamiento indicada mediante la línea de puntos 16. El generador de plasma puede presentar diferentes construcciones, dependiendo de si se trata de un generador de plasma por efecto capacitivo 15, de un generador de plasma de alta frecuencia (HF) por inducción 15', o de un generador de plasma por microondas 15'' (véase la figura 3).

Cada uno de los generadores puede funcionar ya sea en régimen continuo, ya sea en régimen de impulsos. Uno de los procedimientos de generación del plasma preferidos es por impulsos cuyas características permiten generar unos plasmas que producen unas ondas de choque interferentes. En particular, la duración del frente de crecimiento de la tensión, la duración de los impulsos, y su frecuencia se seleccionan de manera que generen regularmente unas ondas de choque en el plasma. Estas ondas de choque, que interfieren por una parte con las paredes del reactor, y, por otra parte entre ellas y con las partículas del plasma, generan unas oscilaciones, especialmente ultrasónicas, del medio, que intensifican mucho el procedimiento de deposición de la película. El procedimiento de generación del plasma atmosférico con impulsos permite crear un plasma uniforme en un volumen dado.

El reactor de plasma 4 puede presentar una forma esencialmente paralelepipédica, estando recubiertas dos caras opuestas 19, 21 por unos electrodos 23, 25. Uno de los electrodos 23 comprende unas agujas metálicas 27 y está unido a una fuente de corriente 29 de alta frecuencia, por impulsos. El otro electrodo 23 es plano y está puesto a tierra.

En la figura 1 está representado un generador de plasma de configuración paralelepipédica (geometría plana).

También es ventajoso realizar el generador de plasma en una geometría coaxial. En este caso, los electrodos presentan la forma de dos cilindros coaxiales entre los cuales, paralelamente al eje, pasa la mezcla gaseosa y radialmente, se generan las descargas en filamentos que crean el medio del plasma activador. Por razones de seguridad, es ventajoso conectar el electrodo central sobre el que, en este caso, están implantadas las agujas metálicas, a la fuente de corriente de alta frecuencia, estando el otro electrodo conectado a tierra.

En estado de funcionamiento, la descarga eléctrica que sale de las agujas 27 presenta en primer lugar la forma de canales cilíndricos de diámetro d (d - 0,5 mm) de forma irregular, que unen el electrodo bajo tensión 25 con el electrodo puesto a tierra 23. La duración t_{1} del frente del impulso de la corriente se selecciona de tal manera que el calentamiento del canal sea iso-córico, es decir, que t_{1} \leq d/a, siendo a la velocidad del sonido en el medio.

La presión aumenta en el canal, alcanza y sobrepasa el valor crítico de formación de una onda de choque que se propaga en dirección radial.

La onda de choque que se propaga ioniza el medio. El canal se ensancha rápidamente, siendo alimentado el plasma por la corriente creciente que le atraviesa.

El impulso presenta una duración t_{2} seleccionada de manera que asegure el paso de la corriente a través de toda la sección del conducto: t_{2} \sim L/a, siendo L la distancia entre las agujas del electrodo bajo tensión. El paso de corriente se interrumpe entonces durante un lapso de tiempo t_{3} inferior o igual al tiempo de relajación (de des-ionización) del medio gaseoso en que ha tenido lugar la descarga. Esta interrupción no permite que la descarga se contraiga y se localice. El tiempo de relajación del sistema depende de las propiedades del medio gaseoso en el que tiene lugar la descarga y de sus parámetros hidrodinámicos. Se selecciona y se optimiza de manera empírica. Durante el funcionamiento del generador de plasma, la excitación del medio resulta homogénea en todo el volumen del plasma, siendo debida la uniformidad, en particular, a la interferencia de las ondas de choque que salen de los diferentes canales.

A titulo de ejemplo, en el caso concreto del paso de una mezcla compuesta de argón (80%) de vapores de HDMS (15%) y de núcleos de hierro (5%), el generador de plasma ha funcionado correctamente en los valores:

t_{1} = 3.10^{-7} segundos

t_{2} = 10^{-5} segundos (L = 5.10^{-3} m)

t_{3} = 10^{-4} segundos

La frecuencia del generador era de 13,56 MHz.

