CN206253651U - 一种金属纳米粉制备设备 - Google Patents

Abstract

一种金属纳米粉制备设备，包括进料机构、反应器、高压发生器、旋风收集器、高压风机和冷却器，反应器为直立式反应器，反应器顶部设置第一出风口，反应器底部设置漏斗形收集装置，收集装置包括第一进气口和排料口，进料机构和高压发生器位于收集装置的上部，旋风收集器包括设置在顶部的第二出风口、侧部的第二进气口和底部的集料器，旋风收集器通过连接第一出风口和第二进气口的风管与反应器连通，高压风机通过风管与旋风收集器连通，高压风机通过风管与冷却器相连，冷却器通过风管经第一进气口与收集装置连通，通过收集装置向反应器供冷气。本实用新型能够有效地将金属丝残渣和大颗粒金属纳米粉与目标粒径金属纳米粉分离。

Description

一种金属纳米粉制备设备

技术领域

本实用新型属于电爆法制备金属纳米粉的技术领域，具体涉及一种电爆法金属纳米粉制备设备。

背景技术

纳米材料是指颗粒尺寸为1～100nm的粒子组成的新型材料，由于它的尺寸小、比表面积大及量子尺寸效应，使之具有常规粗晶材料不具备的特殊性能，在光吸收、敏感、催化及其它功能特性等方面展现出引人注目的应用前景。近年来，纳米粉体及其制造技术发展非常迅速，出现了多种多样的纳米粉制备方法，最为普遍的是气体冷凝法、电弧法、爆炸丝法及化学还原等方法。

爆炸丝法是在一定的介质或者真空中，对丝导体施加高电压瞬间产生强大的脉冲电流，使丝导体短时间内熔化、气化、膨胀，发生爆炸。其爆炸产物在爆炸冲击波的作用下高速向四周溅射，冷却后形成纳米粉末。电爆炸金属丝作为金属纳米粉体制备方法之一，具有设备体积小，能耗低，产量大的特点。但是，传统电爆炸金属丝设备制备的金属纳米粉体具有粒径分布广，大颗粒较多等缺点；同时，在高压下，金属材质的反应器壁也容易被气化形成金属蒸汽，造成对金属纳米粉的污染。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种金属纳米粉制备设备，能够有效地将金属丝残渣和大颗粒金属纳米粉与目标粒径金属纳米粉分离，使收集的金属纳米粉粒径分布窄，大颗粒较少；同时，解决了残渣与高压电极板之间通过沾满粉尘的绝缘材料间放电的问题；也解决了腔壁材料气化对纳米材料的污染问题。

本实用新型是这样实现的：

一种金属纳米粉制备设备，包括进料机构、反应器、高压发生器、旋风收集器、高压风机和冷却器，

所述反应器为直立式反应器，所述反应器顶部设置第一出风口，所述反应器底部设置漏斗形收集装置，所述收集装置包括第一进气口和排料口，所述第一进气口位于所述收集装置的侧部，所述排料口位于所述收集装置的底部，

所述进料机构和所述高压发生器位于所述收集装置的上部，

所述旋风收集器包括设置在顶部的第二出风口、侧部的第二进气口和底部的集料器，所述旋风收集器通过连接第一出风口和第二进气口的风管与反应器连通，

所述高压风机通过风管与所述旋风收集器连通，

所述高压风机通过风管与所述冷却器相连，所述冷却器通过风管经第一进气口与所述收集装置连通，通过所述收集装置向所述反应器供冷气。

优选地，所述反应器包括反应器外壳和反应器内衬，所述反应器内衬的材料为聚四氟乙烯。

优选地，所述高压风机包括减速器、增速器、底座和风叶，

所述减速器包括减速器输入轴、减速器输出轴和密封组件，所述密封组件位于所述减速器输出轴上，

所述增速器包括增速器输出轴，

所述底座包括底座通孔，

所述减速器通过所述减速器输出轴与所述增速器相连，所述增速器位于所述底座上部，所述风叶位于所述底座下部，所述增速器通过所述增速器输出轴经所述底座通孔与所述风叶相连，

