CN2661344Y - 连动式电爆法金属纳米粉制取设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种利用多根金属丝采用连动式电爆法生产纯金属纳米粉或者合金纳米粉的设备，该设备采用4－6个独立的均布的送丝系统，4－6对独立等离子开关和4－6个阳极靶等设施，使得其能使纯金属纳米粉的产量提高4－6倍，用不同金属丝可以加工出不同性能的二元或多元合金纳米粉。本实用新型结构合理、操作方便、生产效率高。
Description
技术领域：本实用新型涉及一种既可生产金属纳米粉，又可生产多种金属包覆的合金纳米粉，生产效率非常高的专用设备。具体地说是一种利用多根金属丝采用连动式电爆法生产纯金属纳米粉或者合金纳米粉的设备。
技术领域：纳米粉材料是80年代末发展起来的备受关注的高科技材料，它以其量子尺寸效应、表面效应等有着传统材料所不具备的变异性能，成为21世纪国际竞相重点发展的新材料之一。正因如此，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、溅射法、通电加热蒸发法、炉内热分解法、激光化学气相合成法、爆炸丝法及化学还原法，但目前国内利用上述方法的设备不多，并且都存在一些缺点，主要表现为其结构过于复杂，操作和使用很不方便，生产产量非常低，有些方法生产的纳米粉纯度比较低。不能满足日益增长的军工生产与科研需求。
目前的纳米粉制取设备是采用单根金属丝电爆方法制取纳米粉，生产效率比较低，另外不能在同一设备中同时采用多根不同材质的金属丝制备合金纳米粉材料。
本项发明所展示的是一种利用多根金属丝(4-6根)电爆法来制取高纯金属纳米粉或用多根不同金属丝来制取多种金属相包覆的合金纳米粉设备，其中包覆合金纳米粉是已往同类设备不能实现的。
发明内容：本实用新型的目的是要提供一种结构合理、操作方便、生产效率高，采用电爆炸法生产金属纳米粉或合金纳米粉的制取设备，该设备能加工除放射性和特活泼金属以外的所有纯金属或多元合金纳米粉。
本实用新型的目的是这样实现的：该设备是采用电爆炸法来制取金属纳米粉的，主机、回风道、插板阀、冷却器、一级收集仓、伸缩节、包装箱、二级收集仓、三级收集仓、蜗旋室、特种高压风机、支架、真空泵、水泵、回风管、电控系统柜、高压储能系统柜、工业计算机系统控制箱、特制耐高压电源线、储料箱，主机被设置在支架的上面，其下面设置有储料箱、一侧设置有真空泵、水泵，主机的上面连接回风道，通过弯头经过插板阀与其右侧的冷却器相连，冷却器右侧通过管路及伸缩节与蜗旋室相连，三个蜗旋室下端分别连接有一、二、三级收集仓，三个收集仓的下端又分别联接有三个包装箱，第三级收集仓的最上端通过回风管道与风机相连形成封闭回路。
所述主机包括原料仓及金属丝驱动室、和原料仓及金属丝驱动室相连接的爆炸室、和爆炸室相连接的绝缘室、和绝缘室相连接的等离子室、和等离子室相连接的绝缘室、和绝缘室相连接的进线室。
所述主机的原料仓及金属丝驱动室中设置有4-6个送丝盘，4-6个调整送丝机构总成。
调整送丝机构总成由送丝嘴、紧固螺母、主动转鼓、从动转鼓、校直架、构成，该调整送丝机构总成的主动转鼓所需的旋转动力由金属丝驱动室外设置的变速箱和电机提供，变速箱一端带有手动手轮。
所述主机的爆炸室内均布设置4-6个阴极调整机构、阳极靶、阳极靶固定杆，阴极调整机构、阳极靶、阳极靶固定杆是为金属丝爆炸提供高压电源及爆炸的装置。
所述主机的等离子室内也均布设置有4-6对等离子开关盘，其中，等离子开关盘与阳极靶相连，等离子开关盘与特制耐高压电源线相连，每对等离子开关盘之间带有一定距离的间隙，使用前可以调节。
所述主机另有绝缘室，两室内设置有绝缘材料，用于支承固定杆和整机的绝缘。
