連動式電爆法金屬納米粉製取設備的製作方法
2023-05-14 19:50:01
專利名稱：連動式電爆法金屬納米粉製取設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種既可生產金屬納米粉，又可生產多種金屬包覆的合金納米粉，生產效率非常高的專用設備。具體地說是一種利用多根金屬絲採用連動式電爆法生產純金屬納米粉或者合金納米粉的設備。
技術領域納米粉材料是80年代末發展起來的備受關注的高科技材料，它以其量子尺寸效應、表面效應等有著傳統材料所不具備的變異性能，成為21世紀國際競相重點發展的新材料之一。正因如此，納米粉體及其製造技術發展非常迅速，出現了多種多樣的納米粉製備方法，最為普遍的是氣體冷凝法、電弧法、濺射法、通電加熱蒸發法、爐內熱分解法、雷射化學氣相合成法、爆炸絲法及化學還原法，但目前國內利用上述方法的設備不多，並且都存在一些缺點，主要表現為其結構過於複雜，操作和使用很不方便，生產產量非常低，有些方法生產的納米粉純度比較低。不能滿足日益增長的軍工生產與科研需求。
目前的納米粉製取設備是採用單根金屬絲電爆方法製取納米粉，生產效率比較低，另外不能在同一設備中同時採用多根不同材質的金屬絲製備合金納米粉材料。
本項發明所展示的是一種利用多根金屬絲(4-6根)電爆法來製取高純金屬納米粉或用多根不同金屬絲來製取多種金屬相包覆的合金納米粉設備，其中包覆合金納米粉是已往同類設備不能實現的。
發明內容
本實用新型的目的是要提供一種結構合理、操作方便、生產效率高，採用電爆炸法生產金屬納米粉或合金納米粉的製取設備，該設備能加工除放射性和特活潑金屬以外的所有純金屬或多元合金納米粉。
本實用新型的目的是這樣實現的該設備是採用電爆炸法來製取金屬納米粉的，主機、迴風道、插板閥、冷卻器、一級收集倉、伸縮節、包裝箱、二級收集倉、三級收集倉、蝸旋室、特種高壓風機、支架、真空泵、水泵、迴風管、電控系統櫃、高壓儲能系統櫃、工業計算機系統控制箱、特製耐高壓電源線、儲料箱，主機被設置在支架的上面，其下面設置有儲料箱、一側設置有真空泵、水泵，主機的上面連接迴風道，通過彎頭經過插板閥與其右側的冷卻器相連，冷卻器右側通過管路及伸縮節與蝸旋室相連，三個蝸旋室下端分別連接有一、二、三級收集倉，三個收集倉的下端又分別聯接有三個包裝箱，第三級收集倉的最上端通過迴風管道與風機相連形成封閉迴路。
所述主機包括原料倉及金屬絲驅動室、和原料倉及金屬絲驅動室相連接的爆炸室、和爆炸室相連接的絕緣室、和絕緣室相連接的等離子室、和等離子室相連接的絕緣室、和絕緣室相連接的進線室。
所述主機的原料倉及金屬絲驅動室中設置有4-6個送絲盤，4-6個調整送絲機構總成。
調整送絲機構總成由送絲嘴、緊固螺母、主動轉鼓、從動轉鼓、校直架、構成，該調整送絲機構總成的主動轉鼓所需的旋轉動力由金屬絲驅動室外設置的變速箱和電機提供，變速箱一端帶有手動手輪。
所述主機的爆炸室內均布設置4-6個陰極調整機構、陽極靶、陽極靶固定杆，陰極調整機構、陽極靶、陽極靶固定杆是為金屬絲爆炸提供高壓電源及爆炸的裝置。
所述主機的等離子室內也均布設置有4-6對等離子開關盤，其中，等離子開關盤與陽極靶相連，等離子開關盤與特製耐高壓電源線相連，每對等離子開關盤之間帶有一定距離的間隙，使用前可以調節。
所述主機另有絕緣室，兩室內設置有絕緣材料，用於支承固定杆和整機的絕緣。
所述主機的金屬絲驅動室、爆炸室的側面各設置有一個操作口，該操作口的內部設置有真空橡膠手套，表面設置有一蓋板，金屬絲驅動室和爆炸室的下部各設置有結構完全一樣，但大小不同的兩個儲料箱，該儲料箱包括密封圈、斜壓板、閥板、閥板壓杆、柱塞螺母杆、底蓋、底密封圈、軸用密封圈、絲杆、軸承、手輪。
