CN101607315B - 螺旋送丝逆流式电爆法金属纳米粉制取设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺旋送丝逆流式电爆法金属纳米粉制取设备。该设备包括主机装置I、收集装置II、真空装置III、风送装置IV、水冷却装置V、送丝装置VI；所述的主机装置I设置在支架上面，收集装置II、真空装置III、风送装置IV、水冷却装置V通过管路和插板阀连接形成闭合的回路，主机装置I内设置有送丝装置VI。本发明设备结构合理、安全可靠、操作简便、适用范围广、产量高、原材料和能源利用率高、环保无污染、粉体粒径均匀，既可以生产纯金属纳米粉、也可以生产合金纳米粉。只要纯金属、合金能被拉制成丝材，就能采用这种设备制取各种纯金属、合金纳米粉的产业化生产，适当简化也可用于实验室金属、合金纳米粉体的制取。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用高压电爆炸原理制取金属纳米粉的设备，具体的说是一种螺旋送丝逆流式电爆法金属纳米粉制取设备。
背景技术
纳米科技是21世纪最富有活力、最富有挑战性的新科技。在纳米尺度范围内的物质具备很多宏观物质所不具备的新特性。在纳米尺度空间认识自然，进行技术和产品的创新是一种崭新的生产方式和工作方式，它与传统的工作方式截然不同，已经对社会进步、经济发展、国家安全和人民生活水平的提高产生深远的影响。许多科学家都预言纳米科技是继蒸气机技术、电气化技术和微电子技术之后又一次引导新产业革命的主导技术。在某种意义上说，纳米技术不但是高科技领域的制高点，也将决定一个国家、一个民族在未来政治、经济竞争中的地位。因此，世界各国都对发展纳米技术给予了高度的重视，发达国家纷纷制订纳米科技的发展战略。
金属纳米粉已经被应用于材料、电子、信息、航空、航天、环境和能源、医药、军工、制造业等领域，可用于新型高容量磁性材料、高效催化剂、磁流体、吸波材料、高效助燃剂的制备。制取金属纳米粉的方法有溅射法、微波能法、电弧法、激光法、化学法等，这些方法各有其优点和不足，但主要缺点是或者能源利用率低、产出率低、或者存在污染和安全问题，适应于产业化生产的技术和设备目前还不完善。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用金属丝材为原料，采用电爆炸方式连续生产金属、合金纳米粉体，即可以用于实验室中的科学研究，更适用于产业化生产，能源利用率高，粉体粒径均匀，安全可靠，操作简便，环保无污染的螺旋送丝逆流式电爆法金属纳米粉制取设备。
本发明制取金属纳米粉的原理是：金属丝在3.8～6万伏高压电的作用下瞬间短路产生爆炸，爆炸瞬间金属丝在高压、高温的作用下处于熔融状态并蒸发为纳米级金属烟雾，然后由惰性气体冷却，收集冷却的金属烟雾就可以获得金属纳米粉。
本发明的目的是这样实现的：
该设备包括主机装置I、收集装置II、真空装置III、风送装置IV、水冷却装置V、送丝装置VI；所述的主机装置I设置在支架上面，收集装置II、真空装置III、风送装置IV、水冷却装置V通过管路和插板阀连接形成密闭回路系统，主机装置I内部设置有送丝装置VI。
所述的主机装置I爆炸室的排风口通过排风口、管路、插板阀、和第一收集仓的进气口相连，第一收集仓的出风口和第二收集仓的进风口相连，并依次和第三收集仓、第四收集仓、高压真空风机串联；高压真空风机的进风口和第四收集仓的出风口经插板阀、管路连接；高压真空风机出风口经水冷却器、管路、插板阀、进风管和主机装置I连接；水冷却装置V位于支架下面，通过管路与主机装置I、第一收集仓、第二收集仓、第三收集仓、第四收集仓连接。
