CN111039276B - 一种采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备，包括两个用于支撑设备的支撑板、用于被加工的圆管料、用于产生碳颗粒的若干条石墨棒、电源、用电弧法对圆管料进行加工的电弧加工机构和用于促进碳颗粒均匀镶嵌在圆管料上的驱动机构，涉及纳米材料生产领域。该采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备根据对电弧法加工存在的问题以及对石墨使用存在的问题进行研究和分析，设计出特殊的装置，可以将小石墨块加工的优点的大石墨块加工的有点相结合，极大的缩短了加工时间，降低了能耗，从而有效的解决了一般的硬炭纳米材料加工过程电弧法存在大面积石墨能耗高的问题，小面积石墨加工不均匀，加工时间长效率低问题。

Description

一种采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备

技术领域

本发明涉及纳米材料生产技术领域，具体为一种采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备。

背景技术

随着科技的发展，纳米技术应用的领域也逐渐拓展，一些材料通过纳米技术加工成具有一定特性的纳米材料，一些金属管道经过纳米颗粒镀膜加工后附加甚至增强其某一些特性，石墨材料具有一定的导电性，目前将石墨颗粒加工到一些园管材料上的方法还是比较麻烦的，常用的是电解附着，这种方式虽然可以起到一定的作用，但是其加工出来的材料其性质较弱，表面附着层较薄，容易消耗，另一种方式是电弧加工，利用颗粒撞击将纳米颗粒镶嵌在材料中，但是这种方式存在一定的局限性，若是使用小面积石墨，则加工时间长，效率低，且被加工材料接触面小，加工不仅不容易均匀控制，而且操作麻烦，而大面积的石墨材料，虽然覆盖面积广，但是能耗极高，启停过程能耗高，一般的硬炭纳米材料加工过程电弧法存在大面积石墨能耗高的问题，小面积石墨加工不均匀，加工时间长效率低的问题，所以需要一种采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备，解决了一般的硬炭纳米材料加工过程电弧法存在大面积石墨能耗高的问题，小面积石墨加工不均匀，加工时间长效率低的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备，包括两个用于支撑设备的支撑板、用于被加工的圆管料、用于产生碳颗粒的若干条石墨棒、电源、用电弧法对圆管料进行加工的电弧加工机构和用于促进碳颗粒均匀镶嵌在圆管料上的驱动机构，所述驱动机构设置在支撑板上，所述电弧加工机构设置在驱动机构上，所述圆管料设置在支撑板上，所述石墨棒设置在电弧加工机构上。

优选的，所述电弧加工机构包括若干个内置支撑圈、绝缘阻隔块、导电线和绷紧弹力拉带，相邻两个所述内置支撑圈之间固定连接有若干条连接杆，所述连接杆与绝缘阻隔块一一对应，所述绝缘阻隔块的表面与内置支撑圈的外圈固定连接，所述绝缘阻隔块的中心与内置支撑圈的圆心连线和连接杆的中心与内置支撑圈的圆心连线在同一条直线上。

优选的，相邻所述两个绝缘阻隔块之间设置有一个卡槽，所述石墨棒的一端与卡槽的内壁卡接，所述卡槽的内壁中心位置设置有被动升压电感，导电线的表面电连接有若干条与内置支撑圈一一对应的导电杆，所述导电杆的输出端与绝缘阻隔块的表面滑动连接，所述导电杆的输出端与被动升压电感的表面滑动连接，所述绷紧弹力拉带的一端与一个绝缘阻隔块的表面固定连接。

优选的，所述内置支撑圈的材料包括陶瓷，所述绝缘阻隔块的材料包括陶瓷，所述绝缘阻隔块与被动升压电感交错分布，所述导电线的输入端与电源的输出端电连接，所述导电线的输出端与导电杆的输入端电连接，所述石墨棒的一端与被动升压电感电连接，所述圆管料位于内置支撑圈的内部，所述电源的输入端与圆管料电连接，所述石墨棒的表面电连接有连接杆。

优选的，所述驱动机构包括电机、两个轴承、第一连接管和第二连接管，所述第一连接管的一端与左侧的内置支撑圈的表面固定连接，所述第二连接管的一端与右侧的内置支撑圈的表面固定连接，所述第一连接管的表面和第二连接管的表面均套接有轴承，所述轴承的外圈与支撑板的表面固定连接，所述导电杆的表面固定连接有支撑杆，所述支撑杆的表面与轴承的外圈固定连接。

优选的，所述电机固定安装在左侧的支撑板上，所述电机的输出轴通过联轴器固定连接有传动转轴，所述传动转轴的表面套接有传动皮带，所述第一连接管的表面套接有从动轮，所述传动皮带的内侧面与从动轮的表面套接。

优选的，所述左右两个所述支撑板的表面均固定连接有延伸杆，所述延伸杆的表面固定连接有液压支撑杆，所述液压支撑杆的一端固定连接有绝缘弧形垫块，所述绝缘弧形垫块的材料包括陶瓷，所述圆管料的表面与绝缘弧形垫块的表面的搭接。

