CN101758227B - 飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属纳米粉的制备方法，具体为一种飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉。解决了现有使用在飞机玻璃座舱内屏蔽电磁、雷达波纳米金属粉末屏蔽效果不完全的问题。在-5℃-0℃的情况下，高频切割次数设定在每分钟5500次-6000次的情况下将原料加工成粉体颗粒形状为球体的专用隐形技术的纳米铁粉，再用分别分选出D3＝21nm D25＝22.1nmD50＝25nm D75＝27.2nm D97＝30.3nm的颗粒分布集中的粉体材料，而后防氧化包覆，表面处理，充磁。解决了离子镀金属反射膜的镀膜和使用中的维护，可以阻断飞机仪器和驾驶员装备飞机驾驶舱外部的电磁波辐射。

Description

飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉

技术领域

本发明涉及一种金属纳米粉的制备方法，具体为一种飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉的。

背景技术

目前国际上主要采用的是离子镀金属反射膜。这项技术主要是防止飞机驾驶员的装备和飞机驾驶舱内的设备反射电磁波，从而被敌人的空中预警机探测到。如果在飞机驾驶舱玻璃上涂敷这层金属反射膜，则飞机驾驶舱内的电磁信号无法反射到飞机之外，敌方发射的探测波更无法进入能够反射电磁回波的座舱内，从而大大减少被发现的概率。此外，座舱各联结点面处，也均经过特殊处理，均将电磁波反射能力减弱到最小。但是在实际使用中，离子镀金属反射膜技术无法达到上述效果，飞机往往在500km---800km就被对方的空中预警机发现或者被对方的地面雷达发现，从而造成了飞机被击落的巨大的损失。为了进一步提高飞机在战斗中的生存能力，减少飞机的损失有必要对离子镀金属反射膜技术进行革命。如果在飞机驾驶舱的玻璃中掺入部分纳米铁粉在不影响机舱玻璃透明性的前提下以形成良好的磁屏蔽玻璃，这样就解决了飞机仪器和驾驶员装备的电磁波外泄和对方雷达波的探测。

目前国际上离子镀金属反射膜技术存在的主要问题有：目前国际上使用的镀金属反射膜技术，一般是用纳米金粉或者纳米银粉采用镀膜方法进行实施。这种方法的主要缺陷是电磁波反射率低，几乎无法阻击μm雷达波，特别是金属镀膜严重影响飞机驾驶舱玻璃的透明度，影响飞机驾驶员的视觉效果，而且成本高效果不好。

专利申请号为2006100481685记载了一种金属纳米粉体零界颗粒切割生产工艺，该专利申请记载了一种全新的零界颗粒切割金属纳米粉体材料工艺，以铁粉为例，步骤包括，将铁粉置于-10℃～+15℃的加工温度状态下，然后对铁粉颗粒进行高速切割，每分钟控制在5000～6000次，然后对切割后的铁粉颗粒已6000转/分钟的高频研磨，再进行物理还原，表面包覆处理，最后分级分选即可得到产品。而且经过发明人的研究发现，在该工艺中提高或者降低加工“切割”频率并相应地调整“加工温度”后生产出的各个不同级别的纳米铁粉或者其它金属粉，而且特性有着明显的区别，经过分级分选和配比后可广泛用于不同行业或领域。该专利申请所记载的技术方案是申请人在纳米金属粉末材料加工技术领域首次提出了“切割”这一加工的概念，利用研磨介质之间的相对高速往复碰撞和摩擦即可将原料金属粉加工至纳米级别，而这种研磨介质之间单位时间内的高速往复运动的次数可以称为“频率”，其对原料的粉碎过程可称为“切割”；并且提出了具体的加工参数，并且通过实践证明了通过设定相应的“切割”频率和控制相应的加工温度就可以加工出优质纳米铁粉这一技术方案。

专利申请号为2006101620469公开了一种金属微、纳米颗粒包覆工艺，该申请的技术方案能在金属粉体材料的表面形成一层厚度为1nm-3nm的高质量防氧化保护层，以下称为“DQ包覆法”。想较传统的纳米金属粉末的包覆工艺，该技术方案包覆率更高，抗氧化时间更长。