所述的主机装置I为双层水冷结构，它包括接线室、绝缘室、一级绝缘子、一级等离子开关、排气阀、二级等离子开关、二级绝缘子、爆炸室、极靶、钨极、送丝管、原料仓、排风口、金属丝、空气过滤器。位于主机装置I左侧的接线室和绝缘室相连，绝缘室通过一级绝缘子与等离子室相连，等离子室内部有一级等离子开关、二级等离子开关，上部有排气阀，下部有空气过滤器；爆炸室通过二级绝缘子与等离子室相连，极靶位于二级绝缘子中间，和二级等离子开关相连；钨极立式放置于爆炸室内，送丝管和原料仓相连，原料仓和爆炸室相连，位于主机装置I右侧；原料仓内有送丝装置VI。
所述的收集装置II包括第一收集仓、第二收集仓、第三收集仓、第四收集仓、包装箱；真空装置III包括电机、真空泵、真空表座；风送装置IV包括电机高压真空风机；水冷却装置V包括冷却泵、管路、分流器等。
所述的送丝装置VI位于原料仓之内，在两个支架中间有送丝管前支架、S型送丝管、送丝管后支架、上带轮、送丝盘、皮带、下带轮、送丝电机、滚轮、滚轮电机、视镜；送丝盘位于支架右侧，S型送丝管由送丝管前、后支架支承并和上带轮连接，金属丝经送丝盘、S型送丝管、滚轮、进入送丝管；下带轮和送丝电机直联，滚轮电机和滚轮直联；视镜在原料仓右侧。
所述的主机装置I进风口位于进风管下侧、爆炸室上侧，排风口位于爆炸室下侧，其下面与过滤网、废料室相连；进气口位于第一收集仓的上侧面，出风口位于第一收集仓的顶部；过滤网位于出风口底侧，下面有轮盘、齿轮，齿轮和手轮相连，转动手轮可带动齿轮、轮盘、转轴、刮板转动，可清除吸附在过滤网和内壁的粉体。其中进风口、过滤网、废料室、排风口、管路、插板阀、进气口、第一收集仓、出风口、过滤网、轮盘、齿轮、手轮、转轴、刮板构成主机装置I的进风、出渣及一级收集装置。
本发明设备结构合理、安全可靠、操作简便、适用范围广、产量高、原材料和能源利用率高、环保无污染、粉体粒径均匀，既可以生产纯金属纳米粉、也可以生产合金纳米粉。只要纯金属、合金能被拉制成丝材，就能采用这种设备制取各种纯金属、合金纳米粉的产业化生产，适当简化也可用于实验室金属、合金纳米粉体的制取。
附图说明
图1、2为螺旋送丝逆流式电爆法金属纳米粉制取设备整体结构示意图
图3为本发明主机装置结构示意图
图4为本发明主机装置进风、出渣及一级收集仓部分结构示意图
图5、6为本发明送丝装置结构示意图
图7为本发明电源的原理框图
图8为本发明电控工艺流程图
具体实施方式：
如附图1、2所示，本设备包括主机装置I、收集装置II、真空装置III、风送装置IV、水冷却装置V、送丝装置VI。主机装置I设置在支架26上面，通过管路依次和第一收集仓4、第二收集仓8、第三收集仓9、第四收集仓11、高压真空风机14串联；收集装置II包括第一收集仓4、第二收集仓8、第三收集仓9、第四收集仓11、包装箱12；真空装置III包括电机16、真空泵17、真空表座19；风送装置IV包括电机13、高压真空风机14。高压真空风机14的进气口通过管路15和第四收集仓11的出气口10经插板阀7连接，出气口经水冷却器5、管路3、插板阀2、进风管1和主机装置I连接。水冷却装置V位于支架18下面，由冷却泵24、管路25、分流器18、管路组成，通过管路与主机装置I、第一收集仓4、第二收集仓8、第三收集仓9、第四收集仓11连接，对这些装置进行循环水冷却。
如附图3所示，主机装置I包括接线室27、绝缘室28、一级绝缘子29、一级等离子开关30、排气阀31、二级等离子开关32、二级绝缘子33、爆炸室21、极靶34、钨极35、送丝管36、原料仓37、排风口22、金属38、空气过滤器39；位于主机装置I左侧的接线室27和绝缘室28相连，绝缘室28通过一级绝缘子29与等离子室相连，等离子室内部有一级等离子开关30、二级等离子开关32，上部有排气阀31，下部有空气过滤器39；爆炸室21通过二级绝缘子33与等离子室相连，极靶34位于二级绝缘子33中间，和二级等离子开关32相连；钨极35立式放置于爆炸室21内，送丝管36和原料仓37相连，原料仓37和爆炸室21相连，位于主机装置I右侧，原料仓37内有送丝装置VI。主机装置I为双层水冷结构，通过循环冷却水冷却主机室，控制设备温升。
