CN111922354B - 一种电爆炸包覆粉体的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电爆炸包覆粉体的方法及其装置，属于粉体包覆领域，装置包括用于输送丝材的送丝单元、粉体输送单元、爆炸单元、收集单元、气体处理单元；所述粉体输送单元包括用于添加包覆粉体的进料管、第一螺旋输送组件、粉料输送管、导丝管、同轴送粉管，所述进料管与第一螺旋输送组件相连且进料管内的包覆粉体能经第一螺旋输送组件进行输送；所述第一螺旋输送组件包括第一驱动装置、第一螺旋输送杆、第一输送管，所述第一驱动装置与第一螺旋输送杆相连，所述第一螺旋输送杆设置在第一输送管内。本申请通过对制备方法和结构的改进，简化了制备条件，缩短了工艺流程，有利于包覆粉体的制备，对于促进相关材料的研究，具有重要的应用价值。

Description

一种电爆炸包覆粉体的方法及其装置

技术领域

本申请涉及新材料制备领域，尤其是粉体包覆领域，具体为一种电爆炸包覆粉体的方法及其装置。更具体地，本申请适用于导体、半导体材料制备的、具有可塑性的丝材，具有较好的包覆效果。

背景技术

在一定直径、长度的导体、半导体丝材两端瞬间施加几万伏的高电压和高密度大电流(约10⁷A/cm²)，可以使丝材在瞬间蒸发为纳米尺度的烟雾，冷却、收集这些纳米尺度的金属烟气，即可获得这种材料的纳米粉体，这种制备丝材纳米粉体的方法就是电爆炸法，利用该原理制取粉体的设备即为电爆炸法粉体制取设备。在电爆炸法中，只要该种材料属于非绝缘体，且可制造成丝材，即可用于电爆法制取该材料的纳米粉末，该材料可以为单质金属、合金材料、半导体或相应的混合材料。

现有技术中，已经有关于电爆法应用的相关报道。例如，中国专利申请CN101550526A公开了一种用粉末材料直接进行电爆炸喷涂的方法，其是将粉末材料附着于金属爆炸材料上，然后利用充电电容器将高密度电能以冲击大电流的形式向导电的金属爆炸材料放电，使得金属爆炸材料与粉末材料一起融化爆炸后，形成混合的微粒射流，射向基体形成涂层；所述的粉末材料通过胶水粘结在金属爆炸材料上并充分晾干后，再进行放电爆炸的。

无定型硼粉被认为是有望替代目前含能材料中铝粉的一种材料，但无定型硼粉本身的点火性能和燃烧性能不理想，且硼与氧化剂反应生成的氧化膜会阻碍进一步反应，这些问题一直制约着硼粉的应用。纳米金属粉具有良好的点火和燃烧性能，将纳米金属粉的高反应活性和硼粉的高热值有机结合，是改善硼粉点火燃烧性能的研究方向之一。

为此，中国专利申请CN105458276A公开了一种制备活性金属复合硼粉的方法，其包括如下步骤：首先将线爆复合设备抽真空至-(0.05～0.1)MPa后，充入惰性气体至0.1～0.2MPa；通过送丝机将设定规格的金属丝送入所述线爆复合设备的线爆区，利用电爆炸雾化法对所述金属丝快速熔化及气化；再采用载流气体将气化后的金属蒸汽送入控温冷凝沉积系统，同时将硼粉利用超声脉冲分散装置均匀分散于金属蒸汽中；所述金属蒸汽在温度可控的冷却区逐步沉积于所述硼粉的表面，形成一层厚度可控的金属薄膜，获得活性金属复合硼粉。

而进一步简化工艺，缩短流程，一直是广大科研人员研究的方向。为此，本申请提供一种电爆炸包覆粉体的方法及其装置。

发明内容

本申请的发明目的在于，提供一种电爆炸包覆粉体的方法及其装置，其通过改进，简化了制备条件，缩短了工艺流程，有利于包覆粉体的制备，对于促进相关材料的研究，具有重要的应用价值。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电爆炸包覆粉体的方法，包括如下步骤：

（1）使电爆炸包覆粉体的装置中的爆炸腔处于真空状态，或抽真空后充入惰性气体；

（2）电极组件包括第一电极、与第一电极相配合的第二电极，第一电极的工作端与第二电极的工作端之间沿竖直方向形成爆炸区域；

利用送丝单元将丝材沿竖直方向送入爆炸区域内，并将包覆粉体沿竖直方向通过爆炸区域，实现丝材与包覆粉体在爆炸区域内的同轴同步运动，丝材位于包覆粉体内；

（3）丝材与包覆粉体在爆炸区域内同步运动的过程中，电极组件工作，利用电爆炸雾化法将丝材快速熔化及气化并形成丝材蒸气，包覆粉体在爆炸区域内的丝材周围形成包覆粉体气团，丝材形成的丝材蒸气沉积在包覆粉体表面，形成丝材包粉核壳结构，即可。

