CN106807310A - 一种电爆炸法制取纳米粉末的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电爆炸法制取纳米粉末的设备，属于纳米材料制备领域，目的在于解决现有纳米粉体生产设备对于高压部分的绝缘结构和绝缘材料要求严苛的问题。该设备包括纳米粉体反应机构、电爆炸产生机构、与纳米粉体反应机构相配合的送丝机构、冷风机、第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管等。本发明通过电极产生瞬间高压，使得爆炸反应腔内的物料发生反应，生成相应的纳米颗粒。同时，由于结构的改进，使得本发明的设备工作电压低于25KV，高压部分对高压结构及耐压材料要求极低。同时，本发明的原料为丝状材料、非绝缘体即可，具有原料来源广泛、适应性强的特点，对各种能形成丝状且非绝缘体的材料具有良好的普适性。

Description

一种电爆炸法制取纳米粉末的设备

技术领域

本发明涉及材料制备领域，尤其是纳米粉体材料制备领域，具体为一种电爆炸法制取纳米粉末的设备。本发明是一种用于生产纳米粉体的专业设备，更具体地是一种采用电爆炸法制取纳米粉体的设备。

背景技术

通常，尺度范围在1—100nm，且呈现出与常规材料有显著差别的特殊物理化学效应的材料，被称之为纳米材料。纳米材料的基本单元或组成单元可以由原子团簇、纳米微粒、纳米线、纳米管或纳米膜组成。纳米材料具有量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等物理效应，金属纳米材料的原子和电子结构不同于化学成分相同的金属粒子，具有不同于宏观物体和单个原子的磁、光、电、声、热、力及化学等方面的奇异特性。

目前，制备纳米材料的方法主要包括：气相合成、液相合成和固相合成三大类。其中，最为普遍的是气体冷凝法、电弧法、爆炸丝法、激光法及化学还原等方法。然而，国内利用这些方法生产纳米粉的设备很少，且生产效率较低，存在结构复杂、操作和使用不便等缺点。

工业上现目前的主要采用蒸发冷凝法制备纳米粉末，但利用这些方法生产纳米粉的设备存在如下问题：

1）结构复杂，操作和使用不便；

2）对设备高压部分的绝缘结构和绝缘材料要求严苛；

3）所生产粉体材料的种类较少，难以采用高熔点的金属、合金进行纳米粉末的制备；

4）现有设备生产的粉体粒度分布不均匀，亚微米级的粉体颗粒较多，生产的合金粉体成份分布不均，且与原材料组份差别较大，生产的粉体粒度不可控；

5）粉体的分级收集装置分辨率较低，难以实现纳米级粉体的分级收集。

为此，迫切需要一种新的装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种电爆炸法制取纳米粉末的设备。本发明通过电极产生瞬间高压，使得爆炸反应腔内的物料发生反应，生成相应的纳米颗粒。同时，由于结构的改进，使得本发明的设备工作电压低于25KV，远低于现有设备上百千伏的高压，高压部分对高压结构及耐压材料要求极低。同时，本发明的原料为丝状材料、非绝缘体即可，尤其适用于金属、合金纳米粉体或者超细粉体的制备，具有原料来源广泛、适应性强的特点，对各种能形成丝状且非绝缘体的材料具有良好的普适性。另外，本发明通过各部件之间的相互配合，能实现对粉体产品的有效分级收集，尤其是对纳米粉体的分级收集，有效简化后续分离收集程序，具有显著的进步意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电爆炸法制取纳米粉末的设备，包括纳米粉体反应机构、电爆炸产生机构、与纳米粉体反应机构相配合的送丝机构、冷风机、第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管、一级粉末收集装置、第四管道、第三绝缘管、第五管道、第四绝缘管、第六管道、旋风分离器、二级粉末收集装置、粉末收集桶、三级粉末收集装置、气体循环机构，所述送丝机构设置在纳米粉体反应机构上；

所述纳米粉体反应机构包括爆炸反应腔、爆炸进风口、爆炸出风口、锥形分流器，所述爆炸进风口、爆炸出风口分别设置在爆炸反应腔上，所述锥形分流器设置在爆炸进风口内且锥形分流器的大口端朝向爆炸反应腔，所述爆炸反应腔下端设置有一级出料口，所述一级出料口与一级粉末收集装置相连；

所述电爆炸产生机构包括高压电源、与高压电源相连的控制系统、充电电阻、电容、电极、绝缘极柱、设置在爆炸反应腔内壁上的极柱底板、与极柱底板相配合的极柱盖板，所述高压电源依次通过控制系统、充电电阻、电容与电极相连成回路，所述绝缘极柱、电极分别为两组且电极设置在绝缘极柱内，所述绝缘极柱穿过极柱底板并与极柱盖板相配合且通过极柱底板并与极柱盖板的配合能将绝缘极柱固定设置在爆炸反应腔上；

所述冷风机的出风口依次通过第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管与爆炸进风口相连且冷风机产生的冷气能依次通过第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管、爆炸进风口、锥形分流器进入爆炸反应腔中；

所述爆炸出风口依次通过第四管道、第三绝缘管、第五管道、第四绝缘管、第六管道与旋风分离器相连，所述旋风分离器的下端与二级粉末收集装置相连；

所述旋风分离器的上端与粉末收集桶相连，所述粉末收集桶的下端与三级粉末收集装置相连；

所述粉末收集桶通过气体循环机构与冷风机相连且粉末收集桶中的气体能经气体循环机构返回冷风机中进行冷却并形成气体循环回路。

还包括螺纹插销，所述螺纹插销穿过绝缘极柱且螺纹插销能使上电极、下电极中的一个或两个相对绝缘极柱固定。换言之：螺纹插销能使上电极相对绝缘极柱固定，和/或螺纹插销能使下电极相对绝缘极柱固定。

