本文關(guān)鍵詞：消融材料約束絲電爆制備納米金屬粉方法的研究

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【摘要】：納米金屬粉在信息、環(huán)境、能源和醫(yī)學(xué)等范疇中有著廣泛的應(yīng)用前景。但目前,由于納米金屬粉難以宏量獲得,制備成本過(guò)高,導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用非常有限。金屬絲電爆法制備納米金屬粉具有所制粉體純度高、化學(xué)活性高和不易團(tuán)聚等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是具有廣闊前景的一種納米粉工業(yè)化制備方法。然而已有的金屬絲電爆炸法制備納米金屬粉裝置存在一些問題,使得該方法在實(shí)際工業(yè)化制備中受到一定限制。為此本文在已有研究基礎(chǔ)上,基于氣體放電原理,開發(fā)了一臺(tái)消融材料約束絲電爆法制備納米金屬粉裝置。將細(xì)金屬絲夾持在由聚乙烯消融材料制成的載絲輪上,送入高壓電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電爆,通過(guò)改變金屬絲在載絲輪上的起爆位置,分散爆炸產(chǎn)生的高溫和沖擊波對(duì)載絲輪的燒蝕,從而提高其承受連續(xù)電爆炸的次數(shù)。利用該裝置對(duì)三種不同熔點(diǎn)材料金屬絲進(jìn)行電爆制粉試驗(yàn),表征分析制得的納米粉;并測(cè)量放電回路中的電信號(hào),研究金屬絲電爆炸的發(fā)展過(guò)程;以及通過(guò)觀察電爆炸前后載絲輪的表面形態(tài),探究爆炸過(guò)程中的消融現(xiàn)象。對(duì)制備的三種納米金屬粉進(jìn)行XRD物相分析,發(fā)現(xiàn)樣品主要成分分別為純金屬鋁、鎳和鉬,未被明顯氧化,且衍射峰峰形十分尖銳,表明結(jié)晶度良好。通過(guò)TEM顯微分析發(fā)現(xiàn),制得納米粉顆粒大小比較均勻,分散性較好。其中熔點(diǎn)較高的金屬鉬,顆粒粒徑分布范圍較寬。增加初始充電電壓提高作用在金屬絲上的能量密度,能夠減小所得納米粉的平均粒徑,當(dāng)增加到一定程度時(shí),粉體平均粒徑處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值,其分別為平均粒徑31 nm的鋁納米粉、33 nm的鎳納米粉和42 nm的鉬納米粉。分析金屬絲電爆發(fā)展過(guò)程,可在電爆鋁絲和鎳絲的電壓電流波形中觀測(cè)到放電回路中的電流在經(jīng)歷第一個(gè)電流高峰之后,迅速回落至零,存在一個(gè)微秒級(jí)的電流中斷時(shí)期用于等離子體通道的形成,這個(gè)微秒級(jí)的時(shí)間延遲可使部分金屬蒸氣逃離等離子體的再次加熱,這些金屬蒸氣會(huì)因此形成大顆粒的納米金屬粉,即解釋了隨著初始充電電壓上升,電流中斷時(shí)間減少,納米金屬粉大顆粒數(shù)量減少的原因。電爆高熔點(diǎn)的鉬絲時(shí),金屬絲表面電弧擊穿使沉積在絲上的能量密度明顯減小,因此納米粉中大顆粒的比例也會(huì)明顯增加。在消融材料約束絲電爆過(guò)程中,所使用的聚乙烯消融材料對(duì)電爆產(chǎn)物有著消融約束效果,與金屬絲接觸的位置會(huì)產(chǎn)生微小的局部燒蝕。同種材料電爆時(shí),增大初始充電電壓,金屬絲起爆時(shí)間縮短,即高溫的金屬絲熔化消融材料的時(shí)間減少,載絲輪表面微小燒蝕痕跡的寬度逐漸減小;同一初始充電電壓下電爆不同材料時(shí),材料熔點(diǎn)越高,電爆炸時(shí)金屬絲上的溫度越高,對(duì)載絲輪熔化越明顯。結(jié)合三種材料制備的納米金屬粉粒徑與初始充電電壓的關(guān)系,可知,鋁絲在初始充電電壓大于7 k V,鎳絲在大于8 k V,鉬絲在大于12 k V電爆時(shí)載絲輪上形成的熔化痕跡很小,不影響電爆裝置的運(yùn)行,且可得到顆粒較小納米金屬粉,適合電爆制粉。
【關(guān)鍵詞】：絲電爆 納米金屬粉 顆粒粒徑 能量沉積 消融
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 納米金屬粉研究概述11-13
• 1.1.1 納米金屬粉在各范疇中的應(yīng)用11-12
• 1.1.2 納米金屬粉的制備方法12-13
• 1.2 金屬絲電爆法制備納米金屬粉13-20
• 1.2.1 金屬絲電爆法制備納米金屬粉的基本原理14-15
• 1.2.2 過(guò)程參數(shù)對(duì)絲電爆法制粉的影響15-16
• 1.2.3 金屬絲電爆法制備納米金屬粉的特點(diǎn)16
• 1.2.4 金屬絲電爆法制備納米金屬粉的研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 第2章 消融材料約束絲電爆制粉裝置的研制21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 消融材料約束絲電爆制粉裝置的工作原理21-23
• 2.3 消融材料約束絲電爆制粉裝置的設(shè)計(jì)與試制23-32
• 2.3.1 送絲裝置的設(shè)計(jì)23-27
• 2.3.2 高壓電路的設(shè)計(jì)27-29
• 2.3.3 電極的設(shè)計(jì)29-30
• 2.3.4 電爆腔室的設(shè)計(jì)30-31
• 2.3.5 粉體收集裝置的設(shè)計(jì)31-32
• 2.4 消融材料約束絲電爆制粉裝置的組裝與調(diào)試32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第3章 消融材料約束絲電爆制粉工藝試驗(yàn)35-44
• 3.1 引言35
• 3.2 試驗(yàn)方法35-36
• 3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析36-42
• 3.3.1 樣品成分表征37
• 3.3.2 樣品微觀形貌37-39
• 3.3.3 樣品粒度分析39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第4章 電路參數(shù)對(duì)金屬絲電爆炸發(fā)展過(guò)程的影響44-53
• 4.1 引言44
• 4.2 電壓電流測(cè)量裝置44-46
• 4.2.1 電壓信號(hào)測(cè)量裝置44-45
• 4.2.2 電流信號(hào)測(cè)量裝置45
• 4.2.3 電信測(cè)量裝置參數(shù)的設(shè)定45-46
• 4.3 電路參數(shù)對(duì)金屬絲電爆炸發(fā)展過(guò)程的影響46-50
• 4.3.1 鋁絲電爆炸發(fā)展過(guò)程46-48
• 4.3.2 鎳絲電爆炸發(fā)展過(guò)程48-49
• 4.3.3 鉬絲電爆炸發(fā)展過(guò)程49-50
• 4.4 電爆炸過(guò)程中的能量利用率50-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第5章 消融材料約束絲電爆過(guò)程中的消融現(xiàn)象53-59
• 5.1 引言53
• 5.2 消融現(xiàn)象形成過(guò)程53-56
• 5.3 影響電爆炸后載絲輪表面形態(tài)變化的因素56-57
• 5.3.1 金屬絲起爆時(shí)間對(duì)載絲輪表面形態(tài)的影響56-57
• 5.3.2 金屬絲材料熔點(diǎn)對(duì)載絲輪表面形態(tài)的影響57
• 5.4 本章小結(jié)57-59
• 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 致謝65-66
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄66

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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本文編號(hào)：675779