所述步骤1中，将电爆炸包覆粉体的装置中的爆炸腔抽真空，即可；

或所述步骤1中，将电爆炸包覆粉体的装置中的爆炸腔抽真空后，充入惰性气体。

所述步骤1中，抽真空至-0.05MPa~-0.1MPa后，充入惰性气体至0.1～0.2MPa。

所述丝材选用燃烧活性高的材料。

所述丝材选用镁丝、铝丝、钛丝、锆丝、镍丝和合金丝中的一种或多种。

所述步骤3中，在丝材蒸气与包覆粉体气团内包覆粉体颗粒下落的过程中，丝材蒸气沉积在包覆粉体颗粒的表面，并冷却，形成丝材包粉核壳结构。

待步骤3完成后，得到粉体混合物；

再将得到的粉体混合物返回步骤3中，并以得到的粉体混合物替代包覆粉体，重复步骤3，直到所得粉体混合物的包覆量达到设定值。

一种电爆炸包覆粉体的装置，包括用于输送丝材的送丝单元、粉体输送单元、爆炸单元、收集单元、气体处理单元；

所述粉体输送单元包括用于添加包覆粉体的进料管、第一螺旋输送组件、粉料输送管、导丝管、同轴送粉管，所述进料管与第一螺旋输送组件相连且进料管内的包覆粉体能经第一螺旋输送组件进行输送；

所述第一螺旋输送组件包括第一驱动装置、第一螺旋输送杆、第一输送管，所述第一驱动装置与第一螺旋输送杆相连，所述第一螺旋输送杆设置在第一输送管内且第一驱动装置能带动第一螺旋输送杆相对第一输送管转动以实现对粉体物料的输送；

所述第一输送管包括第一送料管段、第一出料管段，所述第一出料管段上设置有若干个出料孔，所述第一送料管段与第一出料管段相连为一体且进料管内的粉体物料能经第一送料管段输送后经第一出料管段的出料孔输出；

所述第一出料管段与粉料输送管相配合，所述粉料输送管与同轴送粉管相连且第一出料管段输出的包覆粉体能经粉料输送管输送至同轴送粉管内；

所述导丝管与送丝单元相连且送丝单元内输出的丝材能经导丝管输出，所述导丝管设置在同轴送粉管内且同轴送粉管内输出的包覆粉体在下落过程中能位于导丝管输出的丝材周围并实现丝材输出与包覆粉体下落的同步进行；

所述爆炸单元包括爆炸腔、与电爆炸电源相连的电极组件、电极绝缘体，所述电极组件包括第一电极、与第一电极相配合的第二电极；

所述同轴送粉管与爆炸腔相连，所述第一电极、第二电极分别通过电极绝缘体与爆炸腔相连且第一电极的工作端、第二电极的工作端分别位于爆炸腔内并能在爆炸腔内形成电爆炸；

所述第一电极的工作端位于同轴送粉管出口下方；所述第二电极的工作端位于同轴送粉管出口正下方，所述第二电极的工作端的中心轴线与导丝管的中心轴线相平行；

所述第一电极的工作端与第二电极的工作端之间沿竖直方向形成爆炸区域且自导丝管输出的丝材与同轴送粉管输出的包覆粉体能沿竖直方向同步进入爆炸区域内，同轴送粉管输出的包覆粉体能在爆炸区域内的丝材周围形成包覆粉体气团且丝材形成的丝材蒸气能沉积在包覆粉体表面并形成丝材包粉核壳结构；

所述爆炸腔下端设置有腔体下出口且经爆炸单元处理后的物料能经腔体下出口输出；

所述爆炸腔下端与收集单元相连且经腔体下出口输出的物料能经收集单元进行收集；

所述气体处理单元与爆炸腔相连且气体处理单元能将爆炸腔内抽至真空或将爆炸腔内抽至真空后充入惰性气体。

所述第一电极的工作端位于同轴送粉管出口下方侧边，所述第一电极的工作端的中心轴线与经导丝管输出丝材的中心轴线相垂直。

所述进料管上设置有第三阀门。

所述第一螺旋输送组件还包括第一轴承，所述第一轴承设置在第一输送管内，所述第一螺旋输送杆的一端与第一轴承相连且第一螺旋输送杆能相对第一轴承转动。

所述第一螺旋输送组件还包括第一绝缘座，所述第一驱动装置设置在第一绝缘座上。

所述第一驱动装置为电机。

所述出料孔沿第一出料管段的周向均匀设置。

所述出料孔呈圆形或矩形。

所述第一螺旋输送杆包括与第一送料管段相配合的第一螺旋杆段、与第一出料管段相配合的第一平直杆段，所述第一螺旋杆段上设置有螺旋叶片，所述第一平直杆段上设置有平面叶片，所述平面叶片所在平面与第一平直杆段的中心轴线平行。

所述平面叶片为至少两个且平面叶片均布于第一平直杆段的周向上。

所述粉料输送管相对竖直方向倾斜设置，所述同轴送粉管沿竖直方向设置且同轴送粉管内的包覆粉体受重力作用能沿竖直方向落入爆炸单元内。

所述导丝管的中心轴线与同轴送粉管的中心轴线相平行。

所述导丝管下端出口所在水平面位于同轴送粉管下端出口所在水平面上方。

所述爆炸腔上还设置有观察窗。

所述第二电极的工作端的中心轴线与经导丝管输出丝材的中心轴线相重合。

所述腔体下出口呈倒锥形。

所述收集单元包括分流仓、收集管、第一阀门、收集连接管、第二阀门、物料收集器，所述腔体下出口、分流仓、收集管、第一阀门、收集连接管、第二阀门与物料收集器依次相连且腔体下出口输出的物料能依次经分流仓、收集管、第一阀门、收集连接管、第二阀门进入物料收集器内进行收集。