所述绝缘极柱的外缘上设置有第一卡槽，所述第一卡槽内设置有与第一卡槽相配合的O型密封圈且极柱盖板通过与第一卡槽、O型密封圈之间的相互配合能使极柱盖板相对爆炸反应腔密封。

所述绝缘极柱为中空柱体，所述绝缘极柱内部设置有依次相连的第一腔体、第二腔体，所述第一腔体位于绝缘极柱靠近爆炸反应腔的一侧且第一腔体的内径大于第二腔体的内径，所述第二腔体位于绝缘极柱远离爆炸反应腔的一侧；

所述电极上位于靠近爆炸反应腔的一端设置有与第一腔体相配合的定位凸起，所述电极上还设置有紧固螺帽且通过定位凸起与紧固螺母的相互配合能使绝缘极柱相对爆炸反应腔密封。

所述第一腔体内还设置有第二卡槽，所述第二卡槽内设置有与其相配合的O型密封圈且极柱盖板通过与第二卡槽、O型密封圈之间的相互配合能使电极相对绝缘极柱密封。

所述充电电阻为水电阻，所述水电阻通过外接冷却管接入冷风机的冷风管中且水电阻能通过冷风机进行冷却。

所述一级出料口为锥形出料口。

所述一级粉末收集装置、二级粉末收集装置、三级粉末收集装置分别包括依次相连的连接阀门、抽气阀门、连接阀门、抽气阀门、收集瓶，所述抽气阀门包括抽气阀体、设置在抽气阀体上的气管接口。通过气管接口，能向气管接口中进行冲气、抽气操作。

所述一级粉末收集装置、二级粉末收集装置或三级粉末收集装置中，连接阀门与抽气阀门之间、抽气阀门与收集瓶之间分别通过卡箍相连。

还包括设置在爆炸反应腔上的反应观察窗。

所述旋风分离器、粉末收集桶下端分别呈锥形。

还包括用于支撑纳米粉体反应机构的第一固定支撑台架。

还包括用于支撑粉末收集桶的第二固定支撑台架。

所述气体循环机构为涡流气泵。

所述气体循环机构包括循环风机腔体、设置在循环风机腔体上的上盖板、设置在上盖板上的第一电机、设置在上盖板上的磁流体密封件、引风叶轮，所述循环风机腔体与上盖板构成循环机构主体，所述循环风机腔体上分别设置有循环进风口、用于与冷风机相连的循环出风口，所述第一电机通过磁流体密封件与引风叶轮相连且第一电机通过磁流体密封件能带动引风叶轮转动。

所述循环进风口与循环出风口相垂直。

所述第三连接管、第四连接管上还设置有连接阀门。

所述连接阀门为卫生球阀。

所述锥形分流器与爆炸进风口的内壁相连且爆炸进风口能够为锥形分流器提供支撑。

所述粉末收集桶包括收集桶盖板、设置在收集桶盖板上的第二电机、与收集桶盖板相连的收集桶筒体、过滤筒、支撑架，所述第二电机与过滤筒相连且第二电机能带动过滤筒相对收集桶筒体转动，所述支撑架设置在收集桶筒体内且过滤筒能相对支撑架转动。

还包括设置在支撑架上的支撑轴承，所述过滤筒通过支撑轴承与支撑架相连。

所述支撑架呈十字型。

所述粉末收集桶还包括用于与气体循环机构相连的出气管，所述出气管位于滤筒内。

还包括设置在爆炸反应腔上的送丝支撑装置，所述送丝机构通过送丝支撑装置与爆炸反应腔相连。

所述送丝机构包括固定板、丝盘架、导向组件、矫直机构、出丝口、设置在固定板上的送丝轴承、送丝轮、压紧轮、设置在固定板上的压紧螺杆、螺杆座、调节螺杆、导丝座、导丝管，所述丝盘架、导向组件、矫直机构分别设置在固定板上且丝盘架上的金属丝经导向组件导向后能进入矫直机构中进行矫直，所述出丝口设置在矫直机构下方且矫直机构矫直后的金属丝能通过出丝口输出；

所述送丝轮与送丝轴承相连且送丝轮在驱动装置的带动下能相对送丝轴承转动，所述压紧轮上设置有压紧轴承，所述压紧螺杆的一端与固定板相连，所述压紧螺杆的另一端与压紧轴承相连；

所述螺杆座设置在固定板上，所述调节螺杆的一端与螺杆座螺纹连接，所述调节螺杆的另一端与压紧螺杆相连；所述调节螺杆上设置有调节弹簧且调节弹簧能对压紧螺杆进行压紧；

所述导丝管设置在导丝座上，所述导丝管位于压紧轮和送丝轮出丝的正下方。

还包括送丝装置底座、与爆炸反应腔相配合的导丝柱，所述导丝柱设置在送丝装置底座上且送丝装置底座能够为导丝柱提供支撑，所述导丝柱分别与送丝机构、爆炸反应腔相连。

所述导丝柱分别与导丝管、爆炸反应腔相连。

所述固定板与送丝支撑装置相连。

所述出丝口呈锥形。

所述出丝口与矫直机构之间采用螺纹连接。

所述送丝轮的外径与压紧轮的外径相同。

所述导向组件包括设置在固定板的导向座、设置在导向座上的导向轮。

所述矫直机构包括上轴承座、设置在上轴承座上的上轴承、下轴承座、设置在下轴承座上的下轴承、安装座、矫直辊，所述上轴承座、下轴承座分别设置在固定板上，所述安装座的两端分别与上轴承、下轴承相连且安装座能相对上轴承座、下轴承座转动；