发明内容

本发明为了解决现有使用在飞机玻璃座舱内屏蔽电磁、雷达波纳米金属粉末屏蔽效果不完全的问题而提供了一种飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉。

本发明是由以下技术方案实现的，一种飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉，是由以下方法制成，在-5℃——0℃的情况下，高频切割次数设定在每分钟5500次——6000次的情况下将原料加工成粉体颗粒形状为球体的专用隐形技术的纳米铁粉，再用分别分选出D3＝21nm D25＝22.1nm D50＝25nmD75＝27.2nm D97＝30.3nm的颗粒分布集中的粉体材料，而后再用“DQ包覆法”对铁粉颗粒继续厚度为：2nm-3nm的防氧化包覆，将包覆后的粉体材料输入到高速研磨机中进行粉体颗粒的表面处理，再用高磁充磁机对纳米铁粉颗粒进行充磁，使其成为磁场分布均匀的饱磁纳米铁粉颗粒。

本发明技术优势：

1、本发明技术优势一是；在制作飞机驾驶舱玻璃时将饱磁纳米铁粉颗粒按照万分之一比例掺入，使其形成浑然一体，一举解决了离子镀金属反射膜的镀膜和使用中的维护。

2、本发明技术优势二是；因为使用该项技术的主要材料为纳米铁粉，而且铁粉在金属原料中是贱金属，其价格几乎纳米金粉和纳米银粉的数千分之一，再有离子镀金属反射膜的用量一般在千分之一左右，这样算起来本发明技术的成本和离子镀金属反射膜相比可以忽略不计。

3、本发明技术优势三是；利用磁饱和纳米铁粉颗粒制作的飞机驾驶舱玻璃完全可以阻断飞机仪器和驾驶员装备飞机驾驶舱外部的电磁波辐射，同时可以有效地阻止对方空中、地面μm雷达波等探测设施的有效侦查。

4、本发明技术优势四是；在日常的使用中不需要维护，因为磁饱和纳米铁粉颗粒是和玻璃融为一体的，所以在高速飞行后不需要维护和补修。

附图说明

图1为切割机的结构示意图

图2为研磨机结构示意图

图3、4、5为加工得到的金属颗粒的电镜照片

图中1-惰性气体入口、2-进料口、3-冷却水入口、4-机体、5-切割器、6-连杆、7-支架、8-出料口、9-调频振动电机、10-切割机底座、11-振动气囊、12-冷却水入口、13-连杆、14-切割器、15-振动弹簧、16-硬质橡胶垫、17-出料口、18-空心转轴、19-研磨机体、20-被研磨颗粒、21进料气口、22-变频电机、23-机座、24-机架、25-球形研磨体

具体实施方式

实施例1，一种飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉是由以下方法制成，在-5℃的情况下，高频切割次数设定在每分钟6000次的情况下生产、加工粉体颗粒形状为球体的专用隐形技术的纳米铁粉。再用“旋风分级工艺”分别分选出(25nm为例)D3＝21nm D25＝22.1nm D50＝25nm D75＝27.2nmD97＝30.3nm的颗粒分布集中的粉体材料，而后再用“DQ包覆法”对铁粉颗粒继续厚度为：2nm-3nm的防氧化包覆，使其防氧化时间达到90小时以上。

所用切割机如图1所示意，切割机结构包括带有冷却系统的机体4，机体4上设有进料口2、惰性气体入口1，在机体4内(进料口2的下端)设有若干切割刀组，每个切割刀组包括两个工作面相对的切割器5、14，切割器5、14的工作面为锯齿状或锉刀状，两个切割器5、14分别通过各自的连杆6、13和调频振动电机9输出转动部分结合。切割机设计为双重振动系统，外振动设计为气囊式振动装置，内部振动系统设计为弹簧振动装置。调频振动电动机，采用调频的方式进行振动频率的控制，通过调整电机的转速1500传/分——6000传/分，可以使振动频率控制在1500次/分——6000次/分，达到设计要求的无限切割——“零界颗粒切割法”。切割机在工作时，内部设计加入惰性气体来保持加工温度的恒定，同时在夹层中加入冷却水进行设定的温度加工。其工作原理是通过调频电机带动每个切割刀组的两个切割器做相对运动，使两个切割器的工作面相对运动，然后其表面的锯齿状或锉刀状突起部位相互运动，将进料口加入的80目-100目左右的大直径原料金属颗粒不断地摩擦、碰撞、挤压，最后达到的效果是使大颗粒的金属颗粒分割为小直径颗粒物体。切割器的表面就像锉刀表面的结构一样，其间隙是可以调整的，以便适应原材料颗粒的大小。切割机工作开始后，金属颗粒粉不规则颗粒在两个切割器之间由上向下运动过程中被进行了N次切割的，当然调频电机转速越高，单位时间内金属颗粒被切割的几率也越大，其加工出来的小直径颗粒的金属颗粒的分布概率也越大，分选起来也更容易。一般要经过六次循环切割才能达到80％以上的纳米金属粉体颗粒。

