[发明专利]爆炸烧结工艺制备纳米铝管的装置及方法

说明书

本发明提供了一种爆炸烧结制备纳米铝管的装置及方法。该装置包括上端堵头、包套、打击管、外套管、中心轴和基座；其中，基座上设有泄压结构，该泄压结构为基座的顶部设有用于压缩粉末中气体的环形凹槽，且基座顶部依次设有泄压片和垫片；上端堵头的顶端设置为传爆过程中用于稳压的锥形结构。本发明中可泄压式纳米铝管爆炸烧结的装置制得产物为晶粒尺寸达到纳米级的铝管，粒径分布集中、硬度及致密度高；本发明采用的爆炸烧结法制备过程中，基座上的薄铁片在受到压实过程中粉末颗粒间的气体冲击时破裂，通过垫片的中心孔传递到基座的环形凹槽内，形成高压气体，可以有效防止粉末抛洒形成抛洒孔，且工艺简单、成本低，方便工业生产。

技术领域

本发明涉及粉末爆炸烧结装置，具体涉及一种可泄压式爆炸烧结纳米铝管的装置。

背景技术

爆炸烧结纳米合金粉末是利用炸药爆轰产生的激波作用于粉末表面，在极短的时间内在颗粒表面发生高温热熔、高压烧结成型的一种材料加工技术。与传统的热压烧结和热等静压烧结等方法相比，爆炸烧结纳米合金粉末有着其独特的优点。(1)具备高压性，可以烧结出近乎密实的材料。目前有关非晶钴基合金、微晶铝及其合金的烧结密度已超过99％的理论密度；(2)具备快熔快冷性，有利于保持粉末的优异特性。由于激波加载的瞬时性，爆炸烧结时颗粒从常温升至熔点温度所需的时间极短，通常为微秒级，这使温升仅限于颗粒表面，而颗粒内部仍然保持低温状态，形成“烧结”后将对界面起冷却“淬火”作用，这种机制可以防止晶粒“长大”，使其具有晶粒小，分布均匀的物理特性，因此可以保持其在纳米颗粒状态下材料的优异特性，如较高的强度、硬度、磁学性能和耐腐蚀性等。

目前，陈鹏万，周强等人在专利号为201210096266.1的发明专利中公开了一种分体式高温预热粉体爆炸烧结装置，主要通过高温预热方式去除粉末中气体这一方式，但装置在预热过程中，粉末颗粒可能发生团聚现象，对材料的晶粒结构，力学性能具有很大的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种爆炸烧结工艺制备纳米铝管的装置及方法，该装置及方法可以制备微观结构为纳米级的高强度铝管。

为实现本发明的目的提供技术方案如下：

一种爆炸烧结工艺制备纳米铝管的装置及方法，该装置包括上端堵头、包套、打击管、中心轴、外套管、泄压片和基座；上端堵头、包套、打击管、中心轴和基座相互紧密配合，形成环形柱状密闭容器，包套和打击管之间存在间隙，用来稳定爆轰波的传播，外套管和打击管之间的间隙用来盛装炸药，外套管顶部中心位置固定传爆药柱和雷管，其特征在于，该装置的基座上设有泄压结构，其中，基座的顶部中心设有用于压缩粉末中气体的环形凹槽，且基座顶部依次设有泄压片、垫片；此外，上端堵头的顶端设置为传爆过程中用于稳压的锥形结构。

进一步的，包套、打击管、上端堵头及基座为45#钢，中心轴为镁棒，外套管为PVC工程塑料。

本发明的烧结纳米铝管的方法具体步骤如下：

(a)组装好包套、打击管、中心轴和基座，与纳米铝粉及上端堵头一起放入充满保护气氛的密闭手套箱内；

(b)在包套内均匀加入纳米铝粉，压实，并盖上上端堵头；

(c)从手套箱内取出烧结装置；

(d)将烧结装置与外套管组装好，并在其中加入低爆速炸药；

(e)启动雷管触发药柱起爆低爆速炸药，打击管在爆炸力作用下打击包套，压实纳米铝粉，获得纳米铝管；

(f)切割打击管和包套，获得所需的纳米铝管。

进一步的，步骤(b)中，铝粉填装密实度达到40％-60％。

本发明中采用的低爆速炸药为粉状铵梯炸药，且装药密度为0.9g/cm³。该粉状铵梯炸药的粒径在1～2μm之间。