CN107052331B - 可泄压式***烧结纳米铝棒的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可泄压式纳米铝棒***烧结的装置及方法。该装置包括上端堵头、包套、打击管、外套管和基座;其中,基座上设有泄压结构,该泄压结构为基座的顶部中心设有用于压缩粉末中气体的凹槽,且基座顶部依次设有泄压片、垫片;此外,上端堵头的顶端设置为传爆过程中用于稳压的锥形结构。本发明中可泄压式纳米铝棒***烧结的装置制得产物为晶粒尺寸达到纳米级的铝棒,粒径分布窄、硬度及致密度高;本发明采用的***烧结法制备过程中,基座上的薄铁片在受到压实过程中粉末颗粒间的气体冲击时破裂,通过垫片的中心孔传递到基座的空心槽内,形成高压气体,可以有效防止中心孔的产生以及粉末的抛洒,且工艺简单、成本低,方便工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及粉末***烧结装置,具体涉及一种可泄压式***烧结纳米铝棒的装置。
背景技术
***烧结纳米合金粉末是利用***爆轰产生的激波作用于粉末表面,在极短的时间内在颗粒表面发生高温热熔、高压烧结成型的一种材料加工技术。与传统的热压烧结和热等静压烧结等方法相比,***烧结纳米合金粉末有着其独特的优点。(1)具备高压性,可以烧结出近乎密实的材料。目前有关非晶钴基合金、微晶铝及其合金的烧结密度已超过99%的理论密度;(2)具备快熔快冷性,有利于保持粉末的优异特性。由于激波加载的瞬时性,***烧结时颗粒从常温升至熔点温度所需的时间极短,通常为微秒级,这使温升仅限于颗粒表面,而颗粒内部仍然保持低温状态,形成“烧结”后将对界面起冷却“淬火”作用,这种机制可以防止晶粒“长大”,使其具有晶粒小,分布均匀的物理特性,因此可以保持其在纳米颗粒状态下材料的优异特性,如较高的强度、硬度、磁学性能和耐腐蚀性等。
目前,陈鹏万,周强等人在专利号为201210096266.1的发明专利中公开了一种分体式高温预热粉体***烧结装置,主要通过高温预热方式去除粉末中气体这一方式,但装置在预热过程中,粉末颗粒可能发生团聚现象,对材料的晶粒结构,力学性能具有很大的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可泄压式***烧结纳米铝棒的装置及方法,该装置及方法可以制备微观结构为纳米级的高强度铝棒。
为实现本发明的目的提供技术方案如下:
一种可泄压式纳米铝棒***烧结的装置及方法,该装置包括上端堵头、包套、打击管、外套管、泄压片和基座;上端堵头、包套、打击管和基座相互紧密配合,形成柱状密闭容器,包套和打击管之间存在间隙,外套管和打击管之间的间隙用来盛装***,外套管顶部中心位置固定传爆药柱和***,其特征在于,该装置的基座上设有泄压结构,其中,基座的顶部中心设有用于压缩粉末中气体的凹槽,且基座顶部依次设有泄压片、垫片;此外,上端堵头的顶端设置为传爆过程中用于稳压的锥形结构。
进一步的,包套、打击管、上端堵头及基座为45#钢,外套管为PVC工程塑料。
本发明的烧结纳米铝棒的方法具体步骤如下:
(a)组装好包套,打击管和基座,与纳米铝粉及上端堵头一起放入充满保护气氛的密闭手套箱内;
(b)在包套内均匀加入纳米铝粉,压实,并盖上上端堵头;
(c)从手套箱内取出烧结装置;
(d)将烧结装置与外套管组装好,并在其中加入低爆速***;
(e)启动***触发药柱起爆低爆速***,打击管在***力作用下打击包套,压实纳米铝粉,获得纳米铝棒;
(f)切割打击管和包套,获得所需的纳米铝棒。
进一步的,步骤(b)中,铝粉填装密实度达到40%-60%。
进一步的,步骤(d)中所述的药层厚度L4为13.5mm。
