[发明专利]制备三维石墨烯包覆单粒子纳米金刚石的含能容器

说明书

技术领域

本发明涉及化工设备领域，更具体地说，涉及一种制备三维石墨烯包覆 单粒子纳米金刚石的含能容器。

背景技术

含能材料，按用途主要分为炸药、推进剂和烟火剂三类，在民用、军事 和航天等领域都起着举足轻重的作用，是已得到大规模应用的特殊功能材料。 现今，随着纳米技术的发展与进步，许多新概念通过含能材料制备。

以三维石墨烯包覆单粒子纳米金刚石为例，石墨烯是由单层SP2杂化碳 原子组成的六方点阵蜂窝状二维结构，其结构稳定，具有优良的导电导热特 性、良好的机械特性，因而得到了广泛的研究。石墨烯已经被制备出来并应 用在能源存储、透明电极、机械驱动器等领域。为了能够进一步开发石墨烯 的潜在应用，尤其在能量存储转化方面，除了二维石墨烯薄膜外，三维石墨 烯结构也已经能够制备出来，并且，近年来三维石墨烯包覆氧化物、碳材料 等复合材料开始得到广泛研究，例如，三维石墨烯包覆单粒子纳米金刚石， 由于三维石墨烯的包覆，显著提高了被包覆的纳米金刚石材料的导电率，并 且结合了石墨烯的优良特性，这些复合物的的导电性能会显著增加，在催化、 电容器、和储能方面也表现出优良的性能，已成为物理和半导体电子研究领 域的国际前沿和热点之一。

现有技术中含能材料合成三维石墨烯包覆单粒子纳米金刚石的方法是利 用高能富碳含能材料在特定高温高压条件下含能合成，通常将含能材料放入 盛满水的容器中，再将盛水容器吊入含能反应容器中触发反应器反应以制备 出待提纯溶液，然后通过提纯系统从溶液中提炼出三维石墨烯包覆单粒子纳 米金刚石。其中，高能富碳含能材料通常包括三硝基甲苯(TNT)以及黑索今 (RDX)或奥索金(HMX)等混合而成。

现有的含能容器(如图1所示)包括：含有上下两端开口的圆球形壳体1 以及用于固定支撑圆球形壳体1的支撑架9，圆球形壳体1的上端开口处通过过 渡段2连接法兰盖3，以形成上端进料孔，圆球形壳体1的下端开口处设有排液 阀8；其中，法兰盖3上安装有控制阀7以及排气阀10。

由于含能容器中存在高压和高温(压力达到5-6兆帕，温度达到2100摄氏 度)，尤其在反应瞬间，高温高压更为明显，而现有的含能容器存在结构上 的缺陷：

1.现有的含能容器通常为单层结构，单层外壳的材质包含碳钢、复合钢 或钛钢等，在反应瞬间，圆球形壳体1的外壳由于为单层结构，其外壳较为薄 弱,易出现容器变形，甚至容器破损的情况；

2.过渡段与圆球形壳体的接缝处应力集中，承载强度低、缺少减冲装置， 导致含能容器使用寿命短。

针对上述问题，本领域技术人员亟需提供一种新的制备三维石墨烯包覆 单粒子纳米金刚石的含能容器，从而提高含能容器的抗冲击能力，延长含能 容器的寿命，满足大规模生产的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备三维石墨烯包覆单粒子纳米金刚石的含 能容器，提高含能容器外壳的抗压能力，缓冲反应瞬间的冲击压力，提高含 能容器的寿命。

本发明为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种制备三维石墨烯包覆单粒子纳米金刚石的含能容器，包括含有上下 两端开口的中空圆球形壳体，所述壳体的上端开口处通过过渡段连接法兰盖， 形成上端进料孔，圆球形壳体的下端开口处设有排液阀，所述壳体包括内层 壳体、外层壳体以及截面呈连续波浪状的钢板；所述钢板固定于所述内层壳 体和外层壳体中间，所述波浪状钢板的波底与所述内层壳体固定连接，且所 述波浪状钢板的波顶与所述外层壳体固定连接；

所述壳体与所述过渡段的连接处设有去应力钢带，所述去应力钢带通过 紧固件固定并包覆于所述圆球形壳体的外侧壁上；其中，所述紧固件承载的 最大应力阈值低于所述去应力钢带承载的最大应力阈值。

优选的，所述进料阀与所述排液阀之间设有用于同时控制进料阀和排液 阀联动启闭的连杆，所述连杆包括杆体以及两个端部，两个端部分别与所述 进料阀和所述排液阀固定连接；其中，通过施加外力于所述连杆，以使所述 进料阀以及排液阀同时处于打开或关闭状态。

优选的，所述去应力钢带至少为两条，所述去应力钢带环绕所述圆球形 壳体一圈并交错分布于所述圆球形壳体的外侧壁上。