所述矫直辊沿其径向设置有若干个V形丝槽，所述矫直辊为两列，所述矫直辊并列设置在安装座上，所述安装座上设置有用于驱动装置带动安装座相对下轴承座转动的连接件。

所述出丝口设置在安装座下方，且出丝口与安装座之间采用活动连接。

所述连接件为齿轮。

还包括与齿轮相配合的伞齿轮轴。

所述矫直辊为至少三个。

所述矫直辊为七个且矫直辊均匀设置为两列。

还包括设置在安装座上的腰型孔，至少一列矫直辊通过腰型孔与安装座相连。

所述上轴承座、下轴承座分别采用聚四氟乙烯材料制备而成。

所述上轴承与下轴承的尺寸相同。

还包括能带动连接件转动的驱动装置。

还包括设置在送丝机构上的送丝进料窗。

针对前述问题，本发明提供一种电爆炸法制取纳米粉末的设备。本发明设备的工作原理如下：在一定的气体介质环境下，对金属导体沿轴线方向瞬间施加直流高电压，在其内部形成高密度的脉冲电流使得金属导体在焦耳热作用下熔化、气化、膨胀爆炸，产生冲击波，驱使金属蒸气高速运动，有时会与气体介质发生化学反应，在气体介质碰撞下急速冷却形成超细粒子。本发明具有能量转换率高、工艺参数可调等优点，并对各种能够形成丝状具有一定导电能力的材料具有良好的普适性。与其他方法相比较，本发明所制备的纳米微粒具有较高的内部储能和化学活性。

该装置包括纳米粉体反应机构、电爆炸产生机构、与纳米粉体反应机构相配合的送丝机构、冷风机、第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管、一级粉末收集装置、第四管道、第三绝缘管、第五管道、第四绝缘管、第六管道、旋风分离器、二级粉末收集装置、粉末收集桶、三级粉末收集装置、气体循环机构，送丝机构设置在纳米粉体反应机构上。纳米粉体反应机构包括爆炸反应腔、爆炸进风口、爆炸出风口、锥形分流器，爆炸进风口、爆炸出风口分别设置在爆炸反应腔上，锥形分流器设置在爆炸进风口内且锥形分流器的大口端朝向爆炸反应腔，爆炸反应腔下端设置有一级出料口，一级出料口与一级粉末收集装置相连。

采用该方式，冷风机产生的冷气经出风口后流出，并依次经第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管通过爆炸进风口进入爆炸反应腔中进行电爆炸反应。其中，锥形分流器设置在爆炸进风口内且锥形分流器的大口端朝向爆炸反应腔，采用该方式，锥形分流器能够起到分流的作用，避免气流直接作用于电爆炸中心区域，同时为电爆炸产生粉体提供冷却环境。

申请人研究发现，由于电爆炸法制备纳米粉体所需电压较高，对于设备高压部分的绝缘结构和绝缘材料要求严苛；为此，本申请发明人采用第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管，及第三绝缘管、第五管道、第四绝缘管的相互配合方式，有效避免了漏电情况的发生。若仅仅在爆炸反应腔的两端单独设置一个绝缘管，即使采用本发明长度3倍以上的绝缘管，也无法避免漏电情况的发生。因此，前述结构是降低本发明对设备高压部分的绝缘结构和绝缘材料要求的关键。

在反应过程中，送丝机构将含有一定硬度的材料加工成金属丝，并送入爆炸反应腔中进行反应。

同时，电爆炸产生机构包括高压电源、与高压电源相连的控制系统、充电电阻、电容、电极、绝缘极柱、设置在爆炸反应腔内壁上的极柱底板、与极柱底板相配合的极柱盖板，高压电源依次通过控制系统、充电电阻、电容与电极相连成回路，绝缘极柱、电极分别为两组且电极设置在绝缘极柱内，绝缘极柱穿过极柱底板并与极柱盖板相配合且通过极柱底板并与极柱盖板的配合能将绝缘极柱固定设置在爆炸反应腔上。采用该方式，通过电极产生瞬间高压，使得爆炸反应腔内的物料发生反应，生成相应的纳米颗粒。由于结构的改进，使得本发明的设备工作电压低于25KV，远低于现有设备上百千伏的高压，高压部分对高压结构及耐压材料要求极低。

爆炸出风口依次通过第四管道、第三绝缘管、第五管道、第四绝缘管、第六管道与旋风分离器相连，旋风分离器的下端与二级粉末收集装置相连。另外，旋风分离器的上端与粉末收集筒相连，粉末收集桶的下端与三级粉末收集装置相连。

本发明中，采用气体作为冷却介质、物料传输介质，通过旋风分离器、粉末收集桶的相互配合，实现物料的三级分离、回收，从而无需进行二次分离。而部分未分离的粉末则由粉末收集桶依次通过气体循环机构、冷风机返回爆炸反应腔中。

该装置工作时，抽真空、充保护气，再打开气体循环机构和冷风机，待温度降低到要求的温度时，开启电爆炸产生机构中的高压脉冲电路，再打开送丝机构，即开始制粉。本发明中，能通过调节送丝机构的送丝速度、升压速度、电压大小，来控制电爆炸的频率和粉体的粒径，进而满足不同粒径纳米粉体的制备。

更具体地，该装置工作时，打开气体循环机构、冷风机、粉末收集桶开关，待温度降低到要求的温度时，开启电爆炸产生机构的高压升压器，待电压升至设定值，打开送丝机构，原材料经送丝机构进入爆炸反应腔，经气化冷凝形成纳米粉体；较大的、团聚较严重的颗粒经自然沉降进入一级粉末收集装置，而超细粉体在循环气流带动下，进入旋风分离器，并在旋风分离器中进行二次分离，二次分离的纳米粉体则进入二级粉末收集装置中；旋风分离器无法收集的纳米粉体跟随气流进入粉末收集桶，并在粉末收集桶中进行三次分离，三次分离的纳米粉体则进入三级粉末收集装置中；极少部分未被收集的粉末经气体循环机构跟随气流流过冷风机，经锥形分流器再次进入爆炸反应腔；本发明在爆炸进风口内设置的锥形分流器，减少了爆炸区域流入的风量，减小了因循环风带入细小粉末颗粒的可能性。本发明能通过调节送丝装置的送丝速度、丝材的直径、工作电压大小、电容充电时间快慢、冷却温度、锥形判分流器的形状，来控制纳米粉的粒径和产量。