防氧化包覆过程，金属粉体材料在温度(100℃-310℃)和有保护气体(N)的环境下进行生产、加工的同时要加入13％——16％(体积比)的纯氧气，在金属粉体颗粒表面形成厚度为2nm——3nm的氧化层，然后在高温隧道炉中，将温度调整到350℃-510℃之间，金属粉体颗粒材料在此温度情况下，表面氧化层结构开始软化，在密封的状况下，按4∶6比例注入露点≤6的惰性气体N和He，注入时间控制在30分钟——45分钟，让惰性气体充分渗透到金属粉体材料表面的氧化层中。

如图2所示意的研磨机，包括机架24，变频电机22，机架24上通过空心转轴18设有空心的研磨机体19，研磨机体19上设有进料进惰性气口21，出料口17，研磨机体19内设有若干研磨球25。如图中八面研磨机的工作原理是，利用变频电动机来控制研磨机的转速(1000转/分——6000转/分)，利用八角机体的角度，来达到金属类球体颗粒的270度不停的反转，从而达到经过研磨后的粉体颗粒表面光滑球体颗粒。因为从切割机加工出来的金属颗粒，一般是不规则的类球体，经过八角研磨机内部的球形研磨体的研磨，不规则的类球体就会成为表面光滑的球体颗粒。工作时候将切割好的金属微粒和惰性气体加入研磨机体内，然后开动电机带动研磨机体翻转，研磨球之间的相互碰撞即可将金属微粒研磨成球状微粒，其表面形状可以随时间的加长而逐渐变的光滑。在本工艺中只需要将其研磨为表面不光滑的略球状即可。研磨机在进料的同时设计输入惰性气体，来保持加工过程中的温度稳定。

根据隐形技术的特点，将包覆后的粉体材料输入到高速研磨机中进行粉体颗粒的表面处理，使其达到粉体颗粒材料表面光滑、球体浑圆。

如图3、4所示意的照片中显示，金属颗粒的直径范围从数十到数百纳米不等，这就需要采用气流分选技术分选出颗粒分布相对集中的产品。利用金属微粒的受力表面积和金属微粒在受抛射力情况下的抛物曲线以及铁粉颗粒在容器中的自重下落速度、时间。利用人工风力和速度在密闭容器中对直径不同的铁粉颗粒进行有效的分级。具体的分选工艺是：首先开动负压电机在分级设备的容器中形成负压状态，而后分别开启分级器电机在密闭容器中形成轴流旋风。负压将需要分级的铁粉限量吸入第一密闭容器，在轴流旋风中分选出颗粒直径最大的金属颗粒，剩余金属颗粒进入第二密闭容器，在大于第一轴流旋风中分级出所需铁粉颗粒，顺序二、三、四级进行逐级分级，这样可以同时得到各个颗粒分布区间(100μm——10nm)相对集中的金属微粒产品。结合本发明技术方案来说，通过调整风流大小和分级容器的数量就可以得到相应的产品，当然实际操作中还要不断地先初步分选，然后仪器检测产品规格，然后反馈调整机械参数，使加工机械能够稳定地分选出产品。分选的目的之一就是将符合要求的产品分选出来，比要求小的可以直接进入下一个程序，比要求大的产品将返回上一道工序再一次进行切割，其二是选择出要求的产品，达不到要求的产品将通过分选设备返回到上一工序，再次切割。

