高速冲液脉冲放电制备纳米硅球.pdf

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1、第46卷第5期2014年10月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsV01．46No．5Oct．2014高速冲液脉冲放电制备纳米硅球张伟汪炜(南京航空航天大学机电学院，南京，210016)摘要：通过Ansys对单脉冲放电过程进行温度分布仿真时发现，当脉宽很小时，汽化体积所占比例很高，即材料利用率较高，但是产率较低；而加大脉宽时，产率较高，但是汽化比例较低。为综合两者的优势，利用大脉宽加工，使放电通道移动。仿真结果表明，相对于放电通道静止，其在材料利用率

2、和产率上都有了大幅度提高。当在加工中引入高速冲液时，实验表明其能促使放电通道发生漂移，收集产物后称量、计算，其产率达到了1g／h。关键词：纳米硅球；脉冲放电；高速冲液；Ansys仿真中图分类号：THl45．9文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)05—0799-05PreparationofSiliconNanoparticlesbySparkErosioninHighPressureDielectricZhangWei，WangWei(CollegeofMechanicalandElectricalEngineerin

3、g，NanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：TemperaturedistributionofsinglepulseinsparkerosionissimulatedbyAnsys．Simulationresultsdemonstratethatwhenthepulsedurationisveryshort，theproportionofvaporizationishigh，buttheproductivityislow．Long

4、pulsedurationwillresulttoahighproductivity，butlowproportionofvaporization．Whenpulsedurationisextendedandthechannelmoves，thevolumeandproportionofva—porizationareallincreasedcomparedwithmachininginstaticdielectric．Therefore，highpressuredielec—tricisintroduced．Experimentalr

5、esultsshowthatthechannelindeedmoves．Afterbeingmachined，theproductisgatheredandweighted，andtheproductivityisabout1g／h．Keywords：siliconnanoparticle；sparkerosion；highpressuredielectric；Ansyssimulation纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应等特性，正是由于这些物理化学特性使得纳米材料在信息通讯、生物技术等领域具有重要的应用价值

6、。硅纳米材料在半导体光电集成、光电转换和信息存储等领域有着十分诱人的前景[1≈]。脉冲放电加工是利用两极间脉冲火花放电产生的热能，使加工材料被熔化、汽化、抛出，从而实现对工件的加工[4{]，而形成的纳米颗粒主要是由汽化部分产生的。文献E63利用SEM和TEM等测试手段对火花放电产物(硅)进行了初步分析；文献1-73利用放电法制备了Au纳米颗粒，并分析了其形成过程和影响因素；文献[8]在惰性气体中利用电火花放电的方式制备出了5nm左右的硅颗粒。利用有限元方法对放电过程进行仿真时，发现当放电脉宽较大时，单个脉冲产生的汽化部分较多，但是其汽化

7、部分和熔化部分的比例较小，材料基金项目：国家高技术研究发展计划(“八六三”计划)(2012AA050301)资助项目。收稿日期：2014—05—10；修订日期：2014—07一10通信作者：汪炜，男，教授，博士生导师，E-mail：wangwei@nuaa．edu．corn。800南京航空航天大学学报第46卷利用率不足；而当脉宽非常窄时，虽然汽化比例较大，但是产率太低，为了兼顾效率与利用率，文中在利用大脉宽的同时在放电过程中加入高压冲液。仿真结果表明，此方法不仅没有影响产率，而且大幅度提高了汽化和熔化的比例。利用单脉冲电源，分别在静态和

8、高速流动的工作液中进行反复实验，实验结果表明，在高速冲液的条件下，放电通道发生了漂移，纳米硅球的产率有了较大幅度的提高，证明了高速冲液脉冲放电制备纳米硅球的可行性。1温度场仿真使用Ansysl3．0，为实现