CN108405873A - 一种纳米金属微粉制备方法及其制备系统 - Google Patents

一种纳米金属微粉制备方法及其制备系统 Download PDF

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    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/14—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes using electric discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Abstract

本发明涉及一种纳米金属微粉制备方法，步骤如下：(1)取一定大小的金属颗粒放入发生器中，并控制金属颗粒的堆积高度；(2)在发生器内设置正电极和负电极，接通高压高脉冲电源；(3)注水到发生器中，使得金属颗粒在流水和高压高脉冲环境下发生等离子反应，进而产生纳米金属微粉。本发明还涉及一种纳米金属微粉制备系统，包括高频高压电源柜、发生器和收集器；发生器内部设有正电极、负电极和等离子反应仓，发生器下部设有进水口，发生器一侧设有出水口，出水口通过出水管道连接收集器；高频高压电源柜连接位于发生器内部的正电极和负电极。本发明生产成本低，生产效率高，可广泛应用于纳米金属微粉的制备方法及其制备系统中。

Description

一种纳米金属微粉制备方法及其制备系统
技术领域
本发明涉及纳米材料的制备方法技术领域，具体是指一种纳米金属微粉制备方法。本发明还涉及金属微粉制备系统技术领域，具体是指一种纳米金属微粉制备系统。
背景技术
目前，微纳米金属粉制备方法主要包括羰基法、真空蒸发法、高能球磨法、还原法和直流电弧等离子法：羰基法制超细铁粉主要表现有成本高、有毒易爆和工艺流程复杂的缺点，真空蒸发法需要在真空环境下实现，而实际工业生产的真空环境难实现，高能球磨法制作过程中微粒容易粘结氧化，粒度纯度不易控制，利用还原法制备不易获得超细粉，直流电弧等离子法耗能高、设备昂类、成本高，且以上传统制备纳米金属微粉的共有缺点是制造成本高，例如纳米级铁粉不低于5元/克，当前纳米铁微粉的市场价是人民币750元/100克，每处理1吨水仅纳米铁粉就要消耗700元左右，这是目前制约纳米金属应用的主因。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种纳米金属微粉制备方法，制备所述金属微粉的步骤如下：
(1)取一定量且直径在l—20mm之间的金属颗粒放入一定容积的发生器中，并控制金属颗粒在发生器内部一定的堆积高度；
(2)在所述步骤(1)中的发生器底部设置特定材料制作的正电极和负电极，并接通高压高脉冲电源；
(3)利用循环水泵注入一定压力和流量的水到步骤(2)所述的发生器中，并控制发生器内的循环水高出金属颗粒堆积一定高度，使位于发生器内部的金属颗粒在循环水和高压高脉冲的环境下发生等离子反应，产生纳米金属微粉。
进一步地，所述步骤(1)中发生器的容积为3千～1万立方厘米，投入金属颗粒容积占发生器容积的30％～70％，所述发生器内部的正电极和副电极的材质为普通钢材。
进一步地，所述步骤(2)中高压高脉冲电源的电压范围为1000V～3000V，脉冲频率为500Hz～2000Hz。
进一步地，所述反应器内循环水水面高出原料堆积高度0～60mm。
本发明还提供了一种纳米金属微粉制备系统，所述纳米金属微粉为上述所述的纳米金属微粉，所述纳米金属微粉制备系统包括高频高压电源柜、发生器和收集器；所述发生器内部设有正电极、负电极和等离子反应仓，所述发生器下部设有进水口，所述发生器一侧设有出水口，所述出水口通过出水管道连接收集器；所述高频高压电源柜连接位于发生器内部的正电极和负电极。
进一步地，所述进水口通过进水管道连接循环水泵出口，所述循环水泵进口通过抽水管道连接循环水池，所述循环水池连接收集器，在所述抽水管道上设有调节管道内流量的截止阀。截止阀的设置可以方便用户根据发生器内的循环水液面高度及时调整进水流量，使得本系统处于最优的工作状态。
进一步地，所述高频高压电源柜正极和负极分别通过电缆连接电极接线柱。便于形成闭合回路，实现等离子反应的环境。
采用以上制备方法和制备系统后，本发明具有如下优点：(1)从生产成本和企业效益来说，该发明的反应器功率为5kW，即为在15分钟之内能生产100克纳米级微粉，而生产纳米金属微粉的成本为材料费0.8元加上耗能1.5元也就是2.3元，即为加上设备折旧费和人工管理费用，生产100克纳米级铁粉成本不超过10元，相较于现有的纳米金属制备系统来说，显著降低了生产费用，进而提高经营效益；(2)采用循环水以及高压高脉冲的纳米金属微粉产生环境，使得金属颗粒发生等离子反应，且循环水重复可利用，进一步起到节约资源、进而降低生产成本的效用；(3)在循环水进水管道上设置了截止阀，灵活调节进水流量，使得本发明在最优化的环境下发生反应，提高生产效率；(4)本生产系统采用现有的设备进行布置，可操作性强，且生产工艺先进，具有很大的市场推广价值。
