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金属丝电爆炸机理及特性研究
金属丝电爆炸机理及特性研究
金属丝电爆炸机理及特性研究
高压电场中金属丝段的电爆现象论文发表
时间:2010—04—0215：13：10来源：91发表网作者：未知点击：14次
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关键词：电爆；超细粉；丝段；等离子弧;气体放电;电极间距
0引言
线爆是制备纳米材料的一种新型方法，具有能量转换率高，制备的金属超细粉粒度分布均匀、纯度高，无污染，且通过改变金属丝电爆的参数容易控制粉末的粒度大小[1-4].要实现高效率的线爆制粉，必须要有相应的设备来保证。连续电爆制粉的现有设备大多采用了夹丝式的结构［3-8],将金属丝自动夹持在电极上,然后施加高电压实现爆炸.但是这种方法存在了电极烧蚀现象，且金属丝与电极接触的部分不能够电爆残留在电极上,影响后续金属丝的顺利进给和夹紧[8-11］。另外,线爆制粉工艺的过程参数对粉末粒度，形态有重要的影响，对其相关性已经做了大量的研究[8,9,12]。为了满足不同种类超细粉末的要求，试验得到了许多过程参数的匹配关系，由于这些试验都实在各自的实验设备上完成的,其结果存在一定的差异[1,4，5,11,13-15］.
针对现有电爆制粉设备存在的问题，本文研制出一台丝段式电爆设备.金属丝无需夹持在电极之间,靠重力作用竖直落入HYPERLINK”http：//www。91fabiao.com/"高压电场进行电爆。与夹丝式电爆方式相比,这种方法可以避免电极烧蚀，同时,便于高电场对金属丝均匀释放电能。通过电爆试验,观察和研究电爆过程现象,分析金属丝长度、电压和电极间距与电爆过程现象之间的相关性1丝段式电爆方法丝段式电爆制粉装置见图1，主要由送丝及其剪丝装置，爆炸室,高压充电电路系统和控制电路及辅助系统等组成。单相交流电通过高压变压器T升压,再经过高压硅堆D整流,向储能电容器C充电，在上下电极建立一个高压电场,测量电路对其电压值进行测量;金属丝通过校丝及其剪丝装置后得到一定长度的丝段,通过导丝管落入电极之间而发生电爆。
利用同轴导电装置将储能电容器和上下电极连接起来,使得高压线路长度减少,降低了放电回路的电感.下电极和同轴导电装置的正极连接,其高度可调以适应不同的电极间距。为了保证电爆粉末的纯净度，可以根据金属丝的材料来对电极的材料进行更换。要保证金属丝能顺利地垂直落入高压电场,则要求金属丝段要有一定的直线度，且长度可调。为此设计了专用的校直及剪丝装置，见图2，主要有两对滚轮组成.直流小电机带动主动滚轮，牵动金属丝运动，而金属丝带动了从动轮运动。通过弹簧片对从动轮施加一定的摩擦力，阻碍其转动,这样使属丝上产生了一定的张力,金属丝在张力下拉直。剪丝轮和校直轮通过皮带联动,通过改变皮带轮的直径比,调节丝段的长度.通过改变直流电机的转速可调整丝段进入电场的时间间隔.
2电爆实验
2.1实验方法
电爆试验用的金属丝段的材料为紫铜,直径为0·3mm。通过改变电压大小，电场间距以及铜丝长度,进行电爆实验,所对应的相关参数见表1。首先对爆炸室抽真空，当爆炸室的真空度达到时，往爆炸室充入氩气。然后,启动高压充放电电路和校丝及剪丝装置，进行电爆试验,通过观察窗对电爆后的现象进行观测。连续电爆若干段金属丝后收集粉末。
2.2实验结果
在不同的电压和不同电极间距下,改变金属丝长度进行一系列的电爆试验。发现在给定的电压和电极间距下，当金属丝尺寸大于某一长度时，均可发生电爆[12]。对电爆制备的粉末进行扫描电镜观察,粉末微观形态为球形和多面体.粉末的直径随电爆时输入金属丝段的能量密度增大而减小。当金属丝较短，电场电压较高时,粉末的直径约为0.08μm；当金属丝较长,HYPERLINK"http://www。91fabiao。com/”电场电压较低时，粉末的直径约为1～2μm。这部分试验结果与夹丝式电爆制粉的结果很相似，在以前的工作中已有详细的研究[8，11］。以下重点分析金属丝长度、HYPERLINK”http://www.91fabiao.com/”电场电压和电极间距这3个参量,与电爆过程现象之间的相关性,找到适于电爆制粉的工艺参量的匹配条件。改变3个工艺参量的电爆试验,所观察到电爆过程现象可归纳为3种类型:①当金属丝长度与电极间距接近时,金属丝发生电爆,有少量的金属丝熔焊在上电极孔内长度为0。5～1mm，且有残留丝段落在下电极极板上,长度为0.5~2mm，如图3（a）所示；②当金属丝长度小于电极间距时,金属丝发生电爆，上电极孔内不出现残留丝段，只有残留丝段落在下电极上，长度为0。5~1mm，如图3(b）所示；③金属丝长度远小于电极间距，丝段不发生电爆,如图3(c）所示。若金属丝段熔焊在上电极的孔内，下一个金属丝在下落过程中就会受阻，这种类型电爆中一定要避免.对于第②种电爆类型，它能保证连续电爆