所述气体处理单元包括真空泵、气体连接管、抽气阀，所述真空泵依次通过气体连接管、抽气阀与爆炸腔相连且气体处理单元能对爆炸腔内进行抽真空处理。

所述气体处理单元还包括气源，所述气源依次通过气体连接管、抽气阀与爆炸腔相连且气源依次通过气体连接管、抽气阀能向爆炸腔内充入惰性气体。

所述惰性气体为氩气、氢气、氦气、氮气中的一种或多种。

所述抽气阀与收集连接管相连。

所述导丝管、同轴送粉管分别呈圆管状且导丝管的中心轴与同轴送粉管的中心轴相重合。

所述分流仓包括第二仓体、导流板，所述第二仓体上设置有与腔体下出口相连的仓体进口、与收集管相连的仓体第一出口、仓体第二出口，所述导流板设置在第二仓体内，所述导流板能相对第二仓体转动且通过调整导流板相对第二仓体的转动能使腔体下出口输出的物料通过仓体第一出口或仓体第二出口输出以实现分流操作。

所述进料管与第二仓体相连，所述进料管与第二仓体的连接处位于第二仓体上仓体第二出口的一侧且经进料管添加的包覆粉体能进入仓体第二出口内；

还包括循环送料单元，所述仓体第二出口通过循环送料单元与粉体输送单元相连且仓体第二出口内的物料能经循环送料单元输送至粉体输送单元并经粉体输送单元至爆炸单元内。

所述循环送料单元包括第二螺旋输送组件、第二连接管、第三螺旋输送组件、第三连接管，所述第二螺旋输送组件包括第二驱动装置、第二螺旋输送杆、第二输送管，所述第二驱动装置与第二螺旋输送杆相连，所述第二螺旋输送杆设置在第二输送管内，所述第二输送管与仓体第二出口相连且仓体第二出口内的物料能经第二驱动装置带动第二螺旋输送杆相对第二输送管转动以实现对粉体的输送；

所述第三螺旋输送组件包括第三驱动装置、第三螺旋输送杆、第三输送管，所述第三驱动装置与第三螺旋输送杆相连，所述第三螺旋输送杆设置在第三输送管内；

所述第二输送管的出料端通过第二连接管与第三输送管相连且第二输送管内的物料能经第二连接管进入第三输送管内，所述第三输送管的出料端通过第三连接管与第一输送管相连且第三输送管内的物料能经第三连接管进入第一输送管内以实现爆炸腔内物料在循环送料单元、粉体输送单元内的循环。

所述第二螺旋输送杆、第三螺旋输送杆上分别设置有螺旋叶片。

将第二连接管与第二输送管的连接端记为第二进料端，将第二连接管与第三输送管的连接端记为第二出料端，所述第二连接管相对竖直方向倾斜设置，所述第二进料端位于第二出料端上方且第二输送管输出的物料能在重力的作用下通过第二连接管进入第三输送管内；

将第三连接管与第三输送管的连接端记为第三进料端，将第三连接管与第一输送管的连接端记为第三出料端，所述第三连接管相对竖直方向倾斜设置，所述第三进料端位于第三出料端上方且第三输送管输出的物料能在重力的作用下通过第三连接管进入第一输送管内。

所述第二螺旋输送杆的中心轴线与第三螺旋输送杆的中心轴线相垂直，所述第三螺旋输送杆的中心轴线与第一螺旋输送杆的中心轴线相垂直。

所述第二螺旋输送组件还包括第二轴承，所述第二轴承设置在第二输送管内，所述第二螺旋输送杆的一端与第二轴承相连且第二螺旋输送杆能相对第二轴承转动；

所述第三螺旋输送组件还包括第三轴承，所述第三轴承设置在第三输送管内，所述第三螺旋输送杆的一端与第三轴承相连且第三螺旋输送杆能相对第三轴承转动。

所述第二螺旋输送组件还包括第二绝缘座，所述第二驱动装置设置在第二绝缘座上；

所述第三螺旋输送组件还包括第三绝缘座，所述第三驱动装置设置在第三绝缘座上。

所述第二驱动装置、第二驱动装置分别为电机。

针对前述问题，本申请提供一种电爆炸包覆粉体的方法及其装置。中国专利申请CN103191683A中记载，“电爆炸是通过对加工成一定结构的导电体加载强大的电流(几百上千安培)，继而电阻的加热作用使极高的能量在导电体内迅速积聚，使导电体发生相变(大致包括固态熔化、液态气化、电弧击穿形成等离子态气体)，体积急剧增大，形成冲击波，发生爆炸声和闪光”。可知，电爆炸的过程中，存在巨大的冲击波。

如前所述，在中国专利申请CN105458276A中，需采用载流气体将气化后的金属蒸汽送入控温冷凝沉积系统，并将硼粉利用超声脉冲分散装置均匀分散于金属蒸汽中。同时，其工艺过程示意图如图6所示。采用该方式，需要设置单独的控温冷凝沉积系统，以及额外的载流气体及载流气体输送系统。

