氣體放電導入電流的絲電爆制備納米粉方法研究.pdf

1、納米金屬粉在許多方面具有獨特的優(yōu)異性能，在國民經濟和國防各領域都具有廣闊的應用前景。但目前納米金屬粉的應用領域卻十分有限，其原因主要是納米粉價格昂貴，缺乏工業(yè)級宏量化可控制備技術。絲電爆技術用于納米粉制備時具有許多優(yōu)勢，被認為是一種適合工業(yè)化規(guī)模生產納米粉的方法。已有的絲電爆方法都是首先將金屬絲與電極可靠接觸，然后施加脈沖高電壓，大電流通過接觸的方式從電極導入到金屬絲而發(fā)生電爆。但這種接觸式絲電爆方法存在設備故障率高、燒損電極、粉末中始

2、終存在微米級大顆粒等許多問題，而這些問題的產生幾乎都與接觸導入電流方式有關。為此本文提出了利用氣體放電導入電流的絲電爆新方法，并對其進行了系統(tǒng)研究。
　　 為了實現通過氣體放電導入電流，建立了兩種氣體放電式絲電爆方法，即孔-板電極式絲電爆方法和圓錐電極式絲電爆方法，并對這兩種方法的氣隙擊穿特性進行了研究。在孔-板電極式絲電爆過程中，存在單氣隙放電和雙氣隙放電兩種氣體放電模式，單氣隙放電的擊穿電壓比雙氣隙放電的擊穿電壓小。能夠發(fā)生

3、雙氣隙放電時對應金屬絲的最小長度，為適合絲電爆發(fā)生的最佳長度。在圓錐電極式絲電爆過程中，只存在雙氣隙放電模式，更便于工程應用。絲端部與電極之間的氣隙放電過程與尖.板電極間氣體放電過程相似：隨著初始充電電壓的增加，擊穿氣隙會逐漸增大，氣隙的平均擊穿場強隨之減小。氣隙的擊穿電壓與電極間距有關，電極間距增大后，氣隙的擊穿電壓隨之增大。
　　 絲電爆過程中，電流可以通過接觸和氣體放電兩種方式導入到金屬絲上，通過實驗結果認識電流的導入機制

4、。這兩種方式導入電流時，光測量裝置檢測到的絲端部光電流都幾乎與回路放電電流同時產生，而中間位置的光電流則要滯后一段時間；由探針收集的產物可知，金屬絲端部主要形成金屬熔融粒子，絲中間部分主要形成金屬蒸汽；通過氣體放電方式導入電流時，電極燒損明顯減輕，并可以避免“積瘤”產生。分析可知，接觸方式導入電流時絲端部也存在氣體放電現象，大電流主要通過氣體放電形成的等離子體導入。等離子體對電流的旁路作用會阻礙能量向金屬絲沉積，這是產生微米級大顆粒和“

5、積瘤”主要原因。
　　 進行絲電爆制備納米粉實驗，利用探針直接采集金屬絲各部分形成的粉末，確定微米級大顆粒的形成位置，認識微米級大顆粒的形成特征。在絲端部形成的粉末中，微米級大顆粒比例要比絲中間部分的比例大。這種現象的原因是能量向絲中間部分和絲端部沉積的方式不同。在絲中間部分，能量主要通過焦耳加熱作用沉積，而在絲端部，還會受到等離子體中高溫帶電粒子的高速撞擊作用，這也會向絲端部沉積一部分能量。實驗還發(fā)現，初始電壓過高時粉末中微米

6、級大顆粒的比例也會較大，其原因是絲表面發(fā)生了沿面放電現象，形成的等離子體湮沒整根金屬絲。等離子體對電流的旁路作用使絲上的沉積能量減小，因此粉末中微米級大顆粒比例也明顯較大。最適合制備納米粉的初始電壓，為金屬絲表面不發(fā)生沿面放電時對應的最高電壓。進一步分析可知，絲表面沿面放電現象發(fā)生的平均擊穿場強約為2.37kV/cm。絲表面不發(fā)生沿面放電時，沉積在絲上的能量密度隨初始線能量的增加而增大，發(fā)生沿面放電后，能量密度就會迅速減小。
　　

7、 建立了絲表面氣體層模型，對氣體放電式絲電爆過程進行電路模擬，認識能量沉積特征及其與工藝參數的關系。該模型考慮到了沿面放電現象對金屬絲上沉積能量的影響，更接近絲電爆現象的實際情況。結果表明，絲端部放電氣隙δ對氣體放電式絲電爆過程影響很??；減小放電回路電感可明顯提高能量沉積速率；在保持電容器儲能不變的情況下，通過提高初始電壓和減小電容的方法可以提高能量沉積速率；通過合理匹配金屬絲直徑和長度能夠使爆炸前在金屬絲上沉積足夠的能量。