El filtro hidrodinámico 6 dispuesto entre el mezclador y el reactor de plasma está destinado a uniformizar y a estabilizar el flujo de la mezcla gaseosa de forma que le dé un perfil de velocidad V relativamente constante a través de la columna del flujo de gas, tal como se ilustra en la figura 1a. Se constata en la figura 1a que la velocidad V (1) longitudinal de la mezcla gaseosa en la parte del mezclador no es constante, siendo caótico el trazado, mientras que después del paso del filtro hidrodinámico 6, la velocidad longitudinal V (2) de la mezcla gaseosa es prácticamente uniforme, salvo en la periferia P que está ocupada por el gas neutro Q3 introducido por las entradas laterales 12. El gas neutro forma principalmente la capa límite sobre la superficie interna de la pared del reactor, que tiene como efecto, y por una parte el enfriamiento y el aislamiento de la pared del reactor del plasma caliente, por otra parte el alejamiento de los núcleos de la capa límite. El gas en la capa límite está separado del flujo principal y se evacua a la salida del reactor tal como se describe más adelante.

El filtro hidrodinámico consta preferentemente unos pequeños canales longitudinales 17 alineados con la dirección D del flujo de mezcla gaseosa a través del reactor, presentando los canales unas longitudes que pueden variar en función de la distancia que los separa del centro 20 del recinto. Como la longitud L' de los canales influye en la resistencia sobre el flujo gaseoso que atraviesa el filtro, la variación de la longitud de los canales se puede determinar empíricamente en función de la geometría y la anchura de las cámaras 13, 14 y del caudal del flujo. Como la velocidad en el centro de la columna de mezcla gaseosa sería normalmente más elevada que en la periferia, el perfil 22 del filtro hidrodinámico 6 presenta, preferentemente, una forma convexa, tal como la que se muestra en la figura 1 y la figura 1a. El filtro hidrodinámico puede presentar una construcción que se parece a un "nido de abejas" (honey comb).

En la salida del reactor (parte colectora 8), el dispositivo comprende un canal periférico de evacuación 28 dispuesto de manera que sólo se recojan los gases y las partículas Q4 en la periferia del flujo. Esto permite separar los núcleos y los granos de polvo que han fluido a lo largo de la pared en la capa límite, y que han sufrido un tratamiento diferente de los granos en la parte mayor central del flujo en razón de la velocidad de flujo no uniforme en la capa límite, y por la presencia del gas neutro Q3.

La parte colectora 8 puede estar provista de un circuito de refrigeración 30 con el fin de protegerla de una destrucción térmica y de enfriar la mezcla gaseosa y los granos de polvo que salen del reactor y que son recogidos por un filtro u otro separador conocido (no representado) de los sistemas convencionales de fabricación de polvos.

La figura 2 ilustra una segunda forma de realización de un dispositivo de fabricación de polvo de granos compuestos según la invención. En este caso, el dispositivo comprende unos reactores de plasma de pretratamiento separados 4', 4'' en los que son introducidos el gas portador que lleva los núcleos Q1 y el gas de tratamiento Q2, respectivamente. También se puede inyectar un gas neutro Q3 a lo largo de las paredes de cada reactor de pretratamiento para formar la capa límite tal como se ha descrito anteriormente con relación a la forma de realización de la figura 1.

Cada reactor de pretratamiento 4', 4'' está provisto de un filtro hidrodinámico 6 en su entrada para uniformizar el perfil de las velocidades longitudinales de los gases introducidos en estos reactores. La salida de los reactores de pretratamiento comunica con un reactor principal de plasma común en el que se mezclan el gas portador que lleva los núcleos y el gas de tratamiento. Unos elementos o láminas de generación de turbulencia 34 convenientemente enfriados, dispuestos a la salida de los reactores de pretratamiento, crean una turbulencia en los flujos respectivos para asegurar un buen mezclado de los gases de tratamiento y de los núcleos en una parte de la cámara mezcladora a la entrada del reactor principal de plasma 4, y a continuación en la zona de tratamiento 14 del reactor principal.

La longitud del trayecto de los flujos entre los reactores de plasma de pretratamiento 4', 4'' y el reactor principal 4 es tal que los núcleos y gases activados en las zonas de pretratamiento 14' y 14'' no se desactivan (es decir que el tiempo de transporte es inferior al tiempo de relajación).

En la segunda forma de realización, el flujo de gas de tratamiento Q2 y el gas portador que lleva el polvo de núcleos Q1 se introducen, por lo tanto, separados en los reactores de plasma de pretratamiento 4', 4''. Por medio de los filtros hidrodinámicos 6 y del flujo de gases neutros QA3 inyectados en la periferia, son homogeneizados y a continuación entran en las zonas de plasma 14', 14'' en las que son activados. Entonces los dos flujos se juntan. Para asegurar la buena mezcla, son sometidos a turbulencia mediante los dispositivos 34 que perturban el flujo. La mezcla activada penetra en una segunda zona de plasma 14 en la que se efectúa una nueva activación, que cataliza el proceso de deposición de película en los núcleos. En este procedimiento, es importante que el tiempo entre el pretratamiento y la puesta en contacto de las partículas de gas de tratamiento con los núcleos sea inferior al tiempo de relajación de la excitación de los componentes activados mediante el plasma de pretratamiento. La evacuación de los gases y granos de la capa límite, así como la recogida del polvo de los granos compuestos se efectúa como en la forma de realización anterior.