附图说明
图1是一种纳米金属微粉制备方法及其制备系统中制备系统的连接示意图；
图2是一种纳米金属微粉制备方法及其制备系统中制备方法的流程图。
如图所示：1、高频高压电源柜，2、发生器，201、进水口，202、出水口，3、收集器，4、正电极，5、负电极，6、等离子反应仓，7、出水管道，8、进水管道，9、循环水泵，10、抽水管道，11、循环水池，12、截止阀，13、电缆，14、电极接线柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
实施例一：结合附图1～2，一种纳米金属微粉制备方法，其制备步骤如下：
(1)取一定量且直径在10mm之间的金属颗粒放入1万立方厘米的发生器中，并控制金属颗粒在发生器内部一定的堆积高度，使得投入金属颗粒容积占发生器容积的70％；
(2)在步骤(1)中的发生器底部设置普通钢材制作的正电极和负电极，并接通高压高脉冲电源，且设置电压为3000V，脉冲频率为2000Hz；
(3)利用循环水泵注入一定压力和流量的水到步骤(2)中的发生器中，并控制发生器内的循环水液面高出金属颗粒堆积高度60mm，使位于发生器内部的金属颗粒在循环水和高压高脉冲的环境下发生等离子反应，产生直径为1～2000nm的金属微粉。
为了实现上述纳米金属微粉的制备，采用的制备系统包括高频高压电源柜1、发生器2和收集器3；发生器2内部设有正电极4、负电极5和等离子反应仓6，发生器2下部设有进水口201，发生器2一侧设有出水口202，出水口202通过出水管道7连接收集器3；高频高压电源柜1连接位于发生器2内部的正电极4和负电极5。
为了实现本发明的进一步生产优化目的，进水口201通过进水管道8连接循环水泵9出口，循环水泵9进口通过抽水管道10连接循环水池11，循环水池11连接收集器3，实现了本系统中循环水的合理利用，并在抽水管道10上设有调节管道内流量的截止阀12，方便及时调整发生器2内部的液面高度。
为了给本系统提供电源动力，高频高压电源柜1正极和负极分别通过电缆13连接电极接线柱14。
本发明在具体实施时，启动高频高压电源柜1，接通电源，放入一定颗粒大小的金属颗粒或者不规则形状的金属颗粒到发生器2中，启动循环水泵9，通过抽取循环水池11中的水输送到发生器2中，并使得发生器2内的水淹没金属颗粒一定高度，此时在高频高压脉冲和流动的循环水的作用下，发生等离子反应，产生纳米金属微粉，而后被收集器3收集，循环水流入循环水池11中。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种纳米金属微粉制备方法，其特征在于，制备所述金属微粉的步骤如下：
(1)取一定量且直径在l—20mm之间的金属颗粒放入一定容积的发生器中，并控制金属颗粒在发生器内部一定的堆积高度；
(2)在所述步骤(1)中的发生器底部设置特定材料制作的正电极和负电极，并接通高压高脉冲电源；
(3)利用循环水泵注入一定压力和流量的水到步骤(2)所述的发生器中，并控制发生器内的循环水高出金属颗粒堆积一定高度，使位于发生器内部的金属颗粒在循环水和高压高脉冲的环境下发生等离子反应，产生纳米金属微粉。
2.根据权利要求1所述的一种纳米金属微粉制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中发生器的容积为3千～1万立方厘米，投入金属颗粒容积占发生器容积的30％～70％，所述发生器内部的正电极和副电极的材质为普通钢材。
3.根据权利要求1所述的一种纳米金属微粉制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中高压高脉冲电源的电压范围为1000V～3000V，脉冲频率为500Hz～2000Hz。
4.根据权利要求1所述的一种纳米金属微粉制备方法，其特征在于，所述反应器内循环水水面高出原料堆积高度0～60mm。
5.一种纳米金属微粉制备系统，其特征在于，所述纳米金属微粉为上述权利要求1所述的纳米金属微粉，所述纳米金属微粉制备系统包括高频高压电源柜、发生器和收集器；所述发生器内部设有正电极、负电极和等离子反应仓，所述发生器下部设有进水口，所述发生器一侧设有出水口，所述出水口通过出水管道连接收集器；所述高频高压电源柜连接位于发生器内部的正电极和负电极。
6.根据权利要求5所述的一种纳米金属微粉制备系统，其特征在于，所述进水口通过进水管道连接循环水泵出口，所述循环水泵进口通过抽水管道连接循环水池，所述循环水池连接收集器，在所述抽水管道上设有调节管道内流量的截止阀。
7.根据权利要求5所述的一种纳米金属微粉制备系统，其特征在于，所述高频高压电源柜正极和负极分别通过电缆连接电极接线柱。
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