(三)有益效果

(1)本发明通过设置电弧加工机构，一方面将多个小面积的石墨棒均匀分布，方便促进均匀电弧加工，另一方面多个圆形的内置支撑圈，可以根据实际情况任意的添加圈数，对管状原材料进行大面积的快速的加工，与现有技术相比明显的提高了工作效率。

(2)本发明通过设置驱动机构，可以使得旋转过程中电弧加工机构始终保持匀速运动状态，使得被撞击脱离的颗粒在离心力的作用下均匀分散开，与现有技术相比可以均匀的对材料进行镶嵌颗粒，而且弥补了小块石墨材料的缺陷，能耗低，加工时间快。

(3)本发明通过设置液压支撑杆，可以任意的调节圆管料在内置支撑圈内部的高低，进而调节出其在被加工区域的位置，通过对与石墨棒距离的调节可以影响到被加工材料表面石墨颗粒的分布。

(4)本发明根据对电弧法加工存在的问题以及对石墨使用存在的问题进行研究和分析，设计出特殊的装置，可以将小石墨块加工的优点的大石墨块加工的有点相结合，极大的缩短了加工时间，降低了能耗，从而有效的解决了一般的硬炭纳米材料加工过程电弧法存在大面积石墨能耗高的问题，小面积石墨加工不均匀，加工时间长效率低问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明内置支撑圈结构剖视图；

图3为本发明被动升压电感结构俯视图；

图4为本发明电路图。

其中，1支撑板、2圆管料、3石墨棒、4电源、5电弧加工机构、51内置支撑圈、52绝缘阻隔块、53导电线、54绷紧弹力拉带、55连接杆、56卡槽、57被动升压电感、58导电杆、59连接杆、6驱动机构、61电机、62轴承、63第一连接管、64第二连接管、65支撑杆、66传动转轴、67传动皮带、68从动轮、69延伸杆、610液压支撑杆、611绝缘弧形垫块。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本发明实施例提供一种采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备，包括两个用于支撑设备的支撑板1、用于被加工的圆管料2、用于产生碳颗粒的若干条石墨棒3、电源4、用电弧法对圆管料2进行加工的电弧加工机构5和用于促进碳颗粒均匀镶嵌在圆管料2上的驱动机构6，驱动机构6设置在支撑板1上，电弧加工机构5设置在驱动机构6上，圆管料2设置在支撑板1上，石墨棒3设置在电弧加工机构5上。

电弧加工机构5包括若干个内置支撑圈51、绝缘阻隔块52、导电线53和绷紧弹力拉带54，相邻两个内置支撑圈51之间固定连接有若干条连接杆55，连接杆55与绝缘阻隔块52一一对应，绝缘阻隔块52的表面与内置支撑圈51的外圈固定连接，绝缘阻隔块52的中心与内置支撑圈51的圆心连线和连接杆55的中心与内置支撑圈51的圆心连线在同一条直线上，相邻两个绝缘阻隔块52之间设置有一个卡槽56，石墨棒3的一端与卡槽56的内壁卡接，卡槽56的内壁中心位置设置有被动升压电感57，导电线53的表面电连接有若干条与内置支撑圈51一一对应的导电杆58，导电杆58的输出端与绝缘阻隔块52的表面滑动连接，导电杆58的输出端与被动升压电感57的表面滑动连接，绷紧弹力拉带54的一端与一个绝缘阻隔块52的表面固定连接，内置支撑圈51的材料包括陶瓷，绝缘阻隔块52的材料包括陶瓷，绝缘阻隔块52与被动升压电感57交错分布，导电线53的输入端与电源4的输出端电连接，导电线53的输出端与导电杆58的输入端电连接，石墨棒3的一端与被动升压电感57电连接，圆管料2位于内置支撑圈51的内部，电源4的输入端与圆管料2电连接，所述石墨棒的表面电连接有连接杆59。

驱动机构6包括电机61、两个轴承62、第一连接管63和第二连接管64，第一连接管63的一端与左侧的内置支撑圈51的表面固定连接，第二连接管64的一端与右侧的内置支撑圈51的表面固定连接，第一连接管63的表面和第二连接管64的表面均套接有轴承62，轴承62的外圈与支撑板1的表面固定连接，导电杆58的表面固定连接有支撑杆65，支撑杆65的表面与轴承62的外圈固定连接，电机61固定安装在左侧的支撑板1上，电机61的输出轴通过联轴器固定连接有传动转轴66，传动转轴66的表面套接有传动皮带67，第一连接管63的表面套接有从动轮68，传动皮带67的内侧面与从动轮68的表面套接，左右两个支撑板1的表面均固定连接有延伸杆69，延伸杆69的表面固定连接有液压支撑杆610，液压支撑杆610的一端固定连接有绝缘弧形垫块611，绝缘弧形垫块611的材料包括陶瓷，圆管料2的表面与绝缘弧形垫块611的表面的搭接。