进一步，本发明的送丝机构由导向轮、矫直机构、出丝口、送丝轮、导丝管、压紧螺杆、压紧轮、丝盘架、伞齿轮轴、送丝轴承和固定板等部件组成。其中，导向轮套入轮座中，再通过螺栓将轮座固定在固定板正面上端；下方为矫直机构和出丝口，矫直机构由上轴承座、齿轮、安装座、矫直辊和下轴承座组成，出丝口固定在下轴承座上；出丝口下方固定送丝轮和压紧轮，压紧螺杆推紧压紧轮，使得压紧轮和送丝轮切点正好对准出丝口；再在下方螺栓固定导丝管座，导丝管插入导丝管座中。丝盘架用螺栓固定在固定板背面上端，丝盘轴与固定板平行；矫直机构通过普通齿轮和伞齿轮传动，伞齿轮轴末端连接可调速电动机，控制矫直机构的旋转速度；送丝轴承末端也连接可调速电动机，控制送丝轮的送丝速度；固定板位于固定板底部，与固定板和送丝机构外壳底板通过螺栓连接，将固定板固定在送丝机构腔体内。

工作过程中，丝盘中心插入丝盘轴，放置于丝盘架上，金属丝通过导向组件进入矫直机构，矫直机构通过矫直辊对金属丝材进行挤压，使其改变直线度。当丝材被咬入矫直辊之间后，丝材会受到前方送丝轮的牵引不断地做直线运动，配合着矫直机构整体的旋转，使得金属丝受力点呈360°螺旋状分布，从而使丝材承受各横纵向压力以致其形变，最终达到矫直的目的；再从导丝管送出，保证输送稳定。

本发明在送丝机构之前设置一个矫直机构，让金属丝从丝盘引出，先经过导向轮进入矫直机构，再进入送丝机构。采用该结构，既能保证金属丝的矫直质量，又能保证金属丝的输送稳定，传送过程中不会发生打结或是缠绕等状况，提高了工作效率。

本发明中，通过调节伞齿轮轴和送丝轴承连接的电动机转速，可改变矫直机构的旋转速度和送丝轮的送丝速度。根据不同金属丝的直径、强度和韧性来调节矫直机构中矫直辊的间距和电动机转速，从而达到矫直并输送不同金属丝的目的，增加了本实用新型的适用范围。

本发明中，送丝机构简单合理，结合了丝材的矫直和输送，效率高，操作调节方便，保证了工作的稳定和安全。

同时，还包括送丝装置底座、导丝柱，导丝柱设置在送丝装置底座上且送丝装置底座能够为导丝柱提供支撑，导丝柱分别与送丝机构、爆炸反应腔相连。进一步，导丝柱分别与导丝管、爆炸反应腔相连。

本发明提供一种电爆炸法制取纳米粉末的设备，其结构简单、合理，操作、使用方便，无需复杂的密封、转动系统；且基于结构的改进，使得高压部分对高压结构及耐压材料要求极低，同时，由于整体饥结构的改进，使得设备工作电压低于25KV，远低于现有设备上百千伏的高压；另外，本发明对原材料的适应性强，对各种能形成丝状且非绝缘体的材料具有良好的普适性，均能制成纳米粉体；本发明的电爆炸法制取纳米粉末的设备能实现对产品粒径的有效控制，可分为30nm、60nm、100nm、500nm、1μm等几个主要分布区，产品粒径分布集中；对于合金粉末产品，采用本发明能实现合金元素均匀分布，且粉体元素组成和原材料元素组成相当，相对现有合金材料，具有显著的进步；另外，本发明通过各部件之间的相互配合，能实现对粉体产品的有效分级收集，尤其是对纳米粉体的分级收集，具有显著的进步意义。

与现有技术相比，本发明具有如下优点。

1）本发明中，本发明的设备中（1）设备使用的材料范围广，制备纳米粉体的原料为丝状材料、非绝缘体即可，尤其适用于金属、合金纳米粉体或者超细粉体的制备，具有原料来源广泛，应用前景好的特点。

2）本发明中，通过调节送丝机构的送丝速度、电爆炸产生机构的电压等，能有效调整粉末的粒径、产量，粒度范围可以从纳米级调整至微米级，且各阶段粒度分布较窄，具有较好的应用前景。

3）本发明中，粉末收集系统能有效收集传统旋风分离器无法收集的纳米级粉体，并能有效筛分布袋、滤网等收集器不能区分的微米粉和纳米粉，且无需反吹系统，能够有效简化整体的结构，降低生产成本。

4）本发明在爆炸进风口内设置有锥形分流器，以降低极少数未被收集的粉体对爆炸反应腔材料蒸汽成核的影响，有助于粉体的均匀，提高纳米粉体的均匀性，有效保证纳米粉体材料质量的稳定性。

5）本发明中，系统动密封部件采用磁流体密封，有效避免传统橡胶、石墨、盘绳等密封方式局部破损，所导致系统气密性被破坏的现象。

6）本发明系统内部无轴承等易因粉尘进入而受损的部件，有效增加系统的可靠性。

7）本发明系统内部采用全程冷气循环，有效保证整个管道和爆炸反应腔内充满冷气，从而更好的达到所需的低温环境，有效保证电爆炸蒸汽快速、均匀成核结晶，减小大颗粒出现的可能，同时，低温系统使本发明制备的粉体较其他设备制备的粉体温度更低，减小了粉体自燃的可能性，有效提升系统的安全性。