而本申请无需采用载流气体对气化后的金属蒸汽进行输送，且无需设置单独的控温冷凝沉积系统，使得电爆炸包覆粉体的制备流程、设备结构更加简单，生产成本更低，有利于促进包覆粉体的大规模应用，具有较好的应用价值。

进一步，以金属丝表面包覆硼粉为例，发明人对本申请的工作原理说明如下。

在一个具体实例中，利用电爆炸法制备金属纳米粉的原理，同时在与金属丝同轴且呈圆柱空间内分布硼粉，使之形成含硼粉的“气团”。金属丝电爆气化后产生的丝材蒸气和“硼粉气团”碰撞，使金属在硼粉表面冷凝，形成金属包覆的硼粉。

如图1，将一定质量的硼粉放入罐体，利用推进电机和推进螺杆组成的循环送料单元实现硼粉在系统内的循环。硼粉从送丝机下端与金属丝同轴洒出，形成“硼粉气团”，位于气团中心的金属丝发生电爆炸，金属蒸气沉积在硼粉表面，形成金属包硼核壳结构。

通过控制硼粉的循环速率与循环时间、金属丝的直径、单次电爆炸的金属丝长度，实现硼粉表面金属包覆量的控制。

如图2，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。

为了实现金属对硼粉的包覆，要求金属丝气化产生的丝材蒸气尽可能的包裹硼粉。硼粉通过同轴送粉装置进入电爆包覆腔形成“硼粉气团”，为了使金属丝产生的蒸气尽可能的与“硼粉气团”接触，要求金属丝尽量位于“硼粉气团”中轴线上。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1中装置的原理示意图。

图2为实施例1中装置的立体状态示意图。

图3为图1的原理主视图。

图4为图2的左侧视图。

图5为图2的右侧视图。

图6为CN103191683A的工艺过程示意图。

图7为实施例1中同轴送粉局部结构示意图。

图8为实施例1中爆炸腔的结构示意图。

图9为实施例1中粉体收集部位结构示意图。

图10为实施例1的扫描电镜图一。

图11为实施例1的扫描电镜图二。

图中标记：1、送丝单元，2、同轴送粉管，3、第一电极，4、硼粉气团，5、丝材，6、第二电极，7、分流仓，8、物料收集器，9、第一驱动装置，10、第三螺旋输送杆，11、观察窗，12、爆炸腔，13、进料管，14、第二螺旋输送组件，15、第三螺旋输送组件，16、第三连接管，21、出料孔，22、粉料输送管，23、导丝管，24、第一电极，25、第二电极，31、导丝管，32、电极绝缘体，51、腔体下出口，52、导流板，53、收集管，54、第一阀门，55、抽气阀，56、第二阀门，57、分流仓。

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

为了更好地说明本申请的技术方案，本实施例以铝包覆硼粉为例进行说明。即所采用的包覆粉体为硼粉，所采用的丝材为金属丝；更具体地，金属丝选用铝丝。

如图所示，本实施例提供一种电爆炸包覆粉体的装置，其包括送丝单元、粉体输送单元、爆炸单元、收集单元、气体处理单元、循环送料单元。

粉体输送单元包括进料管、第一螺旋输送组件、粉料输送管、导丝管、同轴送粉管，进料管用于添加包覆粉体。第一螺旋输送组件包括第一驱动装置、第一螺旋输送杆、第一输送管，第一驱动装置与第一螺旋输送杆相连，第一螺旋输送杆设置在第一输送管内；第一驱动装置用以带动第一螺旋输送杆相对第一输送管转动，以实现对粉体的输送。

第一输送管包括第一送料管段、第一出料管段，第一出料管段上设置有若干个出料孔，第一送料管段与第一出料管段相连为一体。如图所示，采用该结构，在第一螺旋输送杆的带动下，粉体物料相对第一输送管输送，并经第一出料管段的出料孔输出（由于第一输送管包括第一送料管段、第一出料管段两部分，第一送料管段外壁不设出料孔，而第一出料管段设置出料孔，使得第一输送管内的粉体物料仅能通过第一出料管段输出）。

优选地，第一螺旋输送杆包括与第一送料管段相配合的第一螺旋杆段、与第一出料管段相配合的第一平直杆段，第一螺旋杆段上设置有螺旋叶片，第一平直杆段上设置有平面叶片，平面叶片所在平面与第一平直杆段的中心轴线平行。进一步，出料孔呈圆形，出料孔沿第一出料管段的周向均匀设置；平面叶片为至少两个，平面叶片均布于第一平直杆段的周向上。进一步，导丝管、同轴送粉管分别呈圆管状，导丝管的中心轴与同轴送粉管的中心轴相重合。

采用前述结构，硼粉经由第一螺旋输送杆到达出料孔处，在平面叶片的作用下，由出料孔挤出，进入粉料输送管，随后滑落至同轴送粉管，进入爆炸腔内，形成“硼粉气团”。本实施例中，第一螺旋输送杆分成两段，包括第一螺旋杆段、第一平直杆段（优选地，第一平直杆段上设置有平面叶片，平面叶片构成刮刀，其能与第一出料管段内壁更好地贴合，避免在第一出料管段的内壁形成厚厚的一层滞留层，降低设计难度，保证整体的可靠性）。