所述减速器、所述增速器和所述风叶形成减速器-增速器-风叶驱动结构。

优选地，所述高压风机还包括密封外套，所述密封外套为倒U形结构，所述密封外套包括密封外套通孔，所述减速器位于所述密封外套的上部，所述减速器输出轴穿过所述密封外套通孔与所述增速器相连，所述增速器位于所述密封外套内部，所述底座与所述密封外套固定连接。

优选地，所述高压风机还包括密封座，所述密封座位于所述增速器和所述底座之间，与所述增速器和所述底座固定连接。

优选地，所述密封组件包括轴套和密封圈，所述密封圈位于所述轴套的底部，所述轴套为铜轴套，所述密封组件位于所述减速器输出轴与所述密封外套相交接的位置。

优选地，所述进料机构包括丝盘、整机支架、导丝管、校直装置和/或驱动装置，其中：

所述丝盘、所述校直装置、所述驱动装置和所述导丝管通过金属丝依次相连，

所述丝盘安装在所述整机支架的一端，所述导丝管安装在所述整机支架的另一端，所述校直装置和所述驱动装置位于所述整机支架的内部。

优选地，所述校直装置包括校直铜管和铜管固定器，所述校直铜管通过所述铜管固定器进行固定，

所述驱动装置包括主动轮、从动轮和从动轮压紧器，金属丝穿过所述主动轮和所述从动 轮之间的通道，所述从动轮压紧器与所述从动轮相连，用于压紧所述从动轮。

优选地，所述进料机构还包括调节装置，所述调节装置包括调节器支架、左右旋转轴和上下旋转轴，所述调节器支架固定在所述整机支架上，所述左右旋转轴和所述上下旋转轴与所述导丝管交叉连通设置，用于调节金属丝的角度。

优选地，所述旋风收集器至少为1个。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)采用直立式反应器，冷却气体由底部进入反应器，金属丝气化后产生的残渣和大颗粒在重力作用下掉入底部，冷却气体可均匀地对腔体电极及高压电极板进行冷却；

(2)增加设置材质的反应器内衬，解决了腔壁材料气化对纳米材料的污染问题；

(3)残渣距离高压电极板比较远，解决了残渣与高压电极板之间通过沾满粉尘的绝缘材料间放电的问题；

(4)高压风机中，采用增速、减速方式，以低速轴承动态密封的方式降低密封圈的磨损，延长了系统的使用寿命；

(5)进料机构中，采用校直铜管-校直轮(驱动装置)复合校直方法，该方法运动部件少，在高粉尘及高压环境下可靠性好。

附图说明

图1是金属纳米粉制备设备示意图。

图2是反应器示意图。

图3是进料机构示意图。

图4是高压风机剖面图。

所有附图中的标记如下：

1-进料机构，101-丝盘，102-金属丝，103-校直铜管，104-铜管固定器，105-整机支架，106-从动轮压紧器，107-从动轮，108-主动轮，109-调节器支架，110-左右旋转轴，111-上下旋转轴，112-导丝管，2-反应器，21-第一出风口，22-反应器外壳，23-反应器内衬，3-高压发生器，4-旋风收集器，41-第二出风口，42-第二进气口，43-收集器，5-高压风机，501-减速器，502-ABS轴，503-铜轴套，504-密封圈，505-密封外套，506-增速器，507-密封座，508-底座，509-防爆风叶，510-减速器输出轴，511-底座通孔，512-增速器输出轴，6-冷却器，7-收集装置，71-排料口，72-第一进气口。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本实用新型的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的部件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

对于本领域的技术人员而言，应当清楚本申请中提及的“前、后、上、下、左、右”等方向用词仅是为了能够更直观地解释本实用新型，因此在文中的上述的方向用词并不构成对本实用新型的保护范围的限制。

