专利名称：两用式电弧法金属纳米粉制取设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能使用两种形状材料连续生产金属纳米粉的专用设备，具体的说是一种能使用块状和棒状高纯金属、利用电弧法来连续生产纯金属纳米粉的专用设备。
背景技术：
纳米材料是80年代末发展起来的备受关注的高科技材料。它以其量子尺寸效应，表面效应等有着传统材料所不具备的变异性能，成为21世纪国际上竞相重点发展的新材料之一。所以纳米粉体的制造发展非常迅速， 出现了多种多样的纳米粉制备方法，最普遍的是气体冷凝法、溅射法、通电加热蒸发法、炉内热分解法、激光化学气相合成及化学还原法等方法，但上述方法都存在一定缺点，主要表现在设备的结构过于复杂，操作和使用不方便，不能工业化批量生产；另外目前还出现了电弧法制备金属纳米粉等方法，但现行的电弧法金属纳米粉制取设备生产不连续、粒径不均匀、用料单一，即同时可以使用棒料或者块料的设备还没有出现，这对有些材料制取纳米粉很不方便，不能连续生产；现有设备生产的纳米粉粉体要在自然环境中使用易氧化，纳米粉粉体表面没有钝化形成一层绝氧钝化膜，现有设备中没有高频高压引弧系统至使操作非常困难，不能满足军工生产和科研对高纯金属纳米粉的需求。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种能够同时使用棒状或块状两种形状高纯金属原料，并且能够连续生产高纯度金属纳米粉的专用设备。该设备可使得制造出的纳米粉粉体形成钝化膜以防止金属纳米粉在自然环境中氧化，提高了金属纳米粉的纯度和操作安全性，同时该设备还使用高压高频引弧装置，在操作中起到稳定电弧的作用。
本实用新型的目的是这样实现的，该设备是采用升降旋转倾斜的电极生产，高频高压引燃弧、稳定电弧装置，使金属在坩锅内熔化、蒸发，通过收集仓收集，钝化系统钝化，实现制取高纯金属纳米粉的目的。
该设备包括生成室、回风管路、挡板阀、送风管、收集仓、平台、钝化装置、压力流量传感器、一级收集室、真空包装箱、伸缩节、真空泵、特种风机、插板阀，支架、粒度在线测试仪、吹风道，钝化风机、鼓风管道、电路控制装置，生成室安装在支架上，一端通过吹风道、插板阀与特种风机相联，粒度在线测试仪设置在吹风道上；另一端通过挡板阀、送风管及插板阀与一级收集室上端进风口相联；一级收集室下部与真空包装箱相联，上部出风口经送风管及插板阀与收集仓相联；收集仓的下部装有压力流量传感器，并与钝化系统相联；收集仓的出风口经回风管路与特种风机的进风口相联，整个系统形成闭合循环回路。
所述生成室的左端带有添料手孔，添料手孔的上面设置有观察视镜，上面还设置有观察装置，顶端设置有电极升降旋转倾斜装置，生成室的下面内部设置有放料坩埚。
所述收集仓包括旋转筛、外部皮带轮、非接触联轴器、转轴；旋转筛设置在收集仓的内部，旋转筛固定在转轴上，转轴上面联有非接触联轴器，非接触联轴器的另一端和皮带轮相连。
所述生成室上的观察装置包括内固定套、外固定套、外层石英玻璃、窗刷、内层石英玻璃、密封圈、微机探头、观察装置架、轴承、密封套、非接触联轴器、微电机、刷子轴、可调整射灯架、强力射灯；观察装置架上面带有三个孔，微机探头、刷子轴、可调整射灯架上的强力射灯分别设置在三个孔内，可调整射灯架和微机探头的前面分别通过内固定套和外固定套设置有外层石英玻璃和内层石英玻璃，内层和外层石英玻璃采用密封圈密封；窗刷设置在刷子轴的顶端，刷子轴的另一端通过非接触联轴器和微电机相连。
所述电极升降旋转倾斜装置包括密封波纹管、密封盖、密封圈、升降固定套、齿条、齿轮箱、可调转轴、偏心轮轴、蜗轮轴、顶丝、蜗轮、蜗杆、球头销、球头销盖、滑道、升降调速电机、手动调整手轮、齿轮、手轮、底板、偏心调整手轮、固定架、调速电机、齿轮轴。
所述放料坩埚包括块料坩锅或棒料坩锅及冷却隔套，冷却隔套设置在块料坩锅或棒料坩锅下面。
所述电路控制装置由主电源变压器和高频引弧电路构成。
本实用新型由于采用上述结构，具有下列优点1、本实用新型即可用纯金属块料，也可以用高纯金属棒料，这对有些不易加工成型的金属来说加工高纯金属纳米粉非常方便，此外能利用多种形状物体可以根据市场情况降低生产成本。