本實用新型由於採用了上述結構，具有以下優點1、該設備結構合理，生產效率非常高，班生產達到6-10公斤。
2、該設備由於採用計算機集成化控制，操作方便。該控制系統能準確檢測到本實用新型的工作電壓、電流、送絲速度、真空泵轉速、放電時間間隔、風機風壓、風量等參數，並能準確控制其設備正常工作，操作非常方便、準確。
3、該實用新型的電路系統設計新穎，採用目前國際流行主流的直流逆變方式，該電路具有較高的可靠性，更便於計算機的集成化控制。
4、該實用新型採用上述的製造和安裝結構並採用計算機集成化自動控制。其自動化程度非常高。所謂連動式也就是說利用計算機控制多點時間間隔放電的電爆法製取納米粉設備。該設備是有非常高的生產效率的設備。
5、由於本實用新型採用4-6個獨立的均布的送絲系統，4-6對獨立等離子開關和4-6個陽極靶等設施，使得該實用新型設備不僅能使純金屬納米粉的產量提高4-6倍，用不同金屬絲可以加工出不同性能的二元或多元合金納米粉。另外，該設備可以加工已往難加工的高熔點金屬納米粉。
6、由該實用新型設備生產出的金屬納米粉平均粒度在50nm以下，純度在99％以上。
圖1、2為連動式電爆法金屬納米粉製取設備整體結構示意圖。
圖3、4、5為本實用新型主機部分結構示意圖。
圖6為本實用新型設備主機下面儲料箱部分結構示意圖。
圖7為本實用新型電器主體結構及操作界面示意圖。
圖8為本實用新型主電路原理圖。
具體實施方式
由圖1、圖2所示該設備包括主機1、迴風道2、插板閥3、冷卻器4、一級收集倉5、伸縮節6、包裝箱7、二級收集倉8、三級收集倉9、蝸旋室10、特種高壓風機11、支架12、真空泵13、水泵14、迴風管15、電控系統櫃37、高壓儲能系統櫃38、工業計算機系統控制箱39、特製耐高壓電源線40、儲料箱43，主機1被設置在支架12的上面，其下面設置有儲料箱43、一側設置有真空泵13、水泵14，主機1的上面連接迴風道2，通過彎頭經過插板閥3與其右側的冷卻器4相連，冷卻器4右側通過管路及伸縮節6與蝸旋室10相連，三個蝸旋室10下端分別連接有一、二、三級收集倉5、8、9，三個收集倉5、8、9的下端又分別聯接有三個包裝箱7，第三級收集倉9的最上端通過迴風管道15與風機11相連形成封閉迴路。
如圖3、4、5所示
所述主機1包括原料倉及金屬絲驅動室16、和原料倉及金屬絲驅動室16相連接的爆炸室17、和爆炸室17相連接的絕緣室21、和絕緣室21相連接的等離子室18、和等離子室18相連接的絕緣室20、和絕緣室20相連接的進線室19。
所述主機1的原料倉及金屬絲驅動室16中設置有4-6個送絲盤22，4-6個調整送絲機構總成23。本實用新型可以均布4到6個這類機構，根據用戶生產的實際需求增減，本圖為6個均布這種機構。
調整送絲機構總成23由送絲嘴24、緊固螺母25、主動轉鼓26、從動轉鼓27、校直架28、構成，該調整送絲機構總成的主動轉鼓26所需的旋轉動力由金屬絲驅動室16外設置的變速箱29和電機30提供，變速箱29一端帶有手動手輪36，利用它來實現金屬絲的手動調整，另有一低速、高扭矩微電機30提供旋轉扭矩。
所述主機1的爆炸室17內均布設置4-6個陰極調整機構31、陽極靶32、陽極靶固定杆33，陰極調整機構31、陽極靶32、陽極靶固定杆33是為金屬絲爆炸提供高壓電源及爆炸的裝置。
所述主機1的等離子室18內也均布設置有4-6對等離子開關盤34、35，其中，等離子開關盤34與陽極靶32相連，等離子開關盤35與特製耐高壓電源線40相連，每對等離子開關盤34、35之間帶有一定距離的間隙，使用前可以調節。
所述主機1另有絕緣室20、21，兩室內設置有絕緣材料，用於支承固定杆33和整機的絕緣。
