消融材料约束丝电爆制备纳米金属粉方法的研究

发布时间：2017-08-15 02:12

  本文关键词：消融材料约束丝电爆制备纳米金属粉方法的研究

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【摘要】：纳米金属粉在信息、环境、能源和医学等范畴中有着广泛的应用前景。但目前,由于纳米金属粉难以宏量获得,制备成本过高,导致其实际应用非常有限。金属丝电爆法制备纳米金属粉具有所制粉体纯度高、化学活性高和不易团聚等优点,被认为是具有广阔前景的一种纳米粉工业化制备方法。然而已有的金属丝电爆炸法制备纳米金属粉装置存在一些问题,使得该方法在实际工业化制备中受到一定限制。为此本文在已有研究基础上,基于气体放电原理,开发了一台消融材料约束丝电爆法制备纳米金属粉装置。将细金属丝夹持在由聚乙烯消融材料制成的载丝轮上,送入高压电场实现电爆,通过改变金属丝在载丝轮上的起爆位置,分散爆炸产生的高温和冲击波对载丝轮的烧蚀,从而提高其承受连续电爆炸的次数。利用该装置对三种不同熔点材料金属丝进行电爆制粉试验,表征分析制得的纳米粉;并测量放电回路中的电信号,研究金属丝电爆炸的发展过程;以及通过观察电爆炸前后载丝轮的表面形态,探究爆炸过程中的消融现象。对制备的三种纳米金属粉进行XRD物相分析,发现样品主要成分分别为纯金属铝、镍和钼,未被明显氧化,且衍射峰峰形十分尖锐,表明结晶度良好。通过TEM显微分析发现,制得纳米粉颗粒大小比较均匀,分散性较好。其中熔点较高的金属钼,颗粒粒径分布范围较宽。增加初始充电电压提高作用在金属丝上的能量密度,能够减小所得纳米粉的平均粒径,当增加到一定程度时,粉体平均粒径处于一个相对稳定的值,其分别为平均粒径31 nm的铝纳米粉、33 nm的镍纳米粉和42 nm的钼纳米粉。分析金属丝电爆发展过程,可在电爆铝丝和镍丝的电压电流波形中观测到放电回路中的电流在经历第一个电流高峰之后,迅速回落至零,存在一个微秒级的电流中断时期用于等离子体通道的形成,这个微秒级的时间延迟可使部分金属蒸气逃离等离子体的再次加热,这些金属蒸气会因此形成大颗粒的纳米金属粉,即解释了随着初始充电电压上升,电流中断时间减少,纳米金属粉大颗粒数量减少的原因。电爆高熔点的钼丝时,金属丝表面电弧击穿使沉积在丝上的能量密度明显减小,因此纳米粉中大颗粒的比例也会明显增加。在消融材料约束丝电爆过程中,所使用的聚乙烯消融材料对电爆产物有着消融约束效果,与金属丝接触的位置会产生微小的局部烧蚀。同种材料电爆时,增大初始充电电压,金属丝起爆时间缩短,即高温的金属丝熔化消融材料的时间减少,载丝轮表面微小烧蚀痕迹的宽度逐渐减小;同一初始充电电压下电爆不同材料时,材料熔点越高,电爆炸时金属丝上的温度越高,对载丝轮熔化越明显。结合三种材料制备的纳米金属粉粒径与初始充电电压的关系,可知,铝丝在初始充电电压大于7 k V,镍丝在大于8 k V,钼丝在大于12 k V电爆时载丝轮上形成的熔化痕迹很小,不影响电爆装置的运行,且可得到颗粒较小纳米金属粉,适合电爆制粉。
【关键词】：丝电爆 纳米金属粉 颗粒粒径 能量沉积 消融
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 纳米金属粉研究概述11-13
• 1.1.1 纳米金属粉在各范畴中的应用11-12
• 1.1.2 纳米金属粉的制备方法12-13
• 1.2 金属丝电爆法制备纳米金属粉13-20
• 1.2.1 金属丝电爆法制备纳米金属粉的基本原理14-15
• 1.2.2 过程参数对丝电爆法制粉的影响15-16
• 1.2.3 金属丝电爆法制备纳米金属粉的特点16
• 1.2.4 金属丝电爆法制备纳米金属粉的研究现状16-20
• 1.3 本文的主要研究内容20-21
• 第2章 消融材料约束丝电爆制粉装置的研制21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 消融材料约束丝电爆制粉装置的工作原理21-23
• 2.3 消融材料约束丝电爆制粉装置的设计与试制23-32
• 2.3.1 送丝装置的设计23-27
• 2.3.2 高压电路的设计27-29
• 2.3.3 电极的设计29-30
• 2.3.4 电爆腔室的设计30-31
• 2.3.5 粉体收集装置的设计31-32
• 2.4 消融材料约束丝电爆制粉装置的组装与调试32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 消融材料约束丝电爆制粉工艺试验35-44
• 3.1 引言35
• 3.2 试验方法35-36
• 3.3 试验结果与分析36-42
• 3.3.1 样品成分表征37
• 3.3.2 样品微观形貌37-39
• 3.3.3 样品粒度分析39-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 电路参数对金属丝电爆炸发展过程的影响44-53
• 4.1 引言44
• 4.2 电压电流测量装置44-46
• 4.2.1 电压信号测量装置44-45
• 4.2.2 电流信号测量装置45
• 4.2.3 电信测量装置参数的设定45-46
• 4.3 电路参数对金属丝电爆炸发展过程的影响46-50
• 4.3.1 铝丝电爆炸发展过程46-48
• 4.3.2 镍丝电爆炸发展过程48-49
• 4.3.3 钼丝电爆炸发展过程49-50
• 4.4 电爆炸过程中的能量利用率50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 消融材料约束丝电爆过程中的消融现象53-59
• 5.1 引言53
• 5.2 消融现象形成过程53-56
• 5.3 影响电爆炸后载丝轮表面形态变化的因素56-57
• 5.3.1 金属丝起爆时间对载丝轮表面形态的影响56-57
• 5.3.2 金属丝材料熔点对载丝轮表面形态的影响57
• 5.4 本章小结57-59
• 结论59-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李兴文;晁攸闯;吴坚;邱爱慈;;氩气中铝金属丝电爆炸放电电流波形的研究[J];高电压技术;2015年09期

2 王永;朱亮;范一飞;;自动连续丝电爆法制备纳米镍粉[J];中国粉体技术;2014年06期

3 金涌;栗保明;;Calculation of Plasma Radiation in Electrothermal-Chemical Launcher[J];Plasma Science and Technology;2014年01期

4 彭楚才;王金相;童宗保;陈志华;;电爆炸法制备纳米粉体材料的研究进展[J];材料科学与工程学报;2013年04期

5 刘隆晨;张乔根;燕文宇;王U，

本文编号：675779