8）本发明中，一、二、三级粉末收集装置分别包括依次相连的连接阀门、抽气阀门、连接阀门、抽气阀门、收集瓶，其中，抽气阀门包括抽气阀体、设置在抽气阀体上的气管接口。工作循环系统抽真空和充保护气时，第一个连接阀门打开，第二个连接阀门关闭，从气管接口处进行抽真空或是充保护气。制粉完成时，关闭第一个连接阀门，打开第二个连接阀门，从气管接口处接入保护气体，再关闭第二个连接阀门，直接将第二个连接阀门和收集瓶一起移入手套箱或是钝化装置中。收集瓶采用螺纹连接，其他部件全部采用卡扣连接，方便拆卸。

9）本发明中各部件有机结合，管道多为卡扣连接，各装置用螺栓紧固，方便拆卸，结构简单、合理，布局得当，能有效节省空间和原料，也方便操纵和使用。本发明的生产效率高，自动化程度高，且生产出的纳米粉纯度高，粒径小，化学活性高，具有较高的应用价值，值得大规模推广和应用。

附图说明

图1为实施例1中装置的结构示意图；

图2为实施例1中装置的俯视示意图；

图3为实施例1中爆炸反应腔的剖视图；

图4为图1中循环风机A-A剖面图；

图5为实施例1中送丝机构的底面剖视图；

图6为实施例1中爆炸反应腔的后视图；

图7为实施例1中极柱盖板的剖视图；

图8为实施例1中极柱盖板的主视图；

图9为实施例1中绝缘极柱的结构示意图；

图10为实施例1中绝缘极柱的后视图；

图11为实施例1中送丝机构的主视图；

图12为实施例1中送丝机构的左视图；

图13为实施例1中送丝机构的俯视图。

图中标记：1、冷风机，2、第一绝缘管，3、第二绝缘管，4、连接阀门，5、锥形分流器，6、爆炸反应腔，7、送丝装置底座，8、送丝机构，9、送丝进料窗，10、送丝支撑装置，11、反应观察窗，12、第三绝缘管，13、第四绝缘管，14、旋风分离器，15、粉末收集桶，17、第一电机，18、磁流体密封件，19、引风叶轮，20、循环风机腔体，24、抽气阀门，27、收集瓶，28、二级粉末收集装置，29、一级粉末收集装置，30、三级粉末收集装置，32、电源和控制系统，33、电容，34、充电电阻，36、导丝柱，38、下电极，39、上电极，40、极柱盖板，41、绝缘极柱，42、极柱底板，43、紧固螺母，45、第二卡槽，46、第一卡槽，47、螺纹插销，48、爆炸进风口，49、爆炸出风口，61、导向轮，62、矫直机构，63、出丝口，64、送丝轮，65、导丝管，66、压紧螺杆，67、压紧轮，68、丝盘架，69、伞齿轮轴，70、送丝轴承，71、固定板。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图所示，本实施例的电爆炸法制取纳米粉末的装置包括纳米粉体反应机构、电爆炸产生机构、与纳米粉体反应机构相配合的送丝机构、冷风机、第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管、一级粉末收集装置、第四管道、第三绝缘管、第五管道、第四绝缘管、第六管道、旋风分离器、二级粉末收集装置、粉末收集桶、三级粉末收集装置、气体循环机构。其中，送丝机构设置在纳米粉体反应机构上。

本实施例中，纳米粉体反应机构包括爆炸反应腔、爆炸进风口、爆炸出风口、锥形分流器，爆炸进风口、爆炸出风口分别设置在爆炸反应腔上，锥形分流器设置在爆炸进风口内且锥形分流器的大口端朝向爆炸反应腔，爆炸反应腔下端设置有一级出料口，一级出料口与一级粉末收集装置相连。

电爆炸产生机构包括高压电源、与高压电源相连的控制系统、充电电阻、电容、电极、绝缘极柱、设置在爆炸反应腔内壁上的极柱底板、与极柱底板相配合的极柱盖板，高压电源依次通过控制系统、充电电阻、电容与电极相连成回路，绝缘极柱、电极分别为两组且电极设置在绝缘极柱内，绝缘极柱穿过极柱底板并与极柱盖板相配合且通过极柱底板并与极柱盖板的配合能将绝缘极柱固定设置在爆炸反应腔上。本实施例中，电极包括上电极、下电极，上电极、下电极分别通过绝缘极柱与爆炸反应腔相连，绝缘极柱采用绝缘材料制成，具有绝缘的作用。

同时，绝缘极柱的外缘上设置有第一卡槽，第一卡槽内设置有与第一卡槽相配合的O型密封圈且极柱盖板通过与第一卡槽、O型密封圈之间的相互配合能使极柱盖板相对爆炸反应腔密封。绝缘极柱与爆炸反应腔通过在第一卡槽内放置O型圈，经极柱盖板压紧在极柱底板上起到密封作用。

进一步，本实施例中，绝缘极柱为中空柱体，绝缘极柱内部设置有依次相连的第一腔体、第二腔体，第一腔体位于绝缘极柱靠近爆炸反应腔的一侧且第一腔体的内径大于第二腔体的内径，第二腔体位于绝缘极柱远离爆炸反应腔的一侧。电极上位于靠近爆炸反应腔的一端设置有与第一腔体相配合的定位凸起，电极上还设置有紧固螺帽且通过定位凸起与紧固螺母的相互配合能使绝缘极柱相对爆炸反应腔密封。采用该方式，绝缘极柱背面紧固螺帽拉紧电极，形成挤压，从而起到密封作用。作为优选，第一腔体内还设置有第二卡槽，第二卡槽内设置有与其相配合的O型密封圈且极柱盖板通过与第二卡槽、O型密封圈之间的相互配合能使电极相对绝缘极柱密封。