2、本实用新型可利用高纯金属块料、棒料、连续生产高纯金属纳米粉，生产时可以直接将生成室内储存的物料放入坩锅，不用打开生成室，保证连续生产所需内部气氛，提高了生产效果，降低了生产成本。
3、本实用新型可以根据生产的不同物料，选择不同直径电极。生成室内设置的电极、坩锅可以设置1-3个。多个组合可以生产一种高纯金属纳米粉或生产多种材质组成的合金纳米粉，从而使本实用新型具有应用广泛的特点。
4、本实用新型电极可上下调整，旋转调整、倾斜调整，采用微机探头观察工作场景并反馈给工业计算机系统，由工业计算机系统输出总指令，操作准确方便。
5、本实用新型电路系统采用高频引弧、稳弧，将电流电压信号反馈给工业计算机系统，并由工业计算机系统下总指令控制电流电压参数，操作控制准确，提高生产效率，操作方便。
6、本实用新型设备采用了风量传感器，粒径测试设备，可以随时监测其工作状态，并随时可调整系统风压、风量，并将其数据传递给工业计算机系统，并由计算机下达总指令，控制其风压、风量及纳米粉的粒径，保证其生产出的高纯金属纳米粉粒径均匀。
7、本实用新型设备的生产纳米粉粉体系统与钝化系统设计浑然一体，使加工的纳米粉粉体材料不用通过中间环节直接进入钝化系统，钝化后的高纯金属纳米粉可以直接在自然环境中使用，因为取消中间环节提高了金属纳米粉纯度，同时也提高了生产效率。
图1、2为两用式电弧法金属纳米粉制取设备整体结构示意图。
图3、4为本实用新型生成室部分结构示意图。
图5为本实用新型主电路原理图。
具体实施方式
如图1、2所示该设备包括生成室1、回风管路2、挡板阀3、送风管4、5、收集仓6、平台11、钝化装置12、压力流量传感器13、一级收集室14、真空包装箱15、伸缩节16、真空泵17、特种风机18、插板阀19，支架20、粒度在线测试仪21、吹风道22，钝化风机27、鼓风管道28、电路控制装置71，生成室1安装在支架20上，一端通过吹风道22、插板阀19与特种风机18相联，粒度在线测试仪21设置在吹风道22上；另一端通过挡板阀3、送风管4及插板阀与一级收集室14上端进风口相联；一级收集室14下部与真空包装箱15相联，上部出风口经送风管5及插板阀与收集仓6相联；收集仓6的下部装有压力流量传感器13，并与钝化装置12相联；收集仓6的出风口经回风管路2与特种风机18的进风口相联，整个系统形成闭合循环回路。
所述收集仓6包括旋转筛7、外部皮带轮8、非接触联轴器9、转轴10，旋转筛7设置在收集仓6的内部，旋转筛7固定在转轴10上，转轴10上面联有非接触联轴器9，非接触联轴器9的另一端和皮带轮8相连。
如图3、4所示所述生成室1的左端带有添料手孔23，添料手孔23的上面设置有观察视镜24，上面还设置有观察装置，顶端设置有电极升降旋转倾斜装置，生成室1内部的下面设置有放料坩埚。
所述生成室1上的观察装置包括内固定套32、外固定套33、外层石英玻璃34、窗刷35、内层石英玻璃36、密封圈37、微机探头38、观察装置架39、轴承40、密封套41、非接触联轴器42、微电机43、刷子轴44、可调整射灯架45、强力射灯46；观察装置架39上面带有三个孔，微机探头38、刷子轴44、可调整射灯架45上的强力射灯46分别设置在三个孔内，可调整射灯架45和微机探头38的前面通过内固定套32和外固定套33设置有外层石英玻璃34和内层石英玻璃36，内层和外层石英玻璃36、34采用密封圈37密封；窗刷35设置在刷子轴44的顶端，刷子轴44的另一端通过非接触联轴器42和微电机43相连。
所述电极升降旋转倾斜装置包括密封波纹管47、密封盖48、密封圈49、升降固定套50、齿条51、齿轮箱52、可调转轴53、偏心轮轴54、蜗轮轴55、顶丝56、蜗轮57、蜗杆58、球头销59、球头销盖60、滑道61、升降调速电机62、手动调整手轮63、齿轮64、手轮65、底板66、偏心调整手轮67、固定架68、调速电机69、齿轮轴70。
所述放料坩埚包括块料坩锅29或棒料坩锅30及冷却隔套31，冷却隔套31设置在块料坩锅29或棒料坩锅30下面。