La figura 3 ilustra otra forma de realización de la presente invención. En este caso, se trata de crear una superposición de películas de diferentes composiciones y propiedades físico-químicas sobre el mismo núcleo. Este procedimiento se efectúa en un dispositivo que comprende varias etapas de reactores de plasma 104, 204, 304.

La primera etapa 104 del dispositivo de la figura 3 repite esencialmente las características del dispositivo mostrado en la figura 2. Corriente abajo de la primera etapa 104, se inyecta, en el flujo que contiene los granos recubiertos con una primera capa, un gas de tratamiento Q2' de una nueva composición química, lo que, en la zona de tratamiento de plasma 214 de la segunda etapa 204 permite depositar una nueva capa sobre los granos. El nuevo gas de tratamiento Q2' puede sufrir un pretratamiento (activación) mediante plasma que atraviesa un reactor de plasma de pretratamiento 104'' del dispositivo, dispuesto a la salida de la primera etapa. De una forma similar, se deposita una tercera capa en la zona de tratamiento 314 de la tercera etapa 304, con la inyección de un gas de tratamiento Q2'' de una nueva composición antes del tercer reactor. Tal como en la etapa anterior, el nuevo gas de tratamiento Q2'' puede sufrir un pretratamiento (activación) mediante plasma que atraviesa un reactor de plasma de pretratamiento 204'' del dispositivo, dispuesto a la salida de la segunda etapa. El dispositivo puede presentar unas etapas suplementarias para que el procedimiento se pueda repetir consecutivamente, sobre el núcleo inicial, tantas veces como capas sean necesarias sobre el núcleo inicial.

En los procedimientos según la invención descritos anteriormente, los componentes del plasma que generan la película se seleccionan de manera que las fuerzas de atracción entre las partículas de la película presenten una componente centrípeta que contribuyan a solidificar la estructura de la cubierta de película periférica. Esta componente es por lo tanto mayor cuando la dimensión de los núcleos es pequeña. Sobre todo, es importante en el caso de los polvos de núcleos submicrónicos y nanométricos. En estos últimos casos, para separar bien los granos-núcleos que flotan en un gas de aportación (por ejemplo de argón) y por otra parte para comunicarles un movimiento artificial de vibraciones, que catalice el proceso de deposición, se les puede someter a la acción de vibraciones acústicas, en especial ultra-sónicas. Estas vibraciones se pueden generar mediante un generador exterior, o mediante el mismo plasma, en una forma de generación del plasma por impulsos tal como se describe más adelante.

Para que la deposición de la película sea eficaz, es importante activar (excitar) el gas de tratamiento que contiene los compuestos químicos (por ejemplo mezcla de vapores de hexa-metil-disilasano y de oxígeno). Los electrones del plasma calientan el gas de tratamiento, y por otra parte excitan los átomos y las moléculas, lo cual las descompone para formar los radicales. En el estado excitado, estas partículas activas son muy adecuadas para formar, sobre una superficie sólida, por ejemplo la superficie de los núcleos, una película cuyas propiedades físico-químicas, tales como las propiedades ópticas son diferentes de las propiedades de los núcleos.

Puesto que el procedimiento de deposición de película es un procedimiento que se satura, es decir, que la velocidad de deposición decrece exponencialmente con el espesor, es útil en algunos casos sobrecargar el gas de tratamiento con sus componentes químicos.

En este caso, tendrá lugar una uniformización y una homogeneización automática de los granos compuestos de polvo. Por lo tanto se puede regular ventajosamente el caudal de los gases de tratamiento de manera que funcionen en régimen de saturación. En este caso, el espesor de la capa saturada depositada sobre los núcleos se controla mediante el tiempo de presencia de los núcleos en la zona de tratamiento mediante plasma con el gas de tratamiento activado.

Para mejorar este procedimiento se puede someter a los núcleos iniciales a una excitación previa, ya sea, por ejemplo, calentándolos o sea irradiándolos, o sometiéndolos a la acción de un plasma. En este caso, los electrones del plasma activarán las uniones superficiales de los átomos de la superficie. Éstos se mantendrán excitados durante un tiempo de relajación durante el cual, para que tenga lugar la formación de dicha película, estos núcleos tienen que encontrar las partículas (activadas) del gas de tratamiento.