所述主机的金属丝驱动室、爆炸室的侧面各设置有一个操作口，该操作口的内部设置有真空橡胶手套，表面设置有一盖板，金属丝驱动室和爆炸室的下部各设置有结构完全一样，但大小不同的两个储料箱，该储料箱包括密封圈、斜压板、阀板、阀板压杆、柱塞螺母杆、底盖、底密封圈、轴用密封圈、丝杆、轴承、手轮。
本实用新型由于采用了上述结构，具有以下优点：
1、该设备结构合理，生产效率非常高，班生产达到6-10公斤。
2、该设备由于采用计算机集成化控制，操作方便。该控制系统能准确检测到本实用新型的工作电压、电流、送丝速度、真空泵转速、放电时间间隔、风机风压、风量等参数，并能准确控制其设备正常工作，操作非常方便、准确。
3、该实用新型的电路系统设计新颖，采用目前国际流行主流的直流逆变方式，该电路具有较高的可靠性，更便于计算机的集成化控制。
4、该实用新型采用上述的制造和安装结构并采用计算机集成化自动控制。其自动化程度非常高。所谓连动式也就是说利用计算机控制多点时间间隔放电的电爆法制取纳米粉设备。该设备是有非常高的生产效率的设备。
5、由于本实用新型采用4-6个独立的均布的送丝系统，4-6对独立等离子开关和4-6个阳极靶等设施，使得该实用新型设备不仅能使纯金属纳米粉的产量提高4-6倍，用不同金属丝可以加工出不同性能的二元或多元合金纳米粉。另外，该设备可以加工已往难加工的高熔点金属纳米粉。
6、由该实用新型设备生产出的金属纳米粉平均粒度在50nm以下，纯度在99％以上。
附图说明：
图1、2为连动式电爆法金属纳米粉制取设备整体结构示意图。
图3、4、5为本实用新型主机部分结构示意图。
图6为本实用新型设备主机下面储料箱部分结构示意图。
图7为本实用新型电器主体结构及操作界面示意图。
图8为本实用新型主电路原理图。
具体实施方式：由图1、图2所示：该设备包括主机1、回风道2、插板阀3、冷却器4、一级收集仓5、伸缩节6、包装箱7、二级收集仓8、三级收集仓9、蜗旋室10、特种高压风机11、支架12、真空泵13、水泵14、回风管15、电控系统柜37、高压储能系统柜38、工业计算机系统控制箱39、特制耐高压电源线40、储料箱43，主机1被设置在支架12的上面，其下面设置有储料箱43、一侧设置有真空泵13、水泵14，主机1的上面连接回风道2，通过弯头经过插板阀3与其右侧的冷却器4相连，冷却器4右侧通过管路及伸缩节6与蜗旋室10相连，三个蜗旋室10下端分别连接有一、二、三级收集仓5、8、9，三个收集仓5、8、9的下端又分别联接有三个包装箱7，第三级收集仓9的最上端通过回风管道15与风机11相连形成封闭回路。
如图3、4、5所示：
所述主机1包括原料仓及金属丝驱动室16、和原料仓及金属丝驱动室16相连接的爆炸室17、和爆炸室17相连接的绝缘室21、和绝缘室21相连接的等离子室18、和等离子室18相连接的绝缘室20、和绝缘室20相连接的进线室19。
所述主机1的原料仓及金属丝驱动室16中设置有4-6个送丝盘22，4-6个调整送丝机构总成23。本实用新型可以均布4到6个这类机构，根据用户生产的实际需求增减，本图为6个均布这种机构。
调整送丝机构总成23由送丝嘴24、紧固螺母25、主动转鼓26、从动转鼓27、校直架28、构成，该调整送丝机构总成的主动转鼓26所需的旋转动力由金属丝驱动室16外设置的变速箱29和电机30提供，变速箱29一端带有手动手轮36，利用它来实现金属丝的手动调整，另有一低速、高扭矩微电机30提供旋转扭矩。
所述主机1的爆炸室17内均布设置4-6个阴极调整机构31、阳极靶32、阳极靶固定杆33，阴极调整机构31、阳极靶32、阳极靶固定杆33是为金属丝爆炸提供高压电源及爆炸的装置。