本实施例中，还包括螺纹插销，螺纹插销穿过绝缘极柱，且螺纹插销能使上电极、下电极中的分别相对绝缘极柱固定。采用该方式，能够有效防止电极旋转。

冷风机的出风口依次通过第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管与爆炸进风口相连且冷风机产生的冷气能依次通过第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管、爆炸进风口、锥形分流器进入爆炸反应腔中。爆炸出风口依次通过第四管道、第三绝缘管、第五管道、第四绝缘管、第六管道与旋风分离器相连，旋风分离器的下端与二级粉末收集装置相连。本实施例中，第三连接管呈锥形渐扩状（即第三连接管为锥形渐扩管），第四连接管呈锥形渐缩状（即第四连接管为锥形渐缩管）。本发明中，通过锥形分流器的形状、尺寸能控制进入爆炸反应腔核心区的粉尘浓度和气体流量、流速。本实施例中，爆炸反应腔上还设置有反应观察窗。

本实施例中，还包括送丝装置底座、与爆炸反应腔相配合的导丝柱，导丝柱设置在送丝装置底座上且送丝装置底座能够为导丝柱提供支撑，导丝柱分别与送丝机构、爆炸反应腔相连。导丝柱设置在爆炸反应腔上盖板中心，以便送丝机构送丝，爆炸反应腔上盖板通过送丝装置底座、送丝支撑装置与送丝机构相连，送丝机构侧面开有可拆卸送丝进料窗。

同时，旋风分离器的上端与粉末收集桶相连，粉末收集桶的下端与三级粉末收集装置相连。

本实施例中，一级粉末收集装置、二级粉末收集装置、三级粉末收集装置分别包括依次相连的连接阀门、抽气阀门、连接阀门、抽气阀门、收集瓶，抽气阀门包括抽气阀体、设置在抽气阀体上的气管接口。通过气管接口，能向气管接口中进行冲气、抽气操作。一级粉末收集装置、二级粉末收集装置或三级粉末收集装置中，连接阀门与抽气阀门之间、抽气阀门与收集瓶之间分别通过卡箍相连。

一级出料口为锥形出料口，旋风分离器下端呈锥形。本实施例中，第三连接管、第四连接管上还设置有连接阀门；作为优选，连接阀门选用卫生球阀。

其中，粉末分离收集筒为空心管状，下端为锥形口。本实施例中，粉末收集桶包括收集桶盖板、设置在收集桶盖板上的第二电机、与收集桶盖板相连的收集桶筒体、过滤筒、支撑架，第二电机与过滤筒相连且第二电机能带动过滤筒相对收集桶筒体转动，支撑架设置在收集桶筒体内且过滤筒能相对支撑架转动。进一步，还包括设置在支撑架上的支撑轴承，过滤筒通过支撑轴承与支撑架相连，支撑架呈十字型。本实施例中，粉末收集桶还包括用于与气体循环机构相连的出气管，出气管位于滤筒内。

粉末收集桶通过气体循环机构与冷风机相连，且粉末收集桶中的气体能经气体循环机构返回冷风机中进行冷（即涡流气泵的出气口再与冷风机进气口相连），却并形成气体循环回路，从而形成一套密闭循环的系统。

本实施例中，气体循环机构包括循环风机腔体、设置在循环风机腔体上的上盖板、设置在上盖板上的第一电机、设置在上盖板上的磁流体密封件、引风叶轮，循环风机腔体与上盖板构成循环机构主体，循环风机腔体上分别设置有循环进风口、用于与冷风机相连的循环出风口，第一电机的转轴通过磁流体密封件与引风叶轮相连且第一电机通过磁流体密封件能带动引风叶轮转动。其中，循环进风口与循环出风口相垂直；采用该方式，不仅有利于缩小设备的整体体积，而且有利于仅使较小的纳米粉末返回爆炸反应腔中，保证爆炸反应腔内成核反应的有效进行，同时，还能使粒径稍大的颗粒提留在循环风机腔体中，甚至返回粉末收集桶中，实现纳米粉末的有效分级收集。本实施例中，循环风机腔体为蜗壳构型，引风叶轮与蜗壳同心，通过键槽和螺丝固定在磁流体密封件的轴上。同时，磁流体密封件通过螺丝固定在循环风机腔体上盖板上，上盖板通过法兰及螺栓与循环风机腔体相连，其连接部分采用O型圈密封；磁流体密封件上端通过联轴器与第一电机相连，第一电机通过螺丝固定在电机座上，电机座通过螺丝固定在上盖板上。进一步，本实施例中，气体循环机构可以为涡流气泵。同时，本实施例中，还包括用于支撑纳米粉体反应机构的第一固定支撑台架、用于支撑粉末收集桶的第二固定支撑台架。

进一步，充电电阻为水电阻，水电阻通过外接冷却管接入冷风机的冷风管中且水电阻能通过冷风机进行冷却。爆炸反应腔背后设有电容，电容一侧为水电阻（即充电电阻），水电阻通过外接冷却管接入冷风管，粉末收集桶旁设有控制系统，高压电源经控制系统用高压电缆与充电电阻（水电阻）相连，再经高压电缆与电容相连，电容经高压电缆与电极相连，形成回路。

本实施例中，送丝机构包括固定板、丝盘架、导向组件、矫直机构、出丝口、设置在固定板上的送丝轴承、送丝轮、压紧轮、设置在固定板上的压紧螺杆、螺杆座、调节螺杆、导丝座、导丝管，丝盘架、导向组件、矫直机构分别设置在固定板上且丝盘架上的金属丝经导向组件导向后能进入矫直机构中进行矫直，出丝口设置在矫直机构下方且矫直机构矫直后的金属丝能通过出丝口输出。其中，送丝轮与送丝轴承相连且送丝轮在驱动装置的带动下能相对送丝轴承转动，压紧轮上设置有压紧轴承，压紧螺杆的一端与固定板相连，压紧螺杆的另一端与压紧轴承相连。螺杆座设置在固定板上，调节螺杆的一端与螺杆座螺纹连接，调节螺杆的另一端与压紧螺杆相连。调节螺杆上设置有调节弹簧且调节弹簧能对压紧螺杆进行压紧。导丝管设置在导丝座上，导丝管位于压紧轮和送丝轮出丝的正下方。

