消融材料約束絲電爆制備納米金屬粉方法的研究.pdf

1、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(wèn)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

2、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

3、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

4、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

5、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??；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