第一出料管段与粉料输送管相连且第一出料管段输出的物料能进入粉料输送管内；粉料输送管与同轴送粉管相连，第一出料管段输出的包覆粉体经粉料输送管后，进入同轴送粉管内，并在重力的作用下，沿同轴送粉管下落，并进入爆炸区域内。本实施例中，粉料输送管相对竖直方向倾斜设置，同轴送粉管沿竖直方向设置；同轴送粉管内的包覆粉体受重力作用，能沿竖直方向落入爆炸单元内。进一步，导丝管下端出口所在水平面位于同轴送粉管下端出口所在水平面上方；爆炸腔上还设置有观察窗。

同时，导丝管与送丝单元相连，导丝管设置在同轴送粉管内。该结构中，送丝单元用于输送丝材。本实施例中，铝丝经送丝单元矫直后，通过导丝管稳定输出。送丝单元内输出的丝材经导丝管输出；而导丝管与同轴送粉管采用同轴设计，使得同轴送粉管内输出的包覆粉体在下落过程中能位于导丝管输出的丝材周围，并实现丝材输出与包覆粉体下落的同步进行。优选地，丝材尽量位于包覆粉体的中轴线上。

本实施例中，爆炸单元包括与同轴送粉管相连的爆炸腔、与电爆炸电源相连的电极组件、电极绝缘体，电极组件包括第一电极、与第一电极相配合的第二电极。第一电极、第二电极分别通过电极绝缘体与爆炸腔相连，第一电极的工作端、第二电极的工作端分别位于爆炸腔内，第一电极与第二电极用于在爆炸腔内形成电爆炸。本实施例中，第一电极的工作端位于同轴送粉管出口下方；第二电极的工作端位于同轴送粉管出口正下方，第二电极的工作端的中心轴线与导丝管的中心轴线相平行。优选地，如图所示，第一电极的工作端位于同轴送粉管出口下方侧边，第一电极的工作端的中心轴线与经导丝管输出丝材的中心轴线相垂直。该结构中，第一电极的工作端与第二电极的工作端之间沿竖直方向形成爆炸区域，同轴送粉管输出的包覆粉体能在爆炸区域内的丝材周围形成包覆粉体气团。采用该结构，电极组件工作，将丝材快速熔化及气化并形成丝材蒸气，包覆粉体在爆炸区域内的丝材周围形成包覆粉体气团（如图所示，本实施例中，“硼粉气团”是指硼粉落入爆炸区域形成的硼粉粉柱），即自导丝管输出的丝材与同轴送粉管输出的包覆粉体沿竖直方向同步进入爆炸区域内；而后，丝材形成的丝材蒸气沉积在包覆粉体表面，并形成丝材包粉核壳结构（在本实施例中，即形成金属包覆的硼粉）。

爆炸腔下端设置有腔体下出口，经爆炸单元处理后的物料经腔体下出口输出，并进入收集单元内。优选地，腔体下出口呈倒锥形。本实施例中，收集单元包括分流仓、收集管、第一阀门、收集连接管、第二阀门、物料收集器，腔体下出口、分流仓、收集管、第一阀门、收集连接管、第二阀门与物料收集器依次相连且腔体下出口输出的物料能依次经分流仓、收集管、第一阀门、收集连接管、第二阀门进入物料收集器内进行收集。本实施例中，第一阀门、第二阀门分别采用球阀。

本实施例中，分流仓包括第二仓体、导流板，第二仓体上设置有与腔体下出口相连的仓体进口、与收集管相连的仓体第一出口、仓体第二出口，导流板设置在第二仓体内，导流板能相对第二仓体转动。该结构中，通过调整导流板相对第二仓体的转动，能使腔体下出口输出的物料通过仓体第一出口或仓体第二出口输出以实现分流操作。采用该结构，物料经第二仓体后，通过调整导流板，可使得腔体下出口输出的物料通过仓体第一出口或仓体第二出口输出；当经仓体第一出口输出时，可经收集管进入物料收集器内，进行收集；当经仓体第二出口输出时，可进入循环送料单元内。

本实施例中，循环送料单元包括第二螺旋输送组件、第二连接管、第三螺旋输送组件、第三连接管。

其中，第二螺旋输送组件包括第二驱动装置、第二螺旋输送杆、第二输送管，第二驱动装置与第二螺旋输送杆相连，第二螺旋输送杆设置在第二输送管内，第二输送管与仓体第二出口相连且仓体第二出口内的物料能经第二驱动装置带动第二螺旋输送杆相对第二输送管转动以实现对粉体的输送。

第三螺旋输送组件包括第三驱动装置、第三螺旋输送杆、第三输送管，第三驱动装置与第三螺旋输送杆相连，第三螺旋输送杆设置在第三输送管内。

第二输送管的出料端通过第二连接管与第三输送管相连且第二输送管内的物料能经第二连接管进入第三输送管内，第三输送管的出料端通过第三连接管与第一输送管相连且第三输送管内的物料能经第三连接管进入第一输送管内以实现爆炸腔内物料在循环送料单元、粉体输送单元内的循环。采用该结构，仓体第二出口通过循环送料单元与粉体输送单元相连，仓体第二出口内的物料能经循环送料单元输送至粉体输送单元并经粉体输送单元至爆炸单元内。