如图1至图4所示，一种金属纳米粉制备设备，包括进料机构1、反应器2、高压发生器3、旋风收集器4、高压风机5、冷却器6和收集装置7。进料机构1和高压发生器3位于收集装置7的上部，并均与反应器2相连。反应器2与旋风收集器4相连，用于向旋风收集器输送带金属纳米粉的气流。旋风收集器4通过风管与高压风机5相连，用于将气固分离后的气体经高压风机送至冷却器6中进行回收处理，以供循环使用。

如图3所示，送料机构1包括丝盘101、校直装置、整机支架105、驱动装置、调节装置和导丝管112。丝盘101、校直装置、驱动装置和导丝管112通过金属丝102依次相连。丝盘101安装在整机支架105的一端。导丝管112安装在整机支架105的另一端。校直装置和驱动装置位于整机支架105的内部。调节装置安装在导丝管112上，用于调节金属丝102的角度。采用校直铜管-校直轮(驱动装置)复合校直方法，该方法运动部件少，在高粉尘及高压环境下可靠性好

如图3所示，优选校直装置包括校直铜管103和铜管固定器104。校直铜管103通过铜管固定器104进行固定。铜管固定器104将校直铜管103固定后，能够避免校直铜管103在金属丝102的扭转力和变形力作用下的扭转和摇晃，进而影响对金属丝102的拉直效果。优选校直铜管103包括S形铜管部分(未示图)和直线形铜管部分(未示图),S形铜管部分位于铜管固定器104靠近丝盘101的一端。因为金属丝102缠绕在丝盘101上，具有一定的变形力，当将金属丝102从丝盘101上拉下来时，由于变形力的作用，金属丝具有向内弯曲的趋势，所以，S形铜管可以较好地适应金属丝的形变，起到拉直过渡的作用。直线形铜管部分位于铜管固定器104远离丝盘101的一端。直线形铜管进一步阻止金属丝102的变形力，并强制地将金属丝102拉直。校直铜管103的长度可调，可根据生产的需要进行调整。

如图3所示，整机支架105用于支撑固定整个送丝机构。在满足力学性能和机械性能要求的情况下，整机支架105的材质可以为工程塑料，如ABS等，以达到绝缘性能，避免金属整机支架导电而带来的安全隐患。

如图3所示，驱动装置包括主动轮108、从动轮107和从动轮压紧器106。经过外部动力驱动，主动轮108放置，并带动从动轮107旋转，以压紧和牵引经校直装置初步校直的金属丝102。金属丝穿过主动轮108和从动轮107之间的通道，并送往导丝管112。从动轮压紧器106与从动轮107相连，用于压紧从动轮107。从动轮压紧器106，能够根据金属丝102的直径，来调整从动轮107与主动轮108之间的空隙距离，以更好地驱动和压直金属丝。经过驱动装置驱送出来金属丝，在30cm的长度范围内处于比较直的状态，因此可优选驱动装置和导丝管112间的距离小于30cm，以较好地适应和控制金属丝102，使电爆炸高效进行。

如图3所示，调节装置包括调节器支架109、左右旋转轴110和上下旋转轴111。调节装置安装在导丝管112上并与导丝管112共同作用，以调节金属丝的角度。调节器支架109固定在整机支架105上，左右旋转轴110和上下旋转轴111与导丝管112交叉连通设置。左右旋转轴110和上下旋转轴111安装在调节器支架109上。通过调节左右旋转轴110，能够调节金属丝102左右方向角度的偏摆；通过调节上下放置轴111，能够调节金属丝102上下方向角度的偏摆；通过综合调节左右旋转轴110和上下旋转轴111，能够同时调节金属丝上下左右角度的偏摆。通过调整导丝管112的管径，能够辅助实现金属丝上下左右角度的偏摆量。

