CN2780327Y - 一种电晕放电等离子体辅助高能球磨机 - Google Patents

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朱敏
戴乐阳
曹彪
曾美琴
欧阳柳章
童燕青
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本实用新型提供一种电晕放电等离子体辅助高能球磨机，包括驱动电机、球磨罐、机架、底座，球磨罐安装在机架上，其内部放置有磨球，机架通过弹簧安装在底座上，其外侧设置有激振块，驱动电机安装在底座上，且通过弹性联轴节分别与机架、激振块连接，球磨罐还连接有电极棒、电晕放电等离子体电源，球磨罐、电极棒同时与电晕放电等离子体电源的两极连接，且电极棒设置在球磨罐内。本机可加速粉末的细化，促进机械合金化进程，加工效率高，节约能源，可实现高能球磨技术的实际材料制备及大批量生产应用。

Description

一种电晕放电等离子体辅助高能球磨机
                          技术领域
本实用新型涉及超细粉体制备及机械合金化装置，具体是指一种电晕放电等离子体辅助高能球磨机。
                          背景技术
高能球磨制备合金粉末的方法是目前超细粉体制备及机械合金化最常用的技术之一，其通常是利用高能球磨机转动或振动把金属或合金粉末粉碎成超细微粒，即：将两种或两种以上粉末同时放入高能球磨机的球磨罐中进行高能球磨，粉末颗粒经压延，压合，碾碎，再压合的反复过程(即冷焊-粉碎-冷焊的反复进行)，可以使粉末晶粒及颗粒尺寸不断细化，最后可以获得组织和成分分布均匀的超细合金粉末。由于这种方法是利用机械能使粉末达到合金化，而不是用热能或电能，所以高能球磨制备合金粉末的方法也称为机械合金化。目前，高能球磨技术在材料研究领域的应用日益广泛，利用高能球磨机可制备纯金属纳米粉末、纳米金属间化合物、纳米复合材料、纳米陶瓷材料等，是新材料制备的一条新途径。
作为一种固态非平衡加工新技术，高能球磨技术表现出一定的强制性和非平衡性，它实质上就是对被处理粉末的一个能量强加的过程。而通常高能球磨机只是单纯通过转动或振动球磨罐，利用球磨罐中磨球的机械能来处理粉末，这在很大程度上影响加工效率。由于现有的高能球磨机加工效率低，一般需要较长时间，有些产品的合成甚至需要几百个小时，由此引起的球磨器具对产品粉末的污染不容忽视。基于上述原因，高能球磨机在实际材料制备及大批量生产应用方面受到限制，目前其主要应用于实验室研究。在现有高能球磨机中，振动式球磨机是目前应用较多的球磨机之一，其粉末加工量大，但缺点是：对粉末的处理能量低，加工效率低，加工所需时间长。
                          发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术中存在的缺点和问题，提供一种可以加大对处理粉末的有效能量输入，加速粉末的细化及促进机械合金化进程，大大提高加工效率的电晕放电等离子体辅助高能球磨机。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：本电晕放电等离子体辅助高能球磨机，包括驱动电机、球磨罐、机架、底座，所述球磨罐安装在机架上，其内部放置有磨球，所述机架通过弹簧安装在底座上，其外侧设置有激振块，所述驱动电机安装在底座上，且通过弹性联轴节分别与机架、激振块连接，所述球磨罐还连接有电极棒、电晕放电等离子体电源，所述球磨罐、电极棒同时与电晕放电等离子体电源的两极连接，且所述电极棒设置在球磨罐内。
所述球磨罐包括筒体、前盖板、后盖板，所述筒体两端的法兰通过密封环、螺栓分别与前盖板、后盖板密封连接，所述前盖板的螺栓与所述电晕放电等离子体电源的一极连接，所述前盖板设有电极穿孔，所述后盖板内侧面设有盲孔，所述电极棒的外表面设有包覆层，其前端裸露并与所述电晕放电等离子体电源的另一极连接，其后端穿入所述电极穿孔并嵌入所述盲孔内。
所述电极穿孔的内侧设有凹台，所述电极棒包覆层相应设置有台肩，所述凹台与台肩之间设置有密封垫片，所述电极棒前端通过螺纹连接有螺母，所述螺母与前盖的外侧面紧贴。
所述前盖板还设有真空阀，所述球磨罐内球磨气氛如氩气、氮气、氨气，或真空可以通过所述真空阀来实现。
所述筒体的材料是导电材料，包括不锈钢、硬质合金，所述电极棒的材料是导电材料，包括不锈钢，所述前盖板、后盖板、电极棒包覆层的材料是绝缘材料，包括聚四氟乙烯。为形成电晕放电等离子体且减少球磨器具对产品粉末的污染，与之相应，所述磨球的材料也是导电材料，包括不锈钢、硬质合金。
所述电晕放电等离子体电源的输出电压范围为1～30kv，频率范围为1～25kHz。
