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    电爆金属丝产生纳米粉体【原创资料下载】

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    电爆金属丝产生纳米粉体【原创资料下载】

    第22卷第3期2010年3月强 激 光 与 粒 子 束2,2010文章编号 10014322201003069105电爆金属丝产生纳米粉体。毛志国, 邹晓兵, 王新新, 江伟华清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084摘要 建立了一台用于纳米粉体制备的电爆炸金属丝装置,它可以在不打开放电腔体情况下,依次电爆炸8根金属丝。对电爆炸金属丝进行了电路模拟。电路模拟结果表明,减小放电回路电感,或在保持电容器初始储能不变条件下,提高充电电压的同时减小储能电容可提高能量注入速率。为了理解金属蒸气形成纳米粉体的物理过程,利用马赫一曾德激光干涉方法。研究了丝爆后金属蒸气及等离子体的演化过程,得到了电爆丝的典型物理图像,观察到电爆丝中金属蒸气喷发的“热滞后”现象及金属蒸气的多次喷发现象。并利用电爆丝法制备了氮化钛、二氧化钛、铜氧化物和氧化锌的纳米粉体。关键词 电爆炸金属丝; 能量沉积; 纳米粉体; 马赫一曾德干涉; 电路模拟中图分类号 献标志码 A 788/691金属丝电爆指通过向金属丝中快速注入高密度的脉冲电流104~106 A/而使金属丝瞬态加热到汽化温度的现象n]。20世纪90年代末,随着纳米技术的迅猛发展,日本、美国、俄罗斯开始进行电爆金属丝法制备纳米粉体的研究近几年,国内吉林大学、中国工程物理研究院流体物理研究所、以及兰州理工大学对其进行了探索性的研究[4。6]。研究一般在小型脉冲放电装置上进行,脉冲电流发生器的放电电流快速流过位于气体介质中的金属丝负载,因欧姆加热而沉积的能量使金属丝快速相变固态一液态一蒸气一等离子体,等离子体向外急剧膨胀爆炸,通过与周围气体碰撞及热辐射而快速冷凝成具有较好形态的纳米粉体。它可制备包括高熔点材料在内的所有能拉成丝的金属、合金及其化合物粉体,并具有能量转换效率高、粉体粒度分布较均匀等优点。目前,国际上对电爆金属丝制备纳米粉体的研究主要集中在实验条件如外电路参数、金属丝材料和尺寸、环境气体种类和气压对最终形成的纳米粉体特性的影响上,而较少涉及到对电爆炸物理过程的研究。本文对电爆炸金属丝进行电路模拟,分析提高丝中能量沉积速率的方法,并利用马赫一曾德激光干涉法,研究丝爆后金属蒸气及等离子体的演化过程,获取电爆丝的典型物理图像。1 电爆金属丝装置图1为电爆金属丝产生纳米粉体的装置。作为放电负载的金属丝通过丝固定器安置于放电腔中。实验步骤为1放电腔抽真空;2充入一定气压的环境气体;3储能电容器对金属丝放电;4抽真空,收集微孑了提高工作效率,放电腔体中分立地安置有8根金属细丝,通过旋转腔外的控制手柄可实ab of爆金属丝产生纳米粉体的装置及其等效电路*收稿日期20091104; 修订日期20091203基金项目国家自然科学基金项目50677034作者简介毛志国1977一,男,博士,主要从事脉冲功率技术和等离子体研究; 激 光 与 粒 子 束 第22卷现对金属丝的依次放电,这样换丝时可以不打开放电腔从而提高生产效率。图lb等效电路中, 为放电主开关;L,R,为放电腔外电路的总电感和总电阻;。为放电腔内的引线电感和电阻;L,R£为丝负载电感和电阻,根据丝负载长度和半径可直接计算出L。通过短路实验短路棒分别安置在图1a所示的负载金属丝处和电阻分压器处可以得到己。,R,分别为1.965 2,2 .4 丝爆电路仿真对图1b所示电路进行仿真计算,丝电阻Rf为唯一未知的参数。R£可表示为比作用量g用模型由能量守恒推导出R£通过两个基本过程来描述,即固定相固相、液相的加热过程和相变熔化、汽化加热过程。对于固定相固相、液相加热过程,电阻率可表示为pt膨p[等o 4 g≤1式中g。。,‰;分别为固态或液态加热结束时的比

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