[发明专利]一种基于电爆炸法的多元合金粉末合成装置

说明书

本发明公开的一种基于电爆炸法的多元合金粉末合成装置，属于脉冲功率技术领域。本发明包括绝缘子、高压电极、地电极、进气口、电爆炸及喷射装置、金属混合蒸汽、产物收集基台、排气口。本发明将金属丝嵌套至半封闭介质管中，能够提高金属丝电爆炸过程中的沉积能量，且能够获得定向喷射的金属蒸汽，避免各根金属丝在相爆及等离子体过程中的相互影响；通过在管口处设有辅助磁场线圈，能够调控并约束带电金属蒸汽的喷射轨迹；采用磁场线圈辅助控制带电金属蒸汽膨胀取向，通过设计时序控制系统能够结合不同金属电爆炸特性调控爆炸延时和顺序，避免金属丝自身特性带来的放电模式及不稳定发展的差异，以获得更高质量的多元合金粉末。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种基于电爆炸法的多元合金粉末合成装置。

背景技术

金属丝电爆炸(Electrical explosion of wires，简称EEW、丝爆)将一定参数的脉冲电流注入金属导体(金属丝)，在焦耳加热的作用下，金属负载经历快速的相态变化，其过程包括固态加热、液化、液态加热、气化/相爆，最后击穿形成等离子体，同时伴随着强光辐射和冲击波等物理效应。

相较于传统的金属纳米颗粒制备方法，如气相沉积、机械研磨、热等离子体法等，金属丝电爆炸具有独特的优势。其极高的反应温度(＞10⁵K)可保证金属蒸汽处于较高的原子化及电离程度，这为均匀、精细的纳米粉体形成提供了基础，也为多元合金材料及金属氮化物、氧化物等的高质量制备提供了可能。金属丝相爆过程发生后，金属蒸汽以高速膨胀扩散(～km/s)，与介质氛围中的分子、原子碰撞后以极高的速率冷却(10⁹-10¹⁰K/s)，成核并形成直径几纳米到几十纳米不等的球状颗粒。此外，电爆炸法简便、高效，对待制备纳米粉末的原材料要求不高，仅要求为导体或有金属涂覆。根据电爆炸介质氛围不同，惰性气体环境常用作制备金属单质纳米颗粒，含氮、含氧氛围则被用作生成金属氮化物和氧化物。其中多元金属合金/涂层，金属与碳等复合材料也是电爆炸法关注的重点。

现有使用电爆炸法制备合金粉末多使用提前熔炼好的合金丝，其工序复杂，增加了不必要的成本，此外，合金丝电爆炸过程与对应质量单元素金属丝电爆炸具有显著差异，主要体现在放电通道沉积能量、产物的膨胀速度及等离子体过程上，从而影响金属蒸汽的冷却及成核过程，不能得到预期的合金粉末。若使用多根金属丝并联爆炸可省去制作合金丝的工序，但各根丝电爆炸过程中的强电/磁耦合效应则会带来均匀性及一致性等问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于电爆炸法的多元合金粉末合成装置，将金属丝嵌套至半封闭介质管中，能够提高金属丝电爆炸过程中的沉积能量，且能够获得定向喷射的金属蒸汽，避免各根金属丝在相爆及等离子体过程中的相互影响；通过在管口处设有辅助磁场线圈，能够调控并约束带电金属蒸汽的喷射轨迹；采用磁场线圈辅助控制带电金属蒸汽膨胀取向，通过设计时序控制系统能够结合不同金属电爆炸特性调控爆炸延时和顺序，以获得更高质量的多元合金粉末。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种基于电爆炸法的多元合金粉末合成装置，包括绝缘子、高压电极、地电极、进气口、电爆炸及喷射装置、金属混合蒸汽、产物收集基台、排气口。

绝缘子采用四氟或尼龙材料制成，将高压电极柱与腔体分隔开，防止高压电极与腔体连通或发生击穿、爬电。绝缘子表面为螺旋状结构，用于有效增大绝缘强度。

高压电极与接地电极为不锈钢柱，分别连接同轴高压电缆的芯与接地外皮。

进气口用于通入惰性气体，如氦气、氩气等，用于防止金属粉末被氧化/氮化。排气口用于实现洗气的功能，使腔体内达到预设的介质氛围，此外还用于使电爆炸产物定向排出，便于收集。

作为优选，所述惰性气体为氦气或氩气。