本发明中采用的低爆速***为粉状铵梯***,且装药密度为0.9g/cm3。该粉状铵梯***的粒径在1~2μm之间。
本发明中的铝粉颗粒的尺寸在60~140nm之间,烧结后的铝棒的晶粒尺寸主要集中在60~500nm之间,有极少部分晶粒团聚成大颗粒。
本发明与现有技术相比,其显著优点:
(1)本发明的产物为晶粒尺寸达到纳米级的铝棒,粒径分布较窄。
(2)本发明采用***烧结技术,一次成型,工业简单,可以实现工业化生产。
(3)本发明使用的驱动***为铵梯***,价格便宜,来源广泛。
(4)本发明使用的堵头、包套和打击管结构简单,采用普通不锈钢材即可,价格
便宜同时加工方便。
附图说明
图1是本发明可泄压式纳米铝棒***烧结的装置的结构示意图;
图2是本发明中纳米铝粉的SEM图;
图3是本发明中纳米铝粉的粒径分布图;
图4是本发明中烧结棒产物的实物图;
图5是本发明中烧结棒产物的金相显微镜图像;
图6是发明中烧结棒产物的扫描电镜图。
其中,1、***;2、传爆药柱;3、低爆速***;4、上端堵头;5、打击管;6、包套;7、纳米铝粉;8、外套管;9、泄压片;10、垫片;11、凹槽;12、基座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明是通过以下装置来实现:
一种可泄压式纳米铝棒***烧结的装置,该装置包括上端堵头4、包套6、打击管5、外套管8、泄压片9和基座12;上端堵头4、包套6、打击管5和基座12相互紧密配合,形成柱状密闭容器,包套6和打击管5之间存在间隙,基座中心有用于压缩粉末中气体的凹槽11,外套管8和打击管5之间的间隙用来盛装***,外套管顶部中心位置固定传爆药柱2和***1。基座12上设有泄压结构,其中,基座12的顶部中心设有用于压缩粉末中气体的凹槽11,且基座12顶部依次设有泄压片9、垫片10;此外,上端堵头4的顶端设置为传爆过程中用于稳压的锥形结构
其中,上端堵头4由一个圆锥和两个圆柱体构成,分别为倾角×直径尺寸为:45°×45mm,直径×高尺寸为:41×10mm及直径×高尺寸为:26×10mm的圆柱体;包套6的外径×厚度×高尺寸为:30×2×160mm;打击管5的外径×厚度×高尺寸为:45×2×180mm;泄压片9的直径×厚度尺寸为:26×0.2mm;开孔垫片10的外径×内径×厚度尺寸为:26×2×1mm;基座12由两个圆柱体构成,直径×高尺寸为:26×10mm及直径×高尺寸为41×10mm;基座12中的凹槽11的直径×高尺寸为:10×13mm;外套管8的外径×厚度×高尺寸为:75×1.5×220mm。
上端堵头4顶部为锥形,以便使爆轰波沿着轴向稳定传播,包套6为盛装纳米铝粉7的容器,打击管5为包套6外的一层钢管,用来传递爆轰波的轴向传播,而打击管5与包套6的间隙则起到缓冲爆轰波,使其稳定传播的作用,外套管8与打击管5之间存放***,底部的基座12用来固定包套6和打击管5,同时隔绝空气,基座12中心开空心凹槽12,上端存在开孔垫片和薄铁片,***1和药柱2固定在装置顶端。采用低爆速***4驱动挤压打击管5,冲击包套6,形成稳定的轴向冲击波挤压摩擦纳米铝粉7,使其烧结成具有纳米结构的铝棒,基座12上的泄压片9在受到压实过程中粉末颗粒间的气体冲击时破裂,通过垫片10的中心孔传递到基座的凹槽12内,形成高压气体,可以有效防止中心孔的产生以及粉末的抛洒。
实施例
本发明采用纳米铝粉7的平均粒度为100nm,采用的低爆速***3为粉状铵梯***,其粒径为1.5μm,按照如下步骤进行制备纳米铝棒
(a)组装好包套6,打击管5和基座12,与纳米铝粉7及上端堵头4一起放入充满保护气氛的密闭手套箱内;
(b)在包套6内均匀加入100g纳米铝粉7,压实,铝粉填装密实度达到40%-60%,并盖上上端堵头4;