本实施例中，导向组件包括设置在固定板的导向座、设置在导向座上的导向轮；出丝口呈锥形，送丝轮的外径与压紧轮的外径相同。

同时，矫直机构包括上轴承座、设置在上轴承座上的上轴承、下轴承座、设置在下轴承座上的下轴承、安装座、矫直辊，上轴承座、下轴承座分别设置在固定板上，安装座的两端分别与上轴承、下轴承相连且安装座能相对上轴承座、下轴承座转动。

矫直辊沿其径向设置有若干个V形丝槽，矫直辊为两列，矫直辊并列设置在安装座上，安装座上设置有用于驱动装置带动安装座相对下轴承座转动的连接件。本实施例中，连接件采用齿轮。

出丝口设置在安装座下方，且出丝口与安装座之间采用活动连接。

本实施例中，还包括与齿轮相配合的伞齿轮轴，驱动机构通过伞齿轮轴与齿轮的相互配合能带动矫直机构转动。

本实施例中，上轴承座、下轴承座分别采用聚四氟乙烯材料制备而成，上轴承与下轴承的尺寸相同。

工作过程中，丝盘中心插入丝盘轴，放置于丝盘架上，金属丝通过导向轮进入矫直机构，矫直机构通过矫直辊对金属丝材进行挤压使其改变直线度。当丝材被咬入矫直辊之间后，丝材会受到前方送丝轮的牵引不断地做直线运动，配合着矫直机构整体的旋转，使得金属丝受力点呈360°螺旋状分布，从而使丝材承受各横纵向压力以致其形变，最终达到矫直的目的；再从导丝管送出。

通过调节伞齿轮轴和送丝轴承连接的电动机转速可改变矫直机构的旋转速度和送丝轮的送丝速度。根据不同金属丝的直径、强度和韧性来调节矫直机构中矫直辊的间距和电动机转速，从而达到矫直并输送不同金属丝的目的。

该装置工作时，从控制系统中打开循环风机、冷风机、粉末收集桶开关，待温度降低到要求的温度时，开启高压升压器，打开送丝机构，原材料经送丝机构进入爆炸反应腔，经气化冷凝形成纳米粉体，较大的团聚较严重的颗粒经自然沉降进入一级收集装置，超细粉体在循环气流带动下，进入旋风分离器，旋风分离器无法收集的纳米粉体跟随气流进入粉末收集桶，极少部分未被收集的粉末经循环风机跟随气流流过冷风机经锥形分流器再次进入爆炸反应腔。在爆炸进风口内设置锥形分流器，减少了爆炸区域流入的风量，减小了因循环风带入细小粉末颗粒的可能性，整套设备可通过调节送丝机构的送丝速度、丝材的直径、工作电压大小、电容充电时间快慢、冷却温度、锥形判分流器的形状，来控制纳米粉的粒径和产量。

装填材料时，先关闭爆炸反应腔两端连接阀门、关闭一级粉末收集装置靠近收集瓶处的球阀，打开一级粉末收集装置两个连接阀门之间的抽气阀门，放掉爆炸反应腔内部压力，打开送丝机构的送丝进料窗，安放好材料后，关闭送丝进料窗，经抽气阀门将爆炸反应腔抽至真空，再经抽气阀门充入保护气，后而后打开所有连接阀门即可。

取产品时，关闭所有取的收集装置上的所有球阀，而后打开两个连接阀门之间的抽气阀门，松开打开后的抽气阀门下端的卡箍，将连接阀门和收集罐移入手套箱内加工。

连接阀门有良好的气密性，整个设备循环管道中均采用连接阀门作为开关，且在一、二、三级粉末收集装置中设置两个连接阀门和带阀门的气管接口，即保证了整个系统的气密性，又方便循环系统抽真空和冲保护气，也方便收集瓶的装取。

整个设备的各个的装置的连接和组装均采用卡扣连接或螺栓连接，方便拆卸。各个设备由控制电路控制，自动化程度高。

本发明的电爆炸法制取纳米粉末的设备，结构简单合理，操作和使用方便，无需复杂的密封、转动系统，高压部分对高压结构及耐压材料要求极低，设备工作电压低于25KV，远低于现有设备上百千伏的高压，且本发明的设备对原材料的适应性强，对各种能形成丝状且非绝缘体的材料具有良好的普适性，均能制成纳米粉体；本发明的电爆炸法制取纳米粉末的专用设备可以实现对产品粒径的有效控制，可分为30nm、60nm、100nm、500nm、1μm等几个主要分布区，产品粒径分布集中，对于合金粉末产品，本发明的设备可实现合金元素均匀分布、粉体元素组成和原材料元素组成相当；本发明的电爆炸法制取纳米粉末的专用设备可以实现对粉体产品的有效分级收集，尤其是对纳米粉体的分级收集。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种电爆炸法制取纳米粉末的设备，其特征在于，包括纳米粉体反应机构、电爆炸产生机构、与纳米粉体反应机构相配合的送丝机构、冷风机、第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管、一级粉末收集装置、第四管道、第三绝缘管、第五管道、第四绝缘管、第六管道、旋风分离器、二级粉末收集装置、粉末收集桶、三级粉末收集装置、气体循环机构，所述送丝机构设置在纳米粉体反应机构上；

所述纳米粉体反应机构包括爆炸反应腔、爆炸进风口、爆炸出风口、锥形分流器，所述爆炸进风口、爆炸出风口分别设置在爆炸反应腔上，所述锥形分流器设置在爆炸进风口内且锥形分流器的大口端朝向爆炸反应腔，所述爆炸反应腔下端设置有一级出料口，所述一级出料口与一级粉末收集装置相连；