Es ventajoso, para que el procedimiento sea eficaz, que la energía dedicada a la excitación, especialmente térmica, de los átomos o de las moléculas del gas sea superior a sus respectivas energías de excitación. Las experiencias hechas en el marco de la presente invención muestran que esta energía en la práctica debe ser superior a 0,02 eV/átomo o molécula. Este valor límite de energía dedicada es empírico y se puede estimar experimentalmente de la manera siguiente, en el caso de la excitación mediante plasma:

-

se mide la energía incidente P_{1} de la fuente de corriente,

-

se mide por calorimetría la energía perdida por enfriamiento P_{2},

-

eventualmente se mide por radiometría la energía irradiada P_{3},

-

se mide el caudal G de gas tratado por el plasma.

La relación: (P_{1} - P_{2} - P_{3})\alpha/G, en la que \alpha es el coeficiente de acomodación \sim 10^{-2}, da el valor buscado.

Por otra parte la energía empleada no debe ser superior a la energía de destrucción de los núcleos (por ejemplo, por ablación). Esto significa que la energía empleada por partícula responde a la condición:

E_{dep} \leq (C. \ \Delta T_{destr}. d.G)/(n_{gas}. v_{term}. L.S.\alpha)

en la que:

C es la capacidad térmica del material del núcleo,

\Delta T_{destr} es la temperatura de destrucción de este material (por ejemplo la temperatura de sublimación),

d es el diámetro efectivo del núcleo,

G es el caudal de gas portador de los componentes a través del plasma,

n es la densidad de este gas,

v_{term} es la velocidad térmica de las partículas de este gas,

L es la longitud del reactor,

S es la sección del reactor,

\alpha es el coeficiente de acomodación.

El procedimiento según la invención es ventajoso para obtener unas propiedades físico-químicas especiales, por ejemplo unos efectos ópticos sobre los polvos que son el origen de la fabricación de colores y barnices.

Ejemplo 1

Dispositivo según la figura 1
Polvo de los núcleos	Fe
Gas de aportación de los núcleos	Argón
Gas de tratamiento de hexametildisilazano	Ar + O_{2} + vapores
Plasma	De alta frecuencia, 13,56 MHz, potencia de 35 kW
Diámetro efectivo de los núcleos	700 nm
Caudal de gas a la salida del reactor	G = 10 l/s
Sección del reactor de plasma	S = 6 cm^{2}
Resultado	Formación de una película de SiO_{2}, de un espesor
	de \sim 100 nm en la periferia de los granos de Fe

Ejemplo 2

Dispositivo según la figura 3
Polvo de los núcleos	Fe
Gas de aportación	Argón
Gas de los tratamientos
1^{er} reactor	Ar + O_{2} + vapores de hexametildisilazano
2º reactor	Ar + O_{2} + vapores de tetracloruro de titanio
Plasma
1^{er} reactor	De alta frecuencia, 13,56 MHz, potencia de 30 kW
2º reactor	De alta frecuencia, 13,56 MHz, potencia de 20 kW
3^{er} reactor	Sin funcionamiento
Diámetro efectivo de los núcleos	0,7 \mum
Caudal de gas a la salida	10 l/s
Sección de los reactores	6 cm^{2}
Resultado	Formación en la periferia de los granos de Fe una
	película doble compuesta por:
	1) una capa de SiO_{2}, y de \sim 100 nm de espesor
	2) una capa de TiO_{2}, de \sim 50 nm de espesor

Claims (25)

1. Procedimiento de fabricación de polvo formado por granos compuestos que comprenden un núcleo y una o de varias capas superficiales, que comprende las etapas siguientes: mezcla de los núcleos de granos con un gas de tratamiento plasmoquímico, paso a través de un reactor de plasma principal de un flujo de dicha mezcla de núcleos y de gas de tratamiento, y generación de un plasma, esencialmente a presión atmosférica, uniforme en una zona de tratamiento del reactor principal con el fin de crear una reacción plasmoquímica entre el gas de tratamiento y las superficies de los núcleos para la formación de capas superficiales sobre ellos mientras que el flujo de dicha mezcla atraviesa el reactor.

2. Procedimiento de fabricación de polvo según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de los núcleos es activada previamente antes de la zona de tratamiento mediante plasma del reactor principal.

3. Procedimiento de fabricación de polvo, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la energía de excitación de los átomos o moléculas del gas de tratamiento que genera la capa depositada sobre el núcleo está comprendida entre 0,02 eV por átomo o molécula y la energía de descomposición térmica del núcleo.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el plasma se genera en impulsos cuyo frente, duración y frecuencia son tales que generan unas ondas de choque que generan unas vibraciones acústicas.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se generan unas vibraciones acústicas en el plasma por medio de un generador acústico externo.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los gases de tratamiento y el gas portador que contiene los núcleos se mezclan de manera homogénea corriente arriba de la zona de tratamiento mediante plasma.

7. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque el flujo de mezcla gaseosa se uniformiza antes de su excitación mediante plasma, por medio de un filtro hidrodinámico.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se inyecta un gas neutro a lo largo de las paredes del o de los reactores de plasma para formar una capa límite de gas en la superficie interna de dichas paredes.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el flujo de gas de tratamiento y el flujo de gas portador que lleva los núcleos se excitan separadamente y se ponen en contacto después de su excitación, siendo el tiempo entre la excitación y la puesta en contacto inferior al tiempo de relajación de la excitación de los componentes de los gases y de los núcleos.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el caudal de gas de tratamiento se selecciona de manera que alcance una saturación del proceso de depósito de la capa superficial, sobre los núcleos, siendo el espesor de la capa depositada controlado mediante el tiempo de presencia de los núcleos en la zona de tratamiento mediante plasma con los gases de tratamiento.

11. Dispositivo para la realización de un procedimiento de fabricación de polvo formado por granos compuestos que comprenden un núcleo y una o varias capas superficiales según una de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende un reactor de plasma principal (4, 10, 204, 304) que funciona a presión atmosférica, comprendiendo el reactor un dispositivo de generación de plasma (15) y una cámara (14) que define una zona de tratamiento de plasma a través de la cual fluye un flujo de mezcla de gas de tratamiento plasmoquímico y de los núcleos, y una parte mezcladora (2, 2') corriente arriba de la zona de tratamiento para mezclar los gases de tratamiento y los núcleos llevados por un gas portador, caracterizado porque comprende por lo menos un filtro hidrodinámico (6, 6', 6'') corriente arriba de la zona de tratamiento mediante plasma para uniformizar la velocidad de la mezcla de gas y núcleos que atraviesan el filtro hidrodinámico.

12. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque el filtro hidrodinámico está dispuesto entre la parte mezcladora (2) y la zona de tratamiento mediante plasma (14).

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 11 a 12, caracterizado porque comprende unos reactores de plasma de pretratamiento (4', 4'') corriente arriba del reactor de plasma principal que permiten activar separadamente el flujo de gases de tratamiento y los núcleos llevados por el gas portador.

14. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque cada reactor de plasma de pretratamiento está provisto de uno de dichos filtros hidrodinámicos corriente arriba de su respectiva zona de tratamiento mediante plasma (14', 14'').

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque comprende una o varias fuentes exteriores de vibraciones acústicas.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque el dispositivo generación de un plasma comprende unos medios de generación del plasma por impulsos.

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque comprende unas entradas laterales (12) para la inyección de un gas neutro a lo largo de la superficie interna de la pared del o de los reactores de plasma (4, 4', 4'').

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque comprende una parte colectora (8) a la salida del dispositivo que comprende un canal periférico de evacuación de los gases y de los núcleos que fluyen en la capa límite a lo largo de la superficie interna del reactor.

19. Dispositivo según una de las reivindicaciones 11 a 18, caracterizado porque el filtro hidrodinámico comprende una pluralidad de pequeños canales longitudinales dirigidos en la dirección del flujo a través del reactor al que precede.

20. Dispositivo según una de las reivindicaciones 11 a 19, caracterizado porque el dispositivo de generación de plasma comprende unos electrodos (23, 25) dispuestos a ambos lados de la zona de tratamiento mediante plasma (14), comprendiendo uno de los electrodos unas agujas metálicas (27) distribuidas sobre la superficie del electrodo y dirigidas hacia el otro electrodo, y siendo la fuente de corriente de alta frecuencia HF una fuente de impulsos.

21. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque el reactor de plasma es paralelepipédico, estando dispuestos los electrodos sobre una de las caras opuestas paralelas a la dirección del flujo del gas.

22. Dispositivo según la reivindicación 20, caracterizado porque el reactor de plasma es cilíndrico y se compone de dos electrodos coaxiales, siendo sus ejes paralelos a la dirección del flujo de gas.

23. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque el electrodo central está conectado a la fuente de corriente de alta frecuencia HF a impulsos y comprende las agujas metálicas, estando el electrodo periférico conectado a tierra.

24. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque la longitud de los canales longitudinales es superior en el centro del filtro que alejándose del centro.

25. Dispositivo según la reivindicación 19 ó 24, caracterizado porque los canales están formados por unas paredes delgadas de una estructura esencialmente en forma de nido de abeja.