如图1和图2所示，反应器2为直立式反应器，反应器2包括第一出风口21、反应器外壳22和反应器内衬23。第一出风口21位于反应器2的顶部。第一出风口用于将携带金属纳米粉的气流经第一出风口送入旋风收集器4。优选反应器内衬23的材质为聚四氟乙烯，设置反应器内衬23的目的在于防止金属类反应器材质在高电压下发生气化，污染金属纳米粉。当然，内衬材质也可以为其他能防止高电压气化的材质，不会对金属纳米粉造成污染即可。

如图1所示，旋风收集器4包括设置在顶部的第二出风口41、侧部的第二进气口42和底部的集料器43。带有金属纳米粉的气流经第二进气口42进放旋风收集器4中，经气固分离后，金属纳米粉进入集料器43中进行收集，气体经第二出风口41并经高压风机5送入冷却器6中。旋风收集器至少为1个，也可以为连续设置的多个，带金属纳米粉的气体经第一个旋风收集器收集金属纳米粉后，再进入后续旋风收集器中进行收集，以提高收集的效率，也减少气体中携带的金属纳米粉，避免对气体的污染。

如图4所示，高压风机5包括减速器501、密封外套505、增速器506、密封座507、底座508和风叶。减速器501通过减速器输出轴510与增速器506相连；减速器501位于密封外套505的上部；增速器506位于底座508的上部；增速器506位于密封外套505内部；密封座507位于增速器506和底座508之间，与增速器506和底座508固定连接；底座508与密封外套505固定连接；风叶位于底座508的下部；增速器506通过增速器输出轴512经底座通孔511与风叶相连。减速器501、增速器506和风叶之间形成了减速器-增速器-风叶驱动结构。本结构以低速轴承动态密封的方式降低了密封组件的磨损，延长了系统的使用寿命。

如图4所示，减速器501包括减速器输入轴、减速器输出轴510和密封组件。优选减速 器输入轴为工程塑料轴，例如ABS轴。因为工程塑料具有优良的综合性能，刚性大，蠕变小，机械强度高，耐热性好，电绝缘性好，可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用。用工程塑料替代金属作为减速器输入轴，能够使驱动装置(如马达等)与风机处于彻底绝缘的状态，使驱动装置能够在高脉冲环境下安全地工作。减速器输出轴510可以为金属轴或工程塑料轴，能起到轴连接驱动作用即可。减速器501通过减速器输出轴510与增速器506相连，驱动增速器506运转。密封组件位于减速器输出轴510与密封外套505相交接的位置。在交接位置的密封外套505上开设容纳腔(未示图)，将密封组件安装在容纳腔中。密封组件包括轴套和密封圈504。密封组件用于密封防止粉尘的进入，并稳定减速器输出轴以避免在密封外套中摆动以更好地驱动增速器运转。密封圈504位于轴套的底部。密封圈可以为橡胶圈、金属圈等，能起到密封效果即可。优选轴套为铜轴套，套装在减速器输出轴上以避免轴的摆动。轴套也可以为其他金属或非金属轴套，能使轴稳定即可。使用时，外部驱动装置通过减速器输入轴驱动减速器501实现减速，然后通过减速器输出轴510驱动增速器506运转以实现增速来提升风叶的转动速度，达到通过气流推动电爆炸金属纳米粉的移动和收集，以及气流气体的回收再利用。

如图4所示，密封外套505为倒U形结构。倒U形结构的开口向两边分别延伸。密封外套包括密封外套通孔。密封外套通孔位于倒U形结构的顶部。优选密封外套505为工程塑料密封外套，例如ABS密封外套，工程塑料能够达到绝缘的效果，进一步保证驱动装置与风机的绝缘。减速器501位于密封外套505的上部，减速器输出轴510穿过密封外套通孔与增速器相连，增速器506位于密封外套505内部，底座与密封外套的倒U形结构的开口向两边的延伸处固定连接，用于将增速器506限隔在密封外套505的内部，降低了高电压和高粉尘对增速器的影响，进一步阻隔了高电压、高粉尘和高气压对减速器密封组件的磨损，提高了系统的密封性能，延长了系统的使用寿命。