所述电爆炸产生机构包括高压电源、与高压电源相连的控制系统、充电电阻、电容、电极、绝缘极柱、设置在爆炸反应腔内壁上的极柱底板、与极柱底板相配合的极柱盖板，所述高压电源依次通过控制系统、充电电阻、电容与电极相连成回路，所述绝缘极柱、电极分别为两组且电极设置在绝缘极柱内，所述绝缘极柱穿过极柱底板并与极柱盖板相配合且通过极柱底板并与极柱盖板的配合能将绝缘极柱固定设置在爆炸反应腔上；

所述冷风机的出风口依次通过第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管与爆炸进风口相连且冷风机产生的冷气能依次通过第一连接管、第一绝缘管、第二连接管、第二绝缘管、第三连接管、爆炸进风口、锥形分流器进入爆炸反应腔中；

所述爆炸出风口依次通过第四管道、第三绝缘管、第五管道、第四绝缘管、第六管道与旋风分离器相连，所述旋风分离器的下端与二级粉末收集装置相连；

所述旋风分离器的上端与粉末收集桶相连，所述粉末收集桶的下端与三级粉末收集装置相连；

所述粉末收集桶通过气体循环机构与冷风机相连且粉末收集桶中的气体能经气体循环机构返回冷风机中进行冷却并形成气体循环回路。

2.根据权利要求1所述电爆炸法制取纳米粉末的设备，其特征在于，所述绝缘极柱为中空柱体，所述绝缘极柱内部设置有依次相连的第一腔体、第二腔体，所述第一腔体位于绝缘极柱靠近爆炸反应腔的一侧且第一腔体的内径大于第二腔体的内径，所述第二腔体位于绝缘极柱远离爆炸反应腔的一侧；

所述电极上位于靠近爆炸反应腔的一端设置有与第一腔体相配合的定位凸起，所述电极上还设置有紧固螺帽且通过定位凸起与紧固螺母的相互配合能使绝缘极柱相对爆炸反应腔密封。

3.根据权利要求2所述电爆炸法制取纳米粉末的设备，其特征在于，所述第一腔体内还设置有第二卡槽，所述第二卡槽内设置有与其相配合的O型密封圈且极柱盖板通过与第二卡槽、O型密封圈之间的相互配合能使电极相对绝缘极柱密封。

4.根据权利要求1-3任一项所述电爆炸法制取纳米粉末的设备，其特征在于，所述充电电阻为水电阻，所述水电阻通过外接冷却管接入冷风机的冷风管中且水电阻能通过冷风机进行冷却。

5.根据权利要求1-4任一项所述电爆炸法制取纳米粉末的设备，其特征在于，所述一级粉末收集装置、二级粉末收集装置、三级粉末收集装置分别包括依次相连的连接阀门、抽气阀门、连接阀门、抽气阀门、收集瓶，所述抽气阀门包括抽气阀体、设置在抽气阀体上的气管接口。

6.根据权利要求1-5任一项所述电爆炸法制取纳米粉末的设备，其特征在于，所述气体循环机构包括循环风机腔体、设置在循环风机腔体上的上盖板、设置在上盖板上的第一电机、设置在上盖板上的磁流体密封件、引风叶轮，所述循环风机腔体与上盖板构成循环机构主体，所述循环风机腔体上分别设置有循环进风口、用于与冷风机相连的循环出风口，所述第一电机通过磁流体密封件与引风叶轮相连且第一电机通过磁流体密封件能带动引风叶轮转动。

7.根据权利要求1-6任一项所述电爆炸法制取纳米粉末的设备，其特征在于，所述粉末收集桶包括收集桶盖板、设置在收集桶盖板上的第二电机、与收集桶盖板相连的收集桶筒体、过滤筒、支撑架，所述第二电机与过滤筒相连且第二电机能带动过滤筒相对收集桶筒体转动，所述支撑架设置在收集桶筒体内且过滤筒能相对支撑架转动。

8.根据权利要求1所述电爆炸法制取纳米粉末的设备，其特征在于，还包括设置在爆炸反应腔上的送丝支撑装置，所述送丝机构通过送丝支撑装置与爆炸反应腔相连。

9.根据权利要求1-8任一项所述电爆炸法制取纳米粉末的设备，其特征在于，所述送丝机构包括固定板、丝盘架、导向组件、矫直机构、出丝口、设置在固定板上的送丝轴承、送丝轮、压紧轮、设置在固定板上的压紧螺杆、螺杆座、调节螺杆、导丝座、导丝管，所述丝盘架、导向组件、矫直机构分别设置在固定板上且丝盘架上的金属丝经导向组件导向后能进入矫直机构中进行矫直，所述出丝口设置在矫直机构下方且矫直机构矫直后的金属丝能通过出丝口输出；

所述送丝轮与送丝轴承相连且送丝轮在驱动装置的带动下能相对送丝轴承转动，所述压紧轮上设置有压紧轴承，所述压紧螺杆的一端与固定板相连，所述压紧螺杆的另一端与压紧轴承相连；

所述螺杆座设置在固定板上，所述调节螺杆的一端与螺杆座螺纹连接，所述调节螺杆的另一端与压紧螺杆相连；所述调节螺杆上设置有调节弹簧且调节弹簧能对压紧螺杆进行压紧；

所述导丝管设置在导丝座上，所述导丝管位于压紧轮和送丝轮出丝的正下方。

10.根据权利要求9所述电爆炸法制取纳米粉末的设备，其特征在于，还包括送丝装置底座、与爆炸反应腔相配合的导丝柱，所述导丝柱设置在送丝装置底座上且送丝装置底座能够为导丝柱提供支撑，所述导丝柱分别与送丝机构、爆炸反应腔相连。