本实施例中，第二螺旋输送杆、第三螺旋输送杆上分别设置有螺旋叶片。进一步，将第二连接管与第二输送管的连接端记为第二进料端，将第二连接管与第三输送管的连接端记为第二出料端，第二连接管相对竖直方向倾斜设置，第二进料端位于第二出料端上方且第二输送管输出的物料能在重力的作用下通过第二连接管进入第三输送管内；将第三连接管与第三输送管的连接端记为第三进料端，将第三连接管与第一输送管的连接端记为第三出料端，第三连接管相对竖直方向倾斜设置，第三进料端位于第三出料端上方且第三输送管输出的物料能在重力的作用下通过第三连接管进入第一输送管内。

第二螺旋输送组件、第三螺旋输送组件采用相同的结构；本实施例中，硼粉的输运主要靠推进螺杆和电机组成的螺杆推进装置，需要改变硼粉输送方向时，利用卡箍在两个推进方向间形成一个便于拆装的快接头。为了保障设备整体的气密性，推进螺杆和传动电机之间用磁流体密封件连接。为了保障传动电机与设备高压部分的电气绝缘性，在高压电极上配备绝缘套的同时，在电机与密封件之间增设绝缘座。

进一步，进料管与第二仓体相连，进料管上设置有第三阀门，进料管与第二仓体的连接处位于第二仓体上仓体第二出口的一侧且经进料管添加的包覆粉体能进入仓体第二出口内。

本实施例中，物料先通过进料管进入第二仓体内，而后依次经第二螺旋输送组件、第三螺旋输送组件进入粉体输送单元内，再经爆炸单元进行电爆炸反应；反应后的物料经收集单元的分流仓中的导流板后，进入第二螺旋输送组件内，如此反复，直到得到所需包覆量的产品，即可。

本实施例中，气体处理单元与爆炸腔相连；气体处理单元用于将爆炸腔内抽至真空，并在爆炸腔内抽至真空后，充入惰性气体。具体地，气体处理单元包括真空泵、气体连接管、抽气阀，真空泵依次通过气体连接管、抽气阀与爆炸腔相连；该结构用于对爆炸腔内进行抽真空处理。进一步，气体处理单元还包括气源，气源依次通过气体连接管、抽气阀与爆炸腔相连；该结构用于向爆炸腔内充入惰性气体。本实施例中，惰性气体采用氩气。进一步，抽气阀与收集连接管相连。

如图9，设备使用时，从抽气阀抽出设备内部气体，之后再从抽气阀加入需要的气氛。包覆开始前，调整导流板的方向，使其偏向收集管一侧，导流板上的密封橡胶将避免硼粉进入收集管。包覆后的粉体落入分流仓后，在导流板的作用下进入循环送料单元内，进而被再次送入爆炸腔进行电爆包覆。包覆完成后，关闭高压电源，导流板偏向循环送料单元一侧，同时从进料管加入事先已知的填充推进第二螺旋输送组件、第三螺旋输送组件、粉体输送单元所需的粉体质量，以此置换出管道内的已包覆硼粉。置换完成后，关闭第一阀门和第二阀门，取下物料收集器，即可。

本实施例中，第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置分别为电机。优选地，该装置还包括控制系统，第一驱动装置、电极组件、第二驱动装置、第三驱动装置分别与控制系统相连。

优选地，第二螺旋输送杆的中心轴线与第三螺旋输送杆的中心轴线相垂直，第三螺旋输送杆的中心轴线与第一螺旋输送杆的中心轴线相垂直；第一螺旋输送组件还包括第一轴承，第一轴承设置在第一输送管内，第一螺旋输送杆的一端与第一轴承相连且第一螺旋输送杆能相对第一轴承转动；第二螺旋输送组件还包括第二轴承，第二轴承设置在第二输送管内，第二螺旋输送杆的一端与第二轴承相连且第二螺旋输送杆能相对第二轴承转动；第三螺旋输送组件还包括第三轴承，第三轴承设置在第三输送管内，第三螺旋输送杆的一端与第三轴承相连且第三螺旋输送杆能相对第三轴承转动。优选地，第一螺旋输送组件还包括第一绝缘座，第一驱动装置设置在第一绝缘座上；第二螺旋输送组件还包括第二绝缘座，第二驱动装置设置在第二绝缘座上；第三螺旋输送组件还包括第三绝缘座，第三驱动装置设置在第三绝缘座上。

采用前述装置进行粉体包覆的操作步骤如下：

（1）通过气体处理单元将爆炸腔抽真空至-0.05MPa~-0.1MPa后，充入惰性气体至0.1～0.2MPa；

（2）利用送丝单元将丝材沿竖直方向送入爆炸区域内，并将包覆粉体沿竖直方向通过爆炸区域，实现丝材与包覆粉体在爆炸区域内的同轴同步运动，丝材位于包覆粉体内；

（3）丝材与包覆粉体在爆炸区域内同步运动的过程中，电极组件通电；利用电爆炸雾化法将丝材快速熔化及气化并形成丝材蒸气，包覆粉体在爆炸区域内的丝材周围形成包覆粉体气团，丝材蒸气沉积在包覆粉体表面，形成丝材包粉核壳结构；