(c)从手套箱内取出***烧结装置;
(d)将***烧结装置与外套管8组装,并在外套管8管内加入低爆速***3,装药密度为0.9g/cm3;
(e)启动***1触发药柱2起爆低爆速***3,打击管5在***力作用下打击包套6,压实纳米铝粉7,获得纳米铝棒;
(f)切割打击管5和包套6,获得所需的纳米铝棒。
本实施例制得的纳米铝棒的实物如图4所示,纳米铝棒的维氏硬度为120Kgf/mm2,其硬度达到了传统工业制备铝棒硬度的4倍以上,如图5所示,可以看出制得的纳米铝棒的微观结构均匀,如图6所示,制得纳米铝棒的粒径均在200nm以内,致密度较高。
Claims (7)
1.一种可泄压式纳米铝棒***烧结的装置,该装置包括上端堵头(4)、包套(6)、打击管(5)、外套管(8)、泄压片(9)和基座(12);上端堵头(4)、包套(6)、打击管(5)和基座(12)相互紧密配合,形成柱状密闭容器,包套(6)和打击管(5)之间存在间隙,外套管(8)和打击管(5)之间的间隙用来盛装***,外套管顶部中心位置固定传爆药柱(2)和***(1),其特征在于,该装置的基座(12)上设有泄压结构,其中,基座(12)的顶部中心设有用于压缩粉末中气体的凹槽(11),且基座(12)顶部依次设有泄压片(9)、垫片(10);此外,上端堵头(4)的顶端设置为传爆过程中用于稳压的锥形结构;所述的上端堵头(4)由一个圆锥和两个圆柱体构成,分别为直径×高尺寸为:45×22.5mm的圆锥,直径×高尺寸为:41×10mm及直径×高尺寸为:26×10mm的圆柱体;包套(6)的外径×厚度×高尺寸为:30×2×160mm;打击管(5)的外径×厚度×高尺寸为:45×2×180mm;外套管(8)的外径×厚度×高尺寸为:75×1.5×220mm;泄压片(9)的直径×厚度尺寸为:26×0.2mm;开孔垫片(10)的外径×内径×厚度尺寸为:26×2×1mm;基座(12)由两个圆柱体构成,直径×高尺寸为:26×10mm及直径×高尺寸为41×10mm;基座(12)中的凹槽(11)的直径×高尺寸为:10×13mm。
2.根据权利要求1所述的可泄压式纳米铝棒***烧结的装置,其特征在于,所述的包套(6)、打击管(5)、上端堵头(4)及基座采用45#钢,所述的外套管(8)采用PVC工程塑料。
3.一种基于权利要求1-2任一项所述装置的纳米铝棒***烧结方法,其特征在于,所述的纳米铝粉烧结的方法的步骤具体如下:
(a)组装好包套(6),打击管(5)和基座(12),与纳米铝粉(7)及上端堵头(4)一起放入充满保护气氛的密闭手套箱内;
(b)在包套(6)内均匀加入纳米铝粉(7),压实,铝粉填装密实度达到40%-60%,并盖上上端堵头(4);
(c)从手套箱内取出***烧结装置;
(d)将***烧结装置与外套管(8)组装,并在外套管(8)管内加入低爆速***(3);
(e)启动***(1)触发药柱(2)起爆低爆速***(3),打击管(5)在***力作用下打击包套(6),压实纳米铝粉(7),获得纳米铝棒;
(f)切割打击管(5)和包套(6),获得所需的纳米铝棒。
4.根据权利要求3所述的纳米铝棒***烧结方法,其特征在于,步骤(d)中,所述的低爆速***(3)为粉状铵梯***,所述的粉状铵梯***的装药密度为0.9g/cm3。
5.根据权利要求4所述的纳米铝棒***烧结方法,其特征在于,所述的粉状铵梯***的粒径在1~2μm之间。
6.根据权利要求3所述的纳米铝棒***烧结方法,其特征在于,所述的纳米铝粉(7)的尺寸在60~140nm之间。
7.根据权利要求3所述的纳米铝棒***烧结方法,其特征在于,所述的手套箱内的保护气氛为氩气。
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