如图4所示，增速器506包括增速器输入轴和增速器输出轴512。增速器输入轴也就是减速器的输出轴510，也即减速器501通过减速器输出轴510与增速器506相连，用于驱动增速器506运转以实现增速。优选增速器506固定在密封座507上，密封座507固定在底座508上，增速器506通过增速器输出轴512经密封座507上的密封座通孔和底座通孔511实现与风叶的连接，以驱动风叶的转动。增速器输出轴512可以为金属轴或工程塑料轴，能起到轴连接驱动作用即可。

如图4所示，密封座507包括密封座通孔，用于增速器输出轴512穿过。密封座507位于增速器506和底座508之间并与二者均固定连接。密封座507用于进一步密封增速器506，以降低通过底座通孔进入的粉尘进入增速器，影响增速器的使用寿命。密封座507可以为金属或非金属材料的密封座，能实现密封作用即可。

如图4所示，底座508包括底座通孔511。底座通孔511用于供增速器输出轴512穿过并实现与风叶的驱动连接。底座508与密封外套505的倒U形开口两端延伸部和密封座507均固定连接。底座508用于支撑整个风机结构，隔离电爆炸室与驱动装置。

如图4所示，风叶位于底座下部，增速器506通过增速器输出轴512经底座通孔511与风叶相连并驱动风叶转动。优选风叶为防爆风叶509，在高气压、高电压和高粉尘的环境中，可以提高使用寿命。当然，风叶也可以为其他类型的风叶。

如图4所示，还可以在减速器输出轴510与增速器506相交接的位置设置密封组件，和/或在密封座507与底座相508交位置的增速器输出轴512上设置密封组件，或在减速器输入轴、减速器输出轴和增速器输出轴上其他位置安装密封组件，以实现对整个风机系统更好的密封。

如图1所示，收集装置7包括排料口71和第一进气口72。收集装置为漏斗形结构，便于收集电爆炸中产生的大颗粒和金属丝残渣收集，并经排料口71排出。第一进气口位于收集装置的侧部，冷却器6中产生的气体经第一进气口进入反应器中。

一种使用上述金属纳米粉制备设备的方法，包括以下步骤：

S1：进料：金属丝在进料机构中拉直进料，

S2：气化：金属丝在反应器中高压发生器产生的高电压下气化，形成金属蒸汽，

S3：冷凝：金属蒸汽遇到反应器下方来的冷却气体后冷凝形成金属纳米粉，残渣及大颗粒掉入反应器底部的收集装置中，细小的金属纳米粉随气流进入旋风收集器，

S4：气固分离：在旋风收集器中，金属纳米粉与气流分离，金属纳米粉进入旋风分离器底部的集料器，气体经管道进入高压风机，

S5：冷却：气体在高压风机作用下进入冷却器进行冷却，

S6：送风：冷却后的气体重新进入反应器底部，完成一次循环。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)采用直立式反应器，冷却气体由底部进入反应器，金属丝气化后产生的残渣和大颗粒在重力作用下掉入底部，冷却气体可均匀地对腔体电极及高压电极板进行冷却；

(2)增加设置聚四氟乙烯材质的反应器内衬，解决了腔壁材料气化对纳米材料的污染问题；

(3)残渣距离高压电极板比较远，解决了残渣与高压电极板之间通过沾满粉尘的绝缘材料间放电的问题；

(4)高压风机中，采用增速、减速方式，以低速轴承动态密封的方式降低密封圈的磨损， 延长了系统的使用寿命；

(5)进料机构中，采用校直铜管-校直轮(驱动装置)复合校直方法，该方法运动部件少，在高粉尘及高压环境下可靠性好。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种金属纳米粉制备设备，包括进料机构、反应器、高压发生器、旋风收集器、高压风机和冷却器，其特征在于：