所述主机1的等离子室18内也均布设置有4-6对等离子开关盘34、35，其中，等离子开关盘34与阳极靶32相连，等离子开关盘35与特制耐高压电源线40相连，每对等离子开关盘34、35之间带有一定距离的间隙，使用前可以调节。
所述主机1另有绝缘室20、21，两室内设置有绝缘材料，用于支承固定杆33和整机的绝缘。
由图6所示，主机1的金属丝驱动室16、爆炸室17的侧面各设置有一个操作口，该操作口的内部设置有真空橡胶手套53，表面设置有一盖板54，金属丝驱动室16和爆炸室17的下部各设置有结构完全一样，但大小不一样的两个储料箱43，该储料箱43包括密封圈41、斜压板42、阀板44、阀板压杆45、柱塞螺母杆46、底盖47、底密封圈48、轴用密封圈44、丝杆50、轴承51、手轮52。爆炸室17的储料箱43用来储存易损件，如阴极31和阳极靶32；金属丝驱动室16的储料仓用来储存缠满金属丝的金属送丝盘22(高纯金属原料丝)。工作时，如需更换易损件或金属送丝盘时，用手摇手轮52通过丝杆50和柱塞螺母杆46打开阀板44，从操作口的真空橡胶手套53处伸入手取出所要更换件来安装。由于设置了这种储料仓和操作口，使得本实用新型设备不必因易损件损坏或金属丝盘22的原料用完，打开生成室1更换，保持生成室1的工作气氛，不必重新抽真空、充惰性气体，从而提高生产率降低了生产成本。
图7为本实用新型电器主体结构及操作界面示意图，包括：电控系统37、高压储能系统38和工业控制计算机系统39。
由图8所示，本实用新型设置有新颖的设计电路，该电路采用目前国际流行主流的直流逆变升压方式。该电路系统具有电压控制可靠、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快、工作频率高、元件容量大等特点。该电路拥有电压、电流检测和PWM控制器，更便于工业控制计算机系统39集成化控制。操作方便，控制准确。为避免高压电场干扰，屏蔽计算机39机房，电器控制柜37，高压储能柜38。
本实用新型制取金属或合金纳米粉的原理是：金属丝在高压电的作用下瞬间短路产生爆炸，爆炸瞬间金属丝在高温高压的作用下蒸发成金属烟雾。该金属烟雾在特种风机风力带动下通过冷却器、伸缩节、蜗旋室到达收集仓，在这过程中被冷却成金属纳米粉粉体颗粒。该设备生产纳米粉粒度均匀，尤其是可生产难熔金属。该设备还可以生产多种金属包覆合金纳米粉，这在以前类似这种设备是不可能实现的。
本实用新型工艺过程如下：整个系统抽真空、充入惰性气体、启动设备电源、送入金属丝、放高压电、爆炸金属丝、启动特种风机、冷却、收集金属纳米粉(气体在特种风机作用下流回主腔体)、包装加工完的金属纳米粉。
本实用新型工作过程是：在整个系统抽真空、充入惰性气体、开动特种风机11、启动设备工作电源(高压电)、使爆炸室17内部的4-6个阳电极靶32各获得3.8-6万伏的高压电、金属丝由4-6个调整送丝进给机构23以160mm/s的速度射向4-6个阳电极靶32在3.8-6万伏的高压电作用下发生爆炸、爆炸瞬间金属蒸发成金属烟雾、金属烟雾由回路中的特种风机11的抽力作用下，回路中惰性气体携带金属烟雾经回风道2、插板阀3、冷却器4、伸缩节6、蜗旋室10到一级收集仓5、二级收集仓8、三级收集仓9进行分级收集。收集之后将收集到的纳米粉再经过三个包装箱7包装成袋，完成整个制备纳米粉过程。
本实用新型设备采用计算机进行全程集成化控制，另外，设备电路系统设计新颖，它是采用目前国际流行主流的直流逆变升压方式。该系统具有电压控制可靠，输入阻抗大，驱动功率小，控制电路简单，开关损耗小，通断速度快，工作频率高，元件容量大等优点。正因为如此高的电路可靠性，保证该设备整体实现了计算机的集成化控制。
本实用新型设计新颖，自动化程度高，操作方便。4-6个爆炸系统不仅可以提高所生产的纯金属纳米粉粉体的产量，还可以生产多元合金纳米粉，并使其粉体高产化。