（4）爆炸单元处理后的物料经腔体下出口输出，进入收集单元的第二仓体内；控制导流板的转动，使物料经仓体第二出口输出，并通过循环送料单元返回粉体输送单元中，重复步骤3；如此反复，直至包覆量达到设定值。

本实施例中，惰性气体选用氩气。本实施例中，电爆炸的环境可以为真空环境，或者惰性气体氛围。

本申请利用电爆炸法制备金属纳米粉的原理，同时在与金属丝同轴且呈圆柱空间内分布硼粉（即导丝管、同轴送粉管分别呈圆管状，导丝管的中心轴与同轴送粉管的中心轴相重合），使之形成含硼粉的“气团”。金属丝电爆气化后产生的蒸气和“硼粉气团”碰撞，使金属在硼粉表面冷凝，形成金属包覆的硼粉。

如图8所示，送丝单元送入的丝材于电极间电爆炸形成金属蒸汽，在被“硼粉气团”环绕的环境中，金属蒸气沉积在硼粉表面形成金属包硼核壳结构，并在重力作用下，缓慢沉降入下方的分流仓中。观察窗适用于最初几次电爆包覆过程的观察，配合高速相机，以期观察到硼粉被电爆包覆的过程。

本实施例中，为了实现金属对硼粉的包覆，要求金属丝气化产生的蒸气尽可能的包裹硼粉。硼粉通过粉体输送单元进入爆炸腔，形成“硼粉气团”。为了使金属丝产生的蒸气尽可能的与“硼粉气团”接触，要求金属丝尽量位于“硼粉气团”中轴线上。

在实际制备时，通过进料管向装置内添加设定质量的硼粉，利用推进电机和推进螺杆组成的循环送料单元，实现粉体在系统内的循环。硼粉从送丝单元下端与金属丝同轴洒出，形成“硼粉气团”，位于气团中心的金属丝发生电爆炸，金属蒸气沉积在硼粉表面，形成金属包硼核壳结构。

由于反应效率的限制，单次的电爆炸无法使所有的硼粉都包覆金属颗粒。因此，本实施例采用循环送料单元，实现粉体物料的多次反应，从而得到较高包覆量的产品。本实施例中，通过控制硼粉的循环速率与循环时间、金属丝的直径、单次电爆炸的金属丝长度，实现硼粉表面金属包覆量的控制。

本实施例中，包覆粉体表面的丝材包覆量大致可控。更具体地，在应用前，通过进料管向第二仓体内加入粉体，粉体依次经第二螺旋输送组件、第三螺旋输送组件进入粉体输送单元内；将此时装置内所含有的粉体量记为第一粉体量。当爆炸反应完成后，加入同种包覆粉体，加入的包覆粉体量为第一粉体量时，停止加入；此时，转动导流板，使装置内的物料通过仓体第一出口输出，并经物料收集器进行收集。通过循环处理，能保证爆炸反应的完全进行，配合第一粉体量的扣除，能使包覆粉体表面的丝材包覆量大致可控。

本实施例制备的铝镁合金粉包覆硼粉的扫描电镜图如图10、图11所示。实际应用结果表明，采用本申请，金属能有效包覆在硼粉表面；扫描电镜下的元素分布分析结果表明，硼粉表面布满金属元素。经实际测试，本实施例的装置能够用于铝丝、镍丝、钼丝、钨丝等多种丝材，具有应用范围广的优点。

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)

1.一种电爆炸包覆粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）使电爆炸包覆粉体的装置中的爆炸腔处于真空状态，或抽真空后充入惰性气体；

（2）电极组件包括第一电极、与第一电极相配合的第二电极，第一电极的工作端与第二电极的工作端之间沿竖直方向形成爆炸区域；

利用送丝单元将丝材沿竖直方向送入爆炸区域内，并将包覆粉体沿竖直方向通过爆炸区域，实现丝材与包覆粉体在爆炸区域内的同轴同步运动，丝材位于包覆粉体内；

（3）丝材与包覆粉体在爆炸区域内同步运动的过程中，电极组件工作，利用电爆炸雾化法将丝材快速熔化及气化并形成丝材蒸气，包覆粉体在爆炸区域内的丝材周围形成包覆粉体气团，丝材形成的丝材蒸气沉积在包覆粉体表面，形成丝材包粉核壳结构，即可。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，在丝材蒸气与包覆粉体气团内包覆粉体颗粒下落的过程中，丝材蒸气沉积在包覆粉体颗粒的表面，并冷却，形成丝材包粉核壳结构。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，待步骤（3）完成后，得到粉体混合物；

再将得到的粉体混合物返回步骤（3）中，并以得到的粉体混合物替代包覆粉体，重复步骤（3），直到所得粉体混合物的包覆量达到设定值。

4.一种电爆炸包覆粉体的装置，其特征在于，包括用于输送丝材的送丝单元、粉体输送单元、爆炸单元、收集单元、气体处理单元；

所述粉体输送单元包括用于添加包覆粉体的进料管、第一螺旋输送组件、粉料输送管、导丝管、同轴送粉管，所述进料管与第一螺旋输送组件相连且进料管内的包覆粉体能经第一螺旋输送组件进行输送；