如附图4所示，主机进风、除渣及一级收集装置包括主机进风口20、过滤网51、废料室23、排风口50、管路49、插板阀48、进气口40、第一收集仓4、出风口41、过滤网42、轮盘43、齿轮44、手轮45、转轴46、刮板47。主机进风口20位于进风管1下侧，排风口22位于爆炸室下侧，其下面与过滤网51、废料室23相连；主机装置I通过排风口50、管路49、插板阀48、进气口40与第一收集仓4相连。进气口40位于第一收集仓4上侧面，出风口41位于第一收集仓4顶部，过滤网42位于出风口41底侧，下面有轮盘43、齿轮44；齿轮44和手轮45相连，转动手轮45可带动齿轮44并驱动轮盘43转动，由安装在轮盘43上的刮板清除吸附在过滤网42上的粉体，轮盘43转动时通过转轴46带动刮板47转动，可清除吸附在收集仓内部的粉体。
如附图5、6所示，送丝装置位于原料仓37之内，在两个支架60中间有送丝管前支架52、S型送丝管53、送丝管后支架54、上带轮55、送丝盘56、皮带57、下带轮58、送丝电机59、滚轮61、滚轮电机62。送丝盘56位于支架60右侧，S型送丝管53由送丝管前支架52、送丝管后支架54支承和上带轮55连接，金属丝38经送丝盘56、S型送丝管53、滚轮61、进入送丝管36。送丝电机59和下带轮58直联，通过皮带57带动上带轮55和S型送丝管53转动，实现金属38的校直。滚轮电机62驱动滚轮61旋转，将夹在两个滚轮之间的金属丝38经送丝管36送入爆炸室21。调整滚轮电机62转速可调整滚轮61转速，从而调节送丝速度，控制爆炸频率。
设备工作过程为：金属38在通过送丝装置校直后经送丝管36进入爆炸室21，在极靶34和钨极35间短路爆炸。在高压、高温的作用下处于熔融状态并蒸发为纳米级金属烟雾，惰性工作气体由爆炸室21上部主机进风口20进入，带动金属烟雾从爆炸室下侧的排风口22经过滤网51滤掉大颗粒废料，然后依次进入第一收集仓4、第二收集仓8、第三收集仓9、第四收集仓11并逐渐在四个收集仓内沉积。经过气雾分离的惰性工作气体经水冷却器5冷却，回到高压真空风机14，经高压真空风机加压后重新进入电爆炸室，工作气体循环使用。
第1收集仓4、第二收集仓8、第三收集仓9、第四收集仓11的底部有包装箱12，沉积在几个收集仓的金属纳米粉体可以通过阀门进入包装箱并在包装箱内进行真空包装。
本设备严格密闭，工作前要由真空装置对整个设备进行抽真空，然后充入惰性工作气体。在设备管路上有多个插板阀，用于根据工作需要通、断管路。
本设备配有水冷却装置V，通过循环水冷却主机装置和收集仓，主机装置和收集仓为双层结构。同时，水冷却装置通过水冷却器对循环使用的惰性工作气体降温。
本设备电气系统由电源、高能电容、电气控制和检测装置等组成。电源部分采用高速可控硅整流获得高压直流电，由开关电路把高压直流电转成高频脉动直流电，由电容器蓄能；控制系统采用可编程控制器自动控制。电爆电源的电气原理图见图7，电控工艺流程见图8。
Claims (5)
1.一种螺旋送丝逆流式电爆法金属纳米粉制取设备，该设备包括主机装置(I)、收集装置(II)、真空装置(III)、风送装置(IV)、水冷却装置(V)、送丝装置(VI)；所述的主机装置(I)设置在支架(26)上面，收集装置(II)、真空装置(III)、风送装置(IV)、水冷却装置(V)通过管路和插板阀连接形成密闭回路系统，主机装置(I)内部设置有送丝装置(VI)，其特征在于：所述的主机装置(I)爆炸室(21)的排风口(22)通过管路和第一收集仓(4)的进气口(40)相连，第一收集仓(4)的出气口(41)和第二收集仓(8)的进气口相连，并依次和第三收集仓(9)、第四收集仓(11)、高压真空风机(14)串联；高压真空风机(14)的进气口经管路(15)、插板阀(7)和第四收集仓(11)的出气口(10)连接，出气口经水冷却器(5)、管路(3)、插板阀(2)、进风管(1)和主机装置(I)连接；整个设备为密闭系统；水冷却装置(V)位于支架(26)下面，通过管路与主机装置(I)、第一收集仓(4)、第二收集仓(8)、第三收集仓(9)、第四收集仓(11)连接。