超细粉的电爆法制备及其设备的开发

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1、硕士学位论文摘要超细粉是当今新材料的重要组成部分，由于它具有与普通材料不同的、新的物理化学特性以及潜在的工程应用前景，因此超细粉的研制成为现代高科技发展的需要。电爆法是在一定的气体介质环境下对金属丝瞬间施加直流高电压，强大的电流脉冲使得金属丝熔化、汽化、膨胀，发生爆炸，产生冲击波，驱使金属蒸汽高速运动，在气体介质碰撞下急速冷却形成金属、合金、金属氧化物或者氮化物等超细粉。该方法具有能量利用率高，工艺参数可以调整，粒度可控制，不易污染环境，并且所制备的粉末粒度分布窄、纯度高、化学活性高等优点。本文开发了在高压电场中

2、金属丝段与电极非接触电爆的场电爆设备，金属丝靠重力的作用竖直落入高压电场进行快速电爆。该设备主要由校直及剪丝机构，真空爆炸室，高压充放电电路系统和控制电路及辅助系统，粉末收集系统等组成。采用直流小电动机带动滚轮直线的送丝并按一定的匹配关系剪丝，并使得剪断的金属丝在不同气氛的高压电场中迅速爆炸；本设备能够实现金属丝的连续爆炸，具有运行稳定，过程参数便于调整，能量的充放速度快，操作和使用方便，自动化程度高。通过改变电极间距、金属丝长度和电场电压，进行系列高压电场中金属丝段电爆试验。结果表明，在高压电场中电极与金属丝的

3、端部发生气体放电，将大电流导入金属丝段而发生电爆，可减轻对电极的烧蚀。但是金属丝段的端部残留O．5．2mm长的金属丝不发生电爆。由于电爆实验是在空气介质环境中进行，电爆过程产生的铜粉基本上被氧化，得到的粉末主要为氧化铜，氧化亚铜和铜的混合物，外观呈棕黑色。利用扫描电镜对粉末形貌进行观察，分析得出粉末微观形态大部分为球形，测试部分的粉末基本上达到了纳米尺寸。金属丝落入高压电场以后发生爆炸的条件是大电流必须经电极瞬时传递给金属丝。从实验现象中发现，金属丝并没有直接与电极电接触来导电，只能通过金属丝端部与电极之间的气体

4、放电来传导大电流。在金属丝发生电爆之前，金属丝端部与电极之间产生等离子弧，由于此时的电场电压高，等离子弧会沿着金属丝表面攀升，使金属丝有一段湮没在等离子弧中。当其余的金属丝段发生电爆时，由于等离子弧的旁路作用，使湮没在等离子弧中这一小段丝所流过的电流大大减小，从而不能发生电爆而残留下来。通过对电爆实验的观察和研究，得到适于制备粉末的电爆工艺条件，对应电场电压6kV、7kV和8kv时，电极间距与丝长之差的范围分别为由1．8～4mm、2．2～5．8mm和3．2～8mm。在本文中，影响超细粉特性的电爆过程参数有电压及其

5、能量、金属丝直径和超细粉的电爆法制备及其设备的开发长度、电极间距、线路的电感、放电回路电阻。在给定的条件下，调整电压、改变丝径、改变电场间距、改变丝长都会使粉末的粒径发生变化。当电爆过程参数合理匹配时，爆炸时的能量密度和瞬时功率最大，才能使电流的峰值更高，爆炸的冲击波更强，得到了粒度均匀细小的超细粉。初步探索了电爆过程的物理机制。从电流、电阻、能量释放过程以及尖一板间极不均匀高压电场的特性来初步探索电爆过程的电学特性和物理机制。关键词：电爆；超细粉；丝段；等离子弧；气体放电；电极间距AbstractU1tra．f

6、inepowderhasnowadaysbecomeoneofthemost1mportantmaterials．BecauseofhavingmostdifferentandnoVelphysicalchemlstrycharacteristicsandpotentialapplications，ithasbecometheneedofmodemhlghtechn0109ydeVeloping．．Wireelectricalexplosionisthatapulsedcurrentisfedintoametal

7、llcwlrethatambientgas，makingwirebemelted，eVaporatedandionized，nlsultinginaplasmathatexpandsinto锄bientgasandproducingstrongblast．Thistechniquecanbeusedtoproduceultra．矗nepowdersofpuremetal，anoy，metalnitrideandmetaloxldeandsoon．WEEhasmanyadvantages，suchasutilizi

8、ngenergywithhigh锄clency，controllingtheprocessvariableseasily，approVingthegranularity，being脓ndlytoenvironment，producinghi曲lypurereactiVewithnarrowdistribution·Anexperimentalapparatusofelec