所述反应器为直立式反应器，所述反应器顶部设置第一出风口，所述反应器底部设置漏斗形收集装置，所述收集装置包括第一进气口和排料口，所述第一进气口位于所述收集装置的侧部，所述排料口位于所述收集装置的底部，

所述进料机构和所述高压发生器位于所述收集装置的上部，

所述旋风收集器包括设置在顶部的第二出风口、侧部的第二进气口和底部的集料器，所述旋风收集器通过连接第一出风口和第二进气口的风管与反应器连通，

所述高压风机通过风管与所述旋风收集器连通，

所述高压风机通过风管与所述冷却器相连，所述冷却器通过风管经第一进气口与所述收集装置连通，通过所述收集装置向所述反应器供冷气。

2.根据权利要求1所述的金属纳米粉制备设备，其特征在于：所述反应器包括反应器外壳和反应器内衬，所述反应器内衬的材料为聚四氟乙烯。

3.根据权利要求1或2所述的金属纳米粉制备设备，其特征在于：所述高压风机包括减速器、增速器、底座和风叶，

所述减速器包括减速器输入轴、减速器输出轴和密封组件，所述密封组件位于所述减速器输出轴上，

所述增速器包括增速器输出轴，

所述底座包括底座通孔，

所述减速器通过所述减速器输出轴与所述增速器相连，所述增速器位于所述底座上部，所述风叶位于所述底座下部，所述增速器通过所述增速器输出轴经所述底座通孔与所述风叶相连，

所述减速器、所述增速器和所述风叶形成减速器-增速器-风叶驱动结构。

4.根据权利要求3所述的金属纳米粉制备设备，其特征在于：所述高压风机还包括密封外套，所述密封外套为倒U形结构，所述密封外套包括密封外套通孔，所述减速器位于所述密封外套的上部，所述减速器输出轴穿过所述密封外套通孔与所述增速器相连，所述增速器位于所述密封外套内部，所述底座与所述密封外套固定连接。

5.根据权利要求4所述的金属纳米粉制备设备，其特征在于：所述高压风机还包括密封座，所述密封座位于所述增速器和所述底座之间，与所述增速器和所述底座固定连接。

6.根据权利要求3所述的金属纳米粉制备设备，其特征在于：所述密封组件包括轴套和密封圈，所述密封圈位于所述轴套的底部，所述轴套为铜轴套，所述密封组件位于所述减速器输出轴与所述密封外套相交接的位置。

7.根据权利要求1所述的金属纳米粉制备设备，其特征在于：所述进料机构包括丝盘、整机支架、导丝管、校直装置和/或驱动装置，其中：

所述丝盘、所述校直装置、所述驱动装置和所述导丝管通过金属丝依次相连，

所述丝盘安装在所述整机支架的一端，所述导丝管安装在所述整机支架的另一端，所述校直装置和所述驱动装置位于所述整机支架的内部。

8.根据权利要求7所述的金属纳米粉制备设备，其特征在于：

所述校直装置包括校直铜管和铜管固定器，所述校直铜管通过所述铜管固定器进行固定，

所述驱动装置包括主动轮、从动轮和从动轮压紧器，金属丝穿过所述主动轮和所述从动轮之间的通道，所述从动轮压紧器与所述从动轮相连，用于压紧所述从动轮。

9.根据权利要求7或8所述的金属纳米粉制备设备，其特征在于：所述进料机构还包括调节装置，所述调节装置包括调节器支架、左右旋转轴和上下旋转轴，所述调节器支架固定在所述整机支架上，所述左右旋转轴和所述上下旋转轴与所述导丝管交叉连通设置，用于调节金属丝的角度。

10.根据权利要求1所述的金属纳米粉制备设备，其特征在于：所述旋风收集器至少为1个。