Claims (7)
1、一种连动式电爆法金属纳米粉制取设备，该设备是采用电爆炸法来制取金属纳米粉的，其特征在于：主机(1)、回风道(2)、插板阀(3)、冷却器(4)、一级收集仓(5)、伸缩节(6)、包装箱(7)、二级收集仓(8)、三级收集仓(9)、蜗旋室(10)、特种高压风机(7)、支架(12)、真空泵(13)、水泵(14)、回风管(15)、电控系统柜(37)、高压储能系统柜(38)、工业计算机系统控制箱(39)、特制耐高压电源线(40)、储料箱(43)，主机(1)被设置在支架(12)的上面，其下面设置有储料箱(43)、一侧设置有真空泵(13)、水泵(14)，主机(1)的上面连接回风道(2)，通过弯头经过插板阀(3)与其右侧的冷却器(4)相连，冷却器(4)右侧通过管路及伸缩节(6)与蜗旋室(10)相连，三个蜗旋室(10)下端分别连接有一、二、三级收集仓(5、8、9)，三个收集仓(5、8、9)的下端又分别联接有三个包装箱(7)，第三级收集仓(9)的最上端通过回风管道(15)与风机(11)相连形成封闭回路。
2、根据权利要求1所述的一种连动式电爆法金属纳米粉制取设备，其特征在于：所述主机(1)包括原料仓及金属丝驱动室(16)、和原料仓及金属丝驱动室(16)相连接的爆炸室(17)、和爆炸室(17)相连接的绝缘室(21)、和绝缘室(21)相连接的等离子室(18)、和等离子室(18)相连接的绝缘室(20)、和绝缘室(20)相连接的进线室(19)。
3、根据权利要求1或2所述的一种连动式电爆法金属纳米粉制取设备，其特征在于：所述主机(1)的原料仓及金属丝驱动室(16)中设置有4-6个送丝盘(22)，4-6个调整送丝机构总成(23)。
调整送丝机构总成(23)由送丝嘴(24)、紧固螺母(25)、主动转鼓(26)、从动转鼓(27)、校直架(28)、构成，该调整送丝机构总成的主动转鼓(26)所需的旋转动力由金属丝驱动室(16)外设置的变速箱(29)和电机(30)提供，变速箱(29)一端带有手动手轮(36)。
4、根据权利要求1或2所述的一种连动式电爆法金属纳米粉制取设备，其特征在于：所述主机(1)的爆炸室(17)内均布设置4-6个阴极调整机构(31)、阳极靶(32)、阳极靶固定杆(33)，阴极调整机构(31)、阳极靶(32)、阳极靶固定杆(33)是为金属丝爆炸提供高压电源及爆炸的装置。
5、根据权利要求1或2所述的一种连动式电爆法金属纳米粉制取设备，其特征在于：所述主机(1)的等离子室(18)内也均布设置有4-6对等离子开关盘(34、35)，其中，等离子开关盘(34)与阳极靶(32)相连，等离子开关盘(35)与特制耐高压电源线(40)相连，每对等离子开关盘(34、35)之间带有一定距离的间隙，使用前可以调节。
6、根据权利要求1或2所述的一种连动式电爆法金属纳米粉制取设备，其特征在于：所述主机(1)另有绝缘室(20、21)，两室内设置有绝缘材料，用于支承固定杆(33)和整机的绝缘。
7、根据权利要求1或2所述的一种连动式电爆法金属纳米粉制取设备，其特征在于：所述主机(1)的金属丝驱动室(16)、爆炸室(17)的侧面各设置有一个操作口，该操作口的内部设置有真空橡胶手套(53)，表面设置有一盖板(54)，金属丝驱动室(16)和爆炸室(17)的下部各设置有结构完全一样，但大小不同的两个储料箱(43)，该储料箱(43)包括密封圈(41)、斜压板(42)、阀板(440、阀板压杆(45)、柱塞螺母杆(46)、底盖(47)、底密封圈(48)、轴用密封圈(44)、丝杆(50)、轴承(51)、手轮(52)。
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