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋送丝逆流式电爆法金属纳米粉制取设备，其特征在于：所述的收集装置(II)包括第一收集仓(4)、第二收集仓(8)、第三收集仓(9)、第四收集仓(11)、包装箱(12)；真空装置(III)包括电机(16)、真空泵(17)、真空表座(19)；风送装置(IV)包括电机(13)、高压真空风机(14)；水冷却装置(V)包括冷却泵(24)、管路(25)、分流器(18)、管路。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋送丝逆流式电爆法金属纳米粉制取设备，其特征在于：所述的主机装置(I)为双层水冷结构，它包括接线室(27)、绝缘室(28)、一级绝缘子(29)、一级等离子开关(30)、排气阀(31)、二级等离子开关(32)、二级绝缘子(33)、爆炸室(21)、极靶(34)、钨极(35)、送丝管(36)、原料仓(37)、排风口(22)、金属丝(38)、空气过滤器(39)；位于主机装置(I)左侧的接线室(27)和绝缘室(28)相连，绝缘室(28)通过一级绝缘子(29)与等离子室相连，等离子室内部有一级等离子开关(30)、二级等离子开关(32)，上部有排气阀(31)，下部有空气过滤器(39)；爆炸室(21)通过二级绝缘 子(33)与等离子室相连，极靶(34)位于二级绝缘子(33)中间，和二级等离子开关(32)相连；钨极(35)立式放置于爆炸室(21)内，送丝管(36)和原料仓(37)相连，原料仓(37)和爆炸室(21)相连，位于主机装置(I)右侧，原料仓(37)内有送丝装置(VI)。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋送丝逆流式电爆法金属纳米粉制取设备，其特征在于：所述的主机装置(I)进风口(20)位于进风管(1)下侧、爆炸室(21)上侧，排风口(22)位于爆炸室(21)下侧，其下面与过滤网(51)、废料室(23)相连；主机装置(I)通过排风口(50)、管路(49)、插板阀(48)、进气口(40)与第一收集仓(4)相连；进气口(40)位于第一收集仓(4)上侧面，出风口(41)位于第一收集仓(4)顶部，过滤网(42)位于出风口(41)底侧，下面有轮盘(43)、齿轮(44)；齿轮(44)和手轮(45)相连；其中进风口(20)、过滤网(51)、废料室(23)、排风口(50)、管路(49)、插板阀(48)、进气口(40)、第一收集仓(4)、出风口(41)、过滤网(42)、轮盘(43)、齿轮(44)、手轮(45)、转轴(46)、刮板(47)构成主机装置(I)的进风、出渣及一级收集仓部分。
5.根据权利要求1所述的一种螺旋送丝逆流式电爆法金属纳米粉制取设备，其特征在于：所述的送丝装置(VI)位于原料仓(37)之内，在两个支架(60)中间有送丝管前支架(52)、S型送丝管(53)、送丝管后支架(54)、上带轮(55)、送丝盘(56)、皮带(57)、下带轮(58)、送丝电机(59)、滚轮(61)、滚轮电机(62)；送丝盘(56)位于支架(60)右侧，S型送丝管(53)由送丝管前支架(52)、送丝管后支架(54)支承和上带轮(55)连接，金属丝(38)经送丝盘(56)、S型送丝管(53)、滚轮(61)、进入送丝管(36)；下带轮(58)和送丝电机(59)直联，滚轮电机(62)和滚轮(61)直联。
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