所述等离子体是一种具有高能量高活性的气氛，因为其具有大量处于激发态的微观粒子，使得等离子体在与中性粒子或纳米粉末碰撞时，所以它不仅可以作为一种热源，提供热运动的能量，更主要是可以转变为激发能、电离能、光能，从而对材料表面造成轰击，或者激活气相、纳米粉末的化学活性，诱发常规下难于发生的化学过程。而且当反应粉末离开等离子体时，冷却速率很大(可达105K/s)，这种骤冷的过程，可以使处理粉末处于一种类似“冻结”的特殊状态，这对纳米粒子的获得极为有利。
本实用新型的工作原理是：从能量输入的角度出发，在现有振动式球磨机的基础上，对球磨罐进行改进，把所述球磨罐和电极棒分别接上所述电晕放电等离子体电源的两极，由于所述球磨罐、磨球均为导电材料，如不锈钢或硬质合金，可作为一个电极整体，从而实现球磨过程中电极与磨球之间电晕放电，把等离子体引入到球磨罐内部，将原球磨过程中单一的机械能与电晕放电等离子体有机复合起来，加大对处理粉末的有效能量输入，对粉末进行复合处理。
本实用新型电晕放电等离子体辅助高能球磨机与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
(1)加速粉末的细化，在相同工艺参数下，采用本机进行电晕放电等离子体辅助高能球磨的产品粉末粒径分布为0.5μm-1.5μm，而常规球磨的产品粉末粒径分布为5μm-15μm，两者相差10倍。
(2)促进机械合金化进程，电晕放电等离子体辅助高能球磨，是在常规机械能的基础上复合等离子体的能量，这种对粉末的复合处理，在高效细化粉体的同时，必然增加粉体的表面能及界面能，增强粉体的反应活性，而等离子体的热效应对促进扩散和合金化反应也是有利的。
(3)加工效率高，本机能有效缩短粉体细化及机械合金化所需时间，节约能源，为高能球磨技术实现实际材料制备及大批量生产应用，走上工业化生产道路打下基础。
                         附图说明
图1是本实用新型电晕放电等离子体辅助高能球磨机的外部结构示意图。
图2是图1所示球磨罐的结构示意图。
图3是图2所示球磨罐的侧视图。
                        具体实施方式
下面结合实施例，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本电晕放电等离子体辅助高能球磨机，包括驱动电机1、球磨罐2、机架3、底座4，球磨罐2安装在机架3上，其内部放置有磨球5，机架3通过弹簧6安装在底座4上，其外侧设置有激振块7，驱动电机1安装在底座4上，且通过弹性联轴节8分别与机架3、激振块7连接。
如图2、3所示，磨球5放置在球磨罐2内，球磨罐2还连接有电极棒9、电晕放电等离子体电源10，球磨罐2包括筒体2-1、前盖板2-1、后盖板2-3，筒体2-1两端的法兰通过密封环2-4、螺栓2-5分别与前盖板2-2、后盖板2-3密封连接，前盖板2-2的任一个螺栓2-5与电晕放电等离子体电源10的一极连接，前盖板2-2设有电极穿孔2-2-1，电极穿孔2-2-1的内侧设有凹台，后盖板2-3内侧面设有盲孔2-3-1。
电极棒9的外表面设有包覆层11，包覆层11相应电极穿孔的凹台设置有台肩，凹台与台肩之间设置有密封垫片12，电极棒9前端9-1裸露并与电晕放电等离子体电源10的另一极连接，且前端9-1螺纹连接与螺母13，螺母13与前盖2-2的外侧面紧贴，电极棒9后端9-2穿入前盖板2-2的电极穿孔2-2-1并嵌入后盖板2-3的盲孔2-3-1内。
前盖板2-2还设有真空阀2-2-2，球磨罐内球磨气氛如氩气、氮气、氨气，或真空可以通过真空阀2-2-2来实现。
筒体2-1、磨球5材料是不锈钢或硬质合金，电极棒9的材料是不锈钢，前盖板2-2、后盖板2-3、电极棒包覆层11的材料是聚四氟乙烯。电晕放电等离子体电源10的输出电压范围为1～30kv，频率范围为1～25kHz。
本电晕放电等离子体辅助高能球磨机工作过程是：
如图1、2所示，先安装前盖板2-2和电极棒9，再装入磨球5和欲处理粉末，最后盖好后盖板2-3。启动驱动电机带动激振块7，使机架3振动，固定在机架3上的球磨罐2同时随之振动，从而改变电极棒9与球磨罐2内磨球5的相对位置，进行球磨。球磨气氛或真空可以通过真空阀2-2-2来实现。根据不同放电介质的需要，电晕处理等离子电源10的输出电压范围是1～30kv，频率范围是1～25kHz，满足最佳工艺效果调整要求。
如上所述，即可较好地实现本实用新型。
在Fe-20％Cu体系中，进行有无电晕放电等离子体辅助球磨比较：
两种球磨的其他工艺参数完全一样：双振幅10mm，球粉比45∶1，球磨气氛为氩气。常规球磨与电晕放电等离子体辅助高能球磨Fe-20％Cu体系9小时后，本电晕放电等离子体辅助高能球磨的产品粉末粒径分布为0.5μm-1.5μm，而常规球磨的产品粉末粒径分布为5μm-15μm。两者相差10倍。

