高品质金属纳米粉体的电爆炸法制备与处理工艺研究

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本文系统研究了电爆炸法制备金属纳米粉体的工艺条件和实验参数,以及金属纳米粉体钝化处理、金属纳米粉体的储存、运输及应用条件等系列工作。重点以Fe、Ni、Cu、Al为研究对象,研究了制备工艺参数对金属纳米粉体的影响,制备出了不同使用条件和使用要求下的,平均粒子尺寸为80nm以及平均粒子尺寸在50nm的球状高纯金属纳米粉体,确定了制备高品质金属纳米粉体的成套工艺参数,通过了多个权威部门的鉴定和验收,申请了相关的专利技术,制定了金属纳米粉体的相关企业标准。采用X射线衍射分析仪(XRD)、能谱分析(EDS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和DSC等表征手段对各种纳米颗粒的形貌特征、成分、晶体结构、粒径和热性能等进行了测试表征,对金属纳米生产工艺和金属纳米粉体的钝化处理也进行了系统研究。研究表明,可通过电爆炸法制备各种金属,尤其是高熔点金属及熔点相差较大的合金纳米粉体材料的制备均可通过电爆炸法制备。电爆炸法生产能力大,产品质量高,目前单机稳定量产为3~5kg/天,完全可以达到工业化要求;电爆炸法生产的金属粉体均为单质晶体,产品纯度高;冷凝温度和工作气体的循环速度对样品的粒径和形貌影响较大,可以通过设定相应的生产条件来获得不同粒径和不同形貌的金属粉体。根据不同的生产条件能够制备出应用于不同领域的金属纳米粉体材料,如粒径分布在30~140nm之间(平均粒径为80nm左右)、形貌为球状的金属粉体和粒径分布在30~50nm之间(平均粒径为40nm左右)、形貌不规则的金属粉体等,从而形成了一整套工艺参数:讨论了纳米材料团聚的根源和影响的因素,提出了相应的解决方法。研发了一整套独特的钝化方法,并开发了专门的适用于工业化生产的钝化设备和钝化工艺,通过钝化处理,能有效地防止制备的金属纳米粉体材料,确保材料的保存和运输安全。最后,提出了改进和优化电爆炸法制备金属纳米粉体材料的几点设想,提出了开发相关应用产品的几个基本思路。
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