所述第一螺旋输送组件包括第一驱动装置、第一螺旋输送杆、第一输送管，所述第一驱动装置与第一螺旋输送杆相连，所述第一螺旋输送杆设置在第一输送管内且第一驱动装置能带动第一螺旋输送杆相对第一输送管转动以实现对粉体物料的输送；

所述第一输送管包括第一送料管段、第一出料管段，所述第一出料管段上设置有若干个出料孔，所述第一送料管段与第一出料管段相连为一体且进料管内的粉体物料能经第一送料管段输送后经第一出料管段的出料孔输出；

所述第一出料管段与粉料输送管相配合，所述粉料输送管与同轴送粉管相连且第一出料管段输出的包覆粉体能经粉料输送管输送至同轴送粉管内；

所述导丝管与送丝单元相连且送丝单元内输出的丝材能经导丝管输出，所述导丝管设置在同轴送粉管内且同轴送粉管内输出的包覆粉体在下落过程中能位于导丝管输出的丝材周围并实现丝材输出与包覆粉体下落的同步进行；

所述爆炸单元包括爆炸腔、与电爆炸电源相连的电极组件、电极绝缘体，所述电极组件包括第一电极、与第一电极相配合的第二电极；

所述同轴送粉管与爆炸腔相连，所述第一电极、第二电极分别通过电极绝缘体与爆炸腔相连且第一电极的工作端、第二电极的工作端分别位于爆炸腔内并能在爆炸腔内形成电爆炸；

所述第一电极的工作端位于同轴送粉管出口下方；所述第二电极的工作端位于同轴送粉管出口正下方，所述第二电极的工作端的中心轴线与导丝管的中心轴线相平行；

所述第一电极的工作端与第二电极的工作端之间沿竖直方向形成爆炸区域且自导丝管输出的丝材与同轴送粉管输出的包覆粉体能沿竖直方向同步进入爆炸区域内，同轴送粉管输出的包覆粉体能在爆炸区域内的丝材周围形成包覆粉体气团且丝材形成的丝材蒸气能沉积在包覆粉体表面并形成丝材包粉核壳结构；

所述爆炸腔下端设置有腔体下出口且经爆炸单元处理后的物料能经腔体下出口输出；

所述爆炸腔下端与收集单元相连且经腔体下出口输出的物料能经收集单元进行收集；

所述气体处理单元与爆炸腔相连且气体处理单元能将爆炸腔内抽至真空或将爆炸腔内抽至真空后充入惰性气体。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一电极的工作端位于同轴送粉管出口下方侧边，所述第一电极的工作端的中心轴线与经导丝管输出丝材的中心轴线相垂直。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一螺旋输送杆包括与第一送料管段相配合的第一螺旋杆段、与第一出料管段相配合的第一平直杆段，所述第一螺旋杆段上设置有螺旋叶片，所述第一平直杆段上设置有平面叶片，所述平面叶片所在平面与第一平直杆段的中心轴线平行。

7.根据权利要求4或5或6所述的装置，其特征在于，所述收集单元包括分流仓、收集管、第一阀门、收集连接管、第二阀门、物料收集器，所述腔体下出口、分流仓、收集管、第一阀门、收集连接管、第二阀门与物料收集器依次相连且腔体下出口输出的物料能依次经分流仓、收集管、第一阀门、收集连接管、第二阀门进入物料收集器内进行收集。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分流仓包括仓体、导流板，所述仓体上设置有与腔体下出口相连的仓体进口、与收集管相连的仓体第一出口、仓体第二出口，所述导流板设置在仓体内，所述导流板能相对仓体转动且通过调整导流板相对仓体的转动能使腔体下出口输出的物料通过仓体第一出口或仓体第二出口输出以实现分流操作。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述进料管与仓体相连，所述进料管与仓体的连接处位于仓体上仓体第二出口的一侧且经进料管添加的包覆粉体能进入仓体第二出口内；

还包括循环送料单元，所述仓体第二出口通过循环送料单元与粉体输送单元相连且仓体第二出口内的物料能经循环送料单元输送至粉体输送单元并经粉体输送单元至爆炸单元内。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述循环送料单元包括第二螺旋输送组件、第二连接管、第三螺旋输送组件、第三连接管，所述第二螺旋输送组件包括第二驱动装置、第二螺旋输送杆、第二输送管，所述第二驱动装置与第二螺旋输送杆相连，所述第二螺旋输送杆设置在第二输送管内，所述第二输送管与仓体第二出口相连且仓体第二出口内的物料能经第二驱动装置带动第二螺旋输送杆相对第二输送管转动以实现对粉体的输送；

所述第三螺旋输送组件包括第三驱动装置、第三螺旋输送杆、第三输送管，所述第三驱动装置与第三螺旋输送杆相连，所述第三螺旋输送杆设置在第三输送管内；

所述第二输送管的出料端通过第二连接管与第三输送管相连且第二输送管内的物料能经第二连接管进入第三输送管内，所述第三输送管的出料端通过第三连接管与第一输送管相连且第三输送管内的物料能经第三连接管进入第一输送管内以实现爆炸腔内物料在循环送料单元、粉体输送单元内的循环。

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