工作过程由图1、2所示首先将高纯金属物料(块状或棒状物料)放入生成室1下部的坩锅29或30内，坩锅29是放置块状物料、坩锅30是放置棒状物料的，再将设备整个系统抽真空，当真空度达到一定的高真空度时，关闭真空泵，向系统内充入惰性气体，当整个系统内气压达到常压时，启动总电源、电极27开始运行，打开高频、高压引弧装置电源进行高频引弧并调整好电弧，在此同时启动特种风机18调整好风机18转速，当电弧稳定后，坩锅29或30内物料熔化并蒸发成金属烟雾，烟雾在特种风机18的风力携带下经过生成室1右端插板阀19送风管4进入一级收集室14。大部分纳米粉烟雾又被特种风机18携带下从一级收集室14上端出口经送风管5进入收集仓6，在这过程中金属蒸汽冷却成金属纳米粉。这时，打开收集仓6内的旋转筛7的旋转电机电源，通过非接触联轴器带动转轴10、旋转筛7旋转。冷却形成的金属纳米粉在风力的带动下进入收集仓6，在收集仓6内的旋转筛7的阻碍下落入收集仓6的底部。旋转筛7的作用是阻止金属纳米粉随风飘走，将金属纳米粉留在收集仓6的底部，将不含有高纯度金属纳米粉的干净的风透过旋转筛7带走。当收集仓6的底部集聚到一定数量金属纳米粉时，打开底部阀门使收集仓6内集聚的金属纳米粉在重力作用下进入钝化装置12，同时打开钝化风机27进行钝化，钝化完成后进行包装。去除金属纳米粉后收集仓6内的风经回风管21进入特种风机18增加风速，经鼓风机管28、吹风管22进入生成室1，完成一个生产循环。
在此工作过程中为保证本实用新型所加工的高纯金属纳米粉或合金纳米粉的粉体粒度，该设备设置有粒度在线测试仪21用来随时监测以便调整；该设备还设置有压力流量传感器13用来随时监测风量、风压以保证其内部循环良好，避免纳米粉在内部某处堆集。
生成室1上设置的观察装置工作情况(由图3、4所示)将微机探头38观察到的钨极25的工作情况反馈到工业计算机的显示器上进行显示以方便集成化控制，为保证微机探头38观察清楚，观察装置架39一侧安装的强力射灯46用来照明生成室内腔，在微机探头38和强力射灯46的前面安装的内，外层石英玻璃36、34、固定套32、外固定套33、密封圈37是为了保证生成室1的内部工作所要求的真空度和工作气氛以及便于微机探头38的观察，在外层石英玻璃34的表面安装的窗刷35是为了避免工作时纳米粉在外层石英玻璃34的表面的沉积，影响微机探头38的视线和强力射灯46的光线。在刷子轴44的后端安装的非接触联轴器42是为保证生成室1的真空度或工作气氛，并能向刷子轴44提供旋转动力。
生成室1上设置的电极升降旋转倾斜装置工作过程升降调速电机62通过齿轮轴70带动齿轮64旋转，并啮合齿条51带动齿条51升降，并通过齿条51、球头销59、升降固定套50来带动阴极26的升降，在升降调整电机62与齿轮销之间安装有手动调整手轮63，可用来手动升降，调速电机69带动蜗杆58旋转，并通过蜗杆58带动蜗轮57旋转，蜗轮57通过蜗轮轴55和偏心轮54带动齿轮箱52做偏心旋转运动。齿轮箱52通过滑道61、球头销59、升降固定套50带动阴极26做偏心旋转运动。通过调整偏心手轮使阴极26上的钨极25在生成室1的内部旋转并能使钨极25达到倾斜任意角度以到达坩锅29的所有位置。另外，偏心轮54、蜗轮轴55之间又安装有偏心调整手轮67，当松开顶丝55时，可通过偏心调整手轮67手动调整阴极26和钨极25的旋转、倾斜角度。
由图5所示电路控制装置71主要由主电源变压器72和高频引弧电路构成，高频引弧电路串接在工作回路中，高频引弧电路由高频振荡器，交流控制变压器TC，高压电容C3，火花发生器，电源开关、启动电路、小引弧电路等组成，高频引弧电路可以产生150-260KHz3000V高频、高压电，借此高频、高压电以击穿电极26与所加工的物料之间的间隙，而引燃电弧，该电弧引燃后，该设备的电路控制装置71可以根据电流产生的反溃信号来控制高频引弧电路，使高频引弧电路装置起到稳弧作用。由于本实用新型所采用的高压、高频引弧电路能十分准确的引燃电弧，操作起来十分方便，彻底解决了因操作不当造成的钨极26与所加工物料因高温产生的粘接短路现象，提高了本实用新型操作的准确性和安全性。