由圖6所示，主機1的金屬絲驅動室16、爆炸室17的側面各設置有一個操作口，該操作口的內部設置有真空橡膠手套53，表面設置有一蓋板54，金屬絲驅動室16和爆炸室17的下部各設置有結構完全一樣，但大小不一樣的兩個儲料箱43，該儲料箱43包括密封圈41、斜壓板42、閥板44、閥板壓杆45、柱塞螺母杆46、底蓋47、底密封圈48、軸用密封圈44、絲杆50、軸承51、手輪52。爆炸室17的儲料箱43用來儲存易損件，如陰極31和陽極靶32；金屬絲驅動室16的儲料倉用來儲存纏滿金屬絲的金屬送絲盤22(高純金屬原料絲)。工作時，如需更換易損件或金屬送絲盤時，用手搖手輪52通過絲杆50和柱塞螺母杆46打開閥板44，從操作口的真空橡膠手套53處伸入手取出所要更換件來安裝。由於設置了這種儲料倉和操作口，使得本實用新型設備不必因易損件損壞或金屬絲盤22的原料用完，打開生成室1更換，保持生成室1的工作氣氛，不必重新抽真空、充惰性氣體，從而提高生產率降低了生產成本。
圖7為本實用新型電器主體結構及操作界面示意圖，包括電控系統37、高壓儲能系統38和工業控制計算機系統39。
由圖8所示，本實用新型設置有新穎的設計電路，該電路採用目前國際流行主流的直流逆變升壓方式。該電路系統具有電壓控制可靠、輸入阻抗大、驅動功率小、控制電路簡單、開關損耗小、通斷速度快、工作頻率高、元件容量大等特點。該電路擁有電壓、電流檢測和PWM控制器，更便於工業控制計算機系統39集成化控制。操作方便，控制準確。為避免高壓電場幹擾，屏蔽計算機39機房，電器控制櫃37，高壓儲能櫃38。
本實用新型製取金屬或合金納米粉的原理是金屬絲在高壓電的作用下瞬間短路產生爆炸，爆炸瞬間金屬絲在高溫高壓的作用下蒸發成金屬煙霧。該金屬煙霧在特種風機風力帶動下通過冷卻器、伸縮節、蝸旋室到達收集倉，在這過程中被冷卻成金屬納米粉粉體顆粒。該設備生產納米粉粒度均勻，尤其是可生產難熔金屬。該設備還可以生產多種金屬包覆合金納米粉，這在以前類似這種設備是不可能實現的。
本實用新型工藝過程如下整個系統抽真空、充入惰性氣體、啟動設備電源、送入金屬絲、放高壓電、爆炸金屬絲、啟動特種風機、冷卻、收集金屬納米粉(氣體在特種風機作用下流回主腔體)、包裝加工完的金屬納米粉。
本實用新型工作過程是在整個系統抽真空、充入惰性氣體、開動特種風機11、啟動設備工作電源(高壓電)、使爆炸室17內部的4-6個陽電極靶32各獲得3.8-6萬伏的高壓電、金屬絲由4-6個調整送絲進給機構23以160mm/s的速度射向4-6個陽電極靶32在3.8-6萬伏的高壓電作用下發生爆炸、爆炸瞬間金屬蒸發成金屬煙霧、金屬煙霧由迴路中的特種風機11的抽力作用下，迴路中惰性氣體攜帶金屬煙霧經迴風道2、插板閥3、冷卻器4、伸縮節6、蝸旋室10到一級收集倉5、二級收集倉8、三級收集倉9進行分級收集。收集之後將收集到的納米粉再經過三個包裝箱7包裝成袋，完成整個製備納米粉過程。
本實用新型設備採用計算機進行全程集成化控制，另外，設備電路系統設計新穎，它是採用目前國際流行主流的直流逆變升壓方式。該系統具有電壓控制可靠，輸入阻抗大，驅動功率小，控制電路簡單，開關損耗小，通斷速度快，工作頻率高，元件容量大等優點。正因為如此高的電路可靠性，保證該設備整體實現了計算機的集成化控制。
本實用新型設計新穎，自動化程度高，操作方便。4-6個爆炸系統不僅可以提高所生產的純金屬納米粉粉體的產量，還可以生產多元合金納米粉，並使其粉體高產化。