根据磁屏蔽玻璃的要求，用高磁充磁机对纳米铁粉颗粒进行充磁，使其成为磁场分布均匀的饱磁纳米铁粉颗粒。

实施例2，一种飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉是由以下方法制成，在0℃的情况下，高频切割次数设定在每分钟5500次的情况下生产、加工粉体颗粒形状为球体的专用隐形技术的纳米铁粉。再用“旋风分级工艺”分别分选出(25nm为例)D3＝21nm D25＝22.1nm D50＝25nm D75＝27.2nmD97＝30.3nm的颗粒分布集中的粉体材料，而后再用“DQ包覆法”对铁粉颗粒继续厚度为：2nm-3nm的防氧化包覆，使其防氧化时间达到90小时以上。

根据隐形技术的特点，将包覆后的粉体材料输入到高速研磨机中进行粉体颗粒的表面处理，使其达到粉体颗粒材料表面光滑、球体浑圆。

根据磁屏蔽玻璃的要求，用高磁充磁机对纳米铁粉颗粒进行充磁，使其成为磁场分布均匀的饱磁纳米铁粉颗粒。

实施例3，一种飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉是由以下方法制成，在-3℃的情况下，高频切割次数设定在每分钟5750次的情况下生产、加工粉体颗粒形状为球体的专用隐形技术的纳米铁粉。再用“旋风分级工艺”分别分选出(25nm为例)D3＝21nm D25＝22.1nm D50＝25nm D75＝27.2nmD97＝30.3nm的颗粒分布集中的粉体材料，而后再用“DQ包覆法”对铁粉颗粒继续厚度为：2nm-3nm的防氧化包覆，使其防氧化时间达到90小时以上。

根据隐形技术的特点，将包覆后的粉体材料输入到高速研磨机中进行粉体颗粒的表面处理，使其达到粉体颗粒材料表面光滑、球体浑圆。

根据磁屏蔽玻璃的要求，用高磁充磁机对纳米铁粉颗粒进行充磁，使其成为磁场分布均匀的饱磁纳米铁粉颗粒。

Claims (3)

1.一种飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉，其特征是由以下方法制成，在-5℃——0℃的情况下，高频切割次数设定在每分钟5500次——6000次的情况下将原料加工成粉体颗粒形状为球体的专用隐形技术的纳米铁粉，再用分别分选出D3＝21nm D25＝22.1nm D50＝25nm D75＝27.2nmD97＝30.3nm的颗粒分布集中的粉体材料，而后再用“DQ包覆法”对铁粉颗粒继续厚度为：2nm-3nm的防氧化包覆，将包覆后的粉体材料输入到高速研磨机中进行粉体颗粒的表面处理，再用高磁充磁机对纳米铁粉颗粒进行充磁，使其成为磁场分布均匀的饱磁纳米铁粉颗粒；

所述“DQ包覆法”的步骤为：金属粉体材料在温度为100℃-310℃和有保护气体N₂的环境下进行生产、加工的同时要加入13％-16％的纯氧气，在金属粉体颗粒表面形成厚度为2nm-3nm的氧化层，然后在高温隧道炉中，将温度调整到350℃-510℃之间，金属粉体颗粒材料在此温度情况下，表面氧化层结构开始软化，在密封的状况下，按4∶6比例注入露点≤6的惰性气体N和He，注入时间控制在30分钟-45分钟，让惰性气体充分渗透到金属粉体材料表面的氧化层中。

2.根据权利要求1所述的飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉，其特征是：在-3℃的情况下，高频切割次数设定在每分钟5750次的情况下将原料加工成粉体颗粒形状为球体的专用隐形技术的纳米铁粉。

3.一种加工如权利要求1、2所述飞机玻璃座舱内电磁、雷达波屏蔽专用纳米铁粉的切割机，其特征在于：结构包括带有冷却系统的机体(4)、支架(7)、切割机底座(10)、振动气囊(11)、振动弹簧(15)，机体(4)上设有进料口(2)、出料口(17)、惰性气体入口(1)，在机体(4)内设有若干切割刀组，每个切割刀组包括两个工作面相对的切割器(5、14)，切割器(5、14)的工作面为锯齿状或锉刀状，两个切割器(5、14)分别通过各自的连杆(6、13)和调频振动电机(9)输出转动部分结合。

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