使用时，连接电源，先将圆管料2的一端放置在内置支撑圈51内部不与任意结构相接触，将圆管料2的一端与电源的负极连接，然后启动电机61，电机61带动传动转轴66转动，传动转轴66通过传动皮带67带动从动轮68转动，从动轮68带动第一连接管63转动，第一连接管63带动内置支撑圈51转动，内置支撑圈51通过连接杆55使得所有的内置支撑圈51都转动，转动的内置支撑圈51带动被动升压电感57转动并且带动石墨棒3围绕圆管料2转动，导电杆58不断的与被动升压电感57接触并分离，通过液压支撑杆610上下升降绝缘弧形垫块611将圆管料2与一些连接杆59搭接，导电杆58与被动升压电感57接触的时候电路接通，导电杆58与绝缘阻隔块52接触的时候，电路断开，在高速重复这一过程的时候，由于被动升压电感57维持自身流过电流不变的趋势，被动升压电感57的两端将产生高电压，并以电感靠近石墨棒3端为高电压端，在电路断开的情况下，维持的电流将在石墨棒3上造成电荷的大量积累，形成石墨棒3-空气-圆管料2的电容结构，并且此时积累的电荷将使石墨棒端产生很高的电压，又因为石墨棒3刚与圆管料2分离，积累的电荷形成的高电压会击穿空气形成电弧放电，电弧放电会产生高速运动的粒子，一部分粒子高速撞向石墨棒3，表层的石墨颗粒脱落，石墨颗粒在粒子碰撞与电场的作用下并且伴随着离心力的作用下均匀的撞向圆管料2并镶嵌在圆管料2上。

Claims (3)

1.一种采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备，其特征在于：包括两个用于支撑设备的支撑板(1)、用于被加工的圆管料(2)、用于产生碳颗粒的若干条石墨棒(3)、电源(4)、用电弧法对圆管料(2)进行加工的电弧加工机构(5)和用于促进碳颗粒均匀镶嵌在圆管料(2)上的驱动机构(6)，所述驱动机构(6)设置在支撑板(1)上，所述电弧加工机构(5)设置在驱动机构(6)上，所述圆管料(2)设置在支撑板(1)上，所述石墨棒(3)设置在电弧加工机构(5)上；

所述电弧加工机构(5)包括若干个内置支撑圈(51)、绝缘阻隔块(52)、导电线(53)和绷紧弹力拉带(54)，相邻两个所述内置支撑圈(51)之间固定连接有若干条连接杆(55)，所述连接杆(55)与绝缘阻隔块(52)一一对应，所述绝缘阻隔块(52)的表面与内置支撑圈(51)的外圈固定连接，所述绝缘阻隔块(52)的中心与内置支撑圈(51)的圆心连线和连接杆(55)的中心与内置支撑圈(51)的圆心连线在同一条直线上；

相邻所述两个绝缘阻隔块(52)之间设置有一个卡槽(56)，所述石墨棒(3)的一端与卡槽(56)的内壁卡接，所述卡槽(56)的内壁中心位置设置有被动升压电感(57)，导电线(53)的表面电连接有若干条与内置支撑圈(51)一一对应的导电杆(58)，所述导电杆(58)的输出端与绝缘阻隔块(52)的表面滑动连接，所述导电杆(58)的输出端与被动升压电感(57)的表面滑动连接，所述绷紧弹力拉带(54)的一端与一个绝缘阻隔块(52)的表面固定连接；

所述内置支撑圈(51)的材料包括陶瓷，所述绝缘阻隔块(52)的材料包括陶瓷，所述绝缘阻隔块(52)与被动升压电感(57)交错分布，所述导电线(53)的输入端与电源(4)的输出端电连接，所述导电线(53)的输出端与导电杆(58)的输入端电连接，所述石墨棒(3)的一端与被动升压电感(57)电连接，所述圆管料(2)位于内置支撑圈(51)的内部，所述电源(4)的输入端与圆管料(2)电连接，所述石墨棒的表面电连接有连接杆(59)；

左右两个所述支撑板(1)的表面均固定连接有延伸杆(69)，所述延伸杆(69)的表面固定连接有液压支撑杆(610)，所述液压支撑杆(610)的一端固定连接有绝缘弧形垫块(611)，所述绝缘弧形垫块(611)的材料包括陶瓷，所述圆管料(2)的表面与绝缘弧形垫块(611)的表面的搭接。

2.根据权利要求1所述的一种采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备，其特征在于：所述驱动机构(6)包括电机(61)、两个轴承(62)、第一连接管(63)和第二连接管(64)，所述第一连接管(63)的一端与左侧的内置支撑圈(51)的表面固定连接，所述第二连接管(64)的一端与右侧的内置支撑圈(51)的表面固定连接，所述第一连接管(63)的表面和第二连接管(64)的表面均套接有轴承(62)，所述轴承(62)的外圈与支撑板(1)的表面固定连接，所述导电杆(58)的表面固定连接有支撑杆(65)，所述支撑杆(65)的表面与轴承(62)的外圈固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种采用石墨电弧法的硬炭纳米材料生产设备，其特征在于：所述电机(61)固定安装在左侧的支撑板(1)上，所述电机(61)的输出轴通过联轴器固定连接有传动转轴(66)，所述传动转轴(66)的表面套接有传动皮带(67)，所述第一连接管(63)的表面套接有从动轮(68)，所述传动皮带(67)的内侧面与从动轮(68)的表面套接。

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