權利要求1.一種連動式電爆法金屬納米粉製取設備，該設備是採用電爆炸法來製取金屬納米粉的，其特徵在於主機(1)、迴風道(2)、插板閥(3)、冷卻器(4)、一級收集倉(5)、伸縮節(6)、包裝箱(7)、二級收集倉(8)、三級收集倉(9)、蝸旋室(10)、特種高壓風機(7)、支架(12)、真空泵(13)、水泵(14)、迴風管(15)、電控系統櫃(37)、高壓儲能系統櫃(38)、工業計算機系統控制箱(39)、特製耐高壓電源線(40)、儲料箱(43)，主機(1)被設置在支架(12)的上面，其下面設置有儲料箱(43)、一側設置有真空泵(13)、水泵(14)，主機(1)的上面連接迴風道(2)，通過彎頭經過插板閥(3)與其右側的冷卻器(4)相連，冷卻器(4)右側通過管路及伸縮節(6)與蝸旋室(10)相連，三個蝸旋室(10)下端分別連接有一、二、三級收集倉(5、8、9)，三個收集倉(5、8、9)的下端又分別聯接有三個包裝箱(7)，第三級收集倉(9)的最上端通過迴風管道(15)與風機(11)相連形成封閉迴路。
2.根據權利要求1所述的一種連動式電爆法金屬納米粉製取設備，其特徵在於所述主機(1)包括原料倉及金屬絲驅動室(16)、和原料倉及金屬絲驅動室(16)相連接的爆炸室(17)、和爆炸室(17)相連接的絕緣室(21)、和絕緣室(21)相連接的等離子室(18)、和等離子室(18)相連接的絕緣室(20)、和絕緣室(20)相連接的進線室(19)。
3.根據權利要求1或2所述的一種連動式電爆法金屬納米粉製取設備，其特徵在於所述主機(1)的原料倉及金屬絲驅動室(16)中設置有4-6個送絲盤(22)，4-6個調整送絲機構總成(23)。調整送絲機構總成(23)由送絲嘴(24)、緊固螺母(25)、主動轉鼓(26)、從動轉鼓(27)、校直架(28)、構成，該調整送絲機構總成的主動轉鼓(26)所需的旋轉動力由金屬絲驅動室(16)外設置的變速箱(29)和電機(30)提供，變速箱(29)一端帶有手動手輪(36)。
4.根據權利要求1或2所述的一種連動式電爆法金屬納米粉製取設備，其特徵在於所述主機(1)的爆炸室(17)內均布設置4-6個陰極調整機構(31)、陽極靶(32)、陽極靶固定杆(33)，陰極調整機構(31)、陽極靶(32)、陽極靶固定杆(33)是為金屬絲爆炸提供高壓電源及爆炸的裝置。
5.根據權利要求1或2所述的一種連動式電爆法金屬納米粉製取設備，其特徵在於所述主機(1)的等離子室(18)內也均布設置有4-6對等離子開關盤(34、35)，其中，等離子開關盤(34)與陽極靶(32)相連，等離子開關盤(35)與特製耐高壓電源線(40)相連，每對等離子開關盤(34、35)之間帶有一定距離的間隙，使用前可以調節。
6.根據權利要求1或2所述的一種連動式電爆法金屬納米粉製取設備，其特徵在於所述主機(1)另有絕緣室(20、21)，兩室內設置有絕緣材料，用於支承固定杆(33)和整機的絕緣。
7.根據權利要求1或2所述的一種連動式電爆法金屬納米粉製取設備，其特徵在於所述主機(1)的金屬絲驅動室(16)、爆炸室(17)的側面各設置有一個操作口，該操作口的內部設置有真空橡膠手套(53)，表面設置有一蓋板(54)，金屬絲驅動室(16)和爆炸室(17)的下部各設置有結構完全一樣，但大小不同的兩個儲料箱(43)，該儲料箱(43)包括密封圈(41)、斜壓板(42)、閥板(440、閥板壓杆(45)、柱塞螺母杆(46)、底蓋(47)、底密封圈(48)、軸用密封圈(44)、絲杆(50)、軸承(51)、手輪(52)。
專利摘要本實用新型涉及一種利用多根金屬絲採用連動式電爆法生產純金屬納米粉或者合金納米粉的設備，該設備採用4－6個獨立的均布的送絲系統，4－6對獨立等離子開關和4－6個陽極靶等設施，使得其能使純金屬納米粉的產量提高4－6倍，用不同金屬絲可以加工出不同性能的二元或多元合金納米粉。本實用新型結構合理、操作方便、生產效率高。
文檔編號B22F9/14GK2661344SQ20032010335
公開日2004年12月8日 申請日期2003年11月17日 優先權日2003年11月17日
發明者王志平 申請人:王志平