权利要求1.一种两用式电弧法金属纳米粉制取设备，其特征在于该设备包括生成室(1)、回风管路(2)、挡板阀(3)、送风管(4、5)、收集仓(6)、平台(11)、钝化装置(12)、压力流量传感器(13)、一级收集室(14)、真空包装箱(15)、伸缩节(16)、真空泵(17)、特种风机(18)、插板阀(19)，支架(20)、粒度在线测试仪(21)、吹风道(22)，钝化风机(27)、鼓风管道(28)、电路控制装置(71)，生成室(1)安装在支架(20)上，一端通过吹风道(22)、插板阀(19)与特种风机(18)相联，粒度在线测试仪(21)设置在吹风道(22)上；另一端通过挡板阀(3)、送风管(4)及插板阀与一级收集室(14)上端进风口相联；一级收集室(14)下部与真空包装箱(15)相联，上部出风口经送风管(5)及插板阀与收集仓(6)相联；收集仓(6)的下部装有压力流量传感器(13)，并与钝化系统(12)相联；收集仓(6)的出风口经回风管路(2)与特种风机(18)的进风口相联，整个系统形成闭合循环回路。
2.根据权利要求1所述的一种两用式电弧法金属纳米粉制取设备，其特征在于所述生成室(1)的左端带有添料手孔(23)，添料手孔(23)的上面设置有观察视镜(24)，上面还设置有观察装置，顶端设置有电极升降旋转倾斜装置，生成室(1)的内部下面设置有放料坩埚(29、30)。
3.根据权利要求1所述的一种两用式电弧法金属纳米粉制取设备，其特征在于所述收集仓(6)包括旋转筛(7)、外部皮带轮(8)、非接触联轴器(9)、转轴(10)，旋转筛(7)设置在收集仓(6)的内部，旋转筛(7)固定在转轴(10)上，转轴(10)上面联有非接触联轴器(9)，非接触联轴器(9)的另一端和皮带轮(8)相连。
4.根据权利要求1、2所述的一种两用式电弧法金属纳米粉制取设备，其特征在于所述生成室(1)上的观察装置包括内固定套(32)、外固定套(33)、外层石英玻璃(34)、窗刷(35)、内层石英玻璃(36)、密封圈(37)、微机探头(38)、观察装置架(39)、轴承(40)、密封套(41)、非接触联轴器(42)、微电机(43)、刷子轴(44)、可调整射灯架(45)、强力射灯(46)；观察装置架(39)上面带有三个孔，微机探头(38)、刷子轴(44)、可调整射灯架(45)上的强力射灯(46)分别设置在三个孔内，可调整射灯架(45)前面通过内固定套(32)和外固定套(33)设置有外层石英玻璃(34)和内层石英玻璃(36)，内层和外层石英玻璃(36)、(34)采用密封圈(37)密封；窗刷(35)设置在刷子轴(44)的顶端，刷子轴(44)的另一端通过非接触联轴器(42)和微电机(43)相连。
5.根据权利要求1、2所述的一种两用式电弧法金属纳米粉制取设备，其特征在于所述电极升降旋转倾斜装置包括密封波纹管(47)、密封盖(48)、密封圈(49)、升降固定套(50)、齿条(51)、齿轮箱(52)、可调转轴(53)、偏心轮轴(54)、蜗轮轴(55)、顶丝(56)、蜗轮(57)、蜗杆(58)、球头销(59)、球头销盖(60)、滑道(61)、升降调速电机62、手动调整手轮63、齿轮64、手轮(65)、底板(66)、偏心调整手轮(67)、固定架(68)、调速电机(69)、齿轮轴(70)。
6.根据权利要求1、2所述的一种两用式电弧法金属纳米粉制取设备，其特征在于所述放料坩埚包括块料坩锅(29)或棒料坩锅(30)及冷却隔套(31)，冷却隔套(31)设置在块料坩锅(29)或棒料坩锅(30)下面。
7.根据权利要求1所述的一种两用式电弧法金属纳米粉制取设备，其特征在于所述电路控制装置(71)由主电源变压器(72)和高频引弧电路构成。
专利摘要本实用新型涉及一种利用电弧法连续生产金属纳米粉的专用设备，该设备能够使用棒状或块状两种形状的高纯金属原料来制造高纯金属纳米粉，它带有防止金属纳米粉在自然环境中氧化的钝化装置，可避免制造出的高纯金属纳米粉在生产中间环节的氧化，提高了金属纳米粉的纯度和操作安全性，另外本实用新型还使用了高压高频引弧装置，该装置设备操作开始时起到引燃电弧、稳定电弧作用，本实用新型操作方便，在生产过程各环节上能实行计算机自动化监控，所以利用本实用新型能生产出粒径均匀、高纯度的金属纳米粉粉体材料，具有可连续生产、效率高等优点。
文档编号B22F9/14GK2661343SQ20032010335
公开日2004年12月8日 申请日期2003年11月17日 优先权日2003年11月17日
发明者王志平 申请人:王志平