Claims (4)

1、一种电晕放电等离子体辅助高能球磨机，包括驱动电机、球磨罐、机架、底座，所述球磨罐安装在机架上，其内部放置有磨球，所述机架通过弹簧安装在底座上，其外侧设置有激振块，所述驱动电机安装在底座上，且通过弹性联轴节分别与机架、激振块连接，其特征在于：所述球磨罐还连接有电极棒、电晕放电等离子体电源，所述球磨罐、电极棒同时与电晕放电等离子体电源的两极连接，且所述电极棒设置在球磨罐内。
2、按权利要求1所述一种电晕放电等离子体辅助高能球磨机，其特征在于：所述球磨罐包括筒体、前盖板、后盖板，所述筒体两端的法兰通过密封环、螺栓分别与前盖板、后盖板密封连接，所述前盖板的螺栓与所述电晕放电等离子体电源的一极连接，所述前盖板设有电极穿孔，所述后盖板内侧面设有盲孔，所述电极棒的外表面设有包覆层，其前端裸露并与所述电晕放电等离子体电源的另一极连接，其后端穿入所述电极穿孔并嵌入所述盲孔内。
3、按权利要求2所述一种电晕放电等离子体辅助高能球磨机，其特征在于：所述电极穿孔的内侧设有凹台，所述电极棒的包覆层相应设置有台肩，所述凹台与台肩之间设置有密封垫片，所述电极棒前端通过螺纹连接有螺母，所述螺母与前盖的外侧面紧贴。
4、按权利要求2所述一种电晕放电等离子体辅助高能球磨机，其特征在于：所述前盖板还设有真空阀。
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