CN112969275A - 一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法 - Google Patents
一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112969275A CN112969275A CN202110148220.9A CN202110148220A CN112969275A CN 112969275 A CN112969275 A CN 112969275A CN 202110148220 A CN202110148220 A CN 202110148220A CN 112969275 A CN112969275 A CN 112969275A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- radiation
- enhancing
- metal wire
- discharge plasma
- substance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 80
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 79
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 64
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 44
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 20
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 16
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 14
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims description 13
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 12
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 8
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims description 8
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000003832 thermite Substances 0.000 claims description 5
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 4
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 229910000623 nickel–chromium alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005474 detonation Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 18
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 5
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 4
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IDOKWIROLYYEIB-UHFFFAOYSA-N [I].[Br].[Cl].[F] Chemical compound [I].[Br].[Cl].[F] IDOKWIROLYYEIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CECABOMBVQNBEC-UHFFFAOYSA-K aluminium iodide Chemical compound I[Al](I)I CECABOMBVQNBEC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- SOGXWMAAMKKQCB-UHFFFAOYSA-M chloroalumane Chemical compound Cl[AlH2] SOGXWMAAMKKQCB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- PUGUQINMNYINPK-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 4-(2-chloroacetyl)piperazine-1-carboxylate Chemical compound CC(C)(C)OC(=O)N1CCN(C(=O)CCl)CC1 PUGUQINMNYINPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/48—Generating plasma using an arc
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H2277/00—Applications of particle accelerators
- H05H2277/13—Nuclear physics, e.g. spallation sources, accelerator driven systems, search or generation of exotic elements
Abstract
本申请公开了一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法，包括以下步骤：对金属丝进行短路放电，产生放电等离子体；金属丝表面敷设的增强辐射物质提升所述放电等离子体的温度和辐射强度；增强后的放电等离子体驱动增强辐射物质外包敷的增强材料反应并产生冲击波。本发明解决了通过金属丝放电产生冲击波存在电储能密度较低的缺点，因此本发明的方法利于工业化应用，同时该方法避免了因增强材料反应阈值更高、更为钝感而导致金属丝放电驱动效果差、效率低，甚至更难以起爆等问题，采用本发明的方法产生冲击波时效率高、安全性高，因此能够满足矿产资源的开采、岩性巷道的掘进等更多的场合、领域的施工需求。
Description
技术领域
本申请属于冲击波产生技术领域，具体涉及一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法。
背景技术
矿产资源是经济社会发展的重要物质基础，目前无论是金属矿产、非金属矿产或是建筑石料，均因其硬度大，导致常规工具存在开采困难等问题，因此在实际开采中主要采用******的方式。虽然***等火工品在破岩作业中有较大的技术优势，但******破岩不仅对生产人员的生命安全构成严重威胁，而且还存在环保性差的缺点，导致了使用***进行破岩开采受到的管制越来越严格，进而使得矿产资源的开采受到了制约。各种岩性巷道掘进汇总，因岩石的硬度高，导致盾构机的工作进度缓慢，需要对工作面岩石进行工程预裂。火工品在岩石工程预裂中不仅安全性差，管制也非常严格，导致工作效率大幅降低。
专利“一种金属丝电***放电等离子体驱动含能混合物产生水中冲击波的方法”(公开号：CN108180003B)和专利“一种高压放电驱动含能电极释放能量产生冲击波的方法”(公开号：CN105674818B)提出了以对金属丝短路放电致使金属丝电***形成放电等离子体电弧，以放电等离子体辐射产生驱动以氧化反应释放能量的含能材料产生冲击波的方法。专利“一种用于产生冲击波的破岩棒及其制作方法”(公开号：CN111472772A)、“一种用于产生可控冲击波的复合型破岩棒及其制作方法”(公开号：CN111472774A)、“一种用于产生冲击波的液体破岩棒及其制作方法”(公开号：CN111472771A)、“一种用于产生可控冲击波的复合液体破岩棒及其制作方法”(公开号：CN111472773A)分别介绍了金属丝放电等离子体驱动各种含能材料产生冲击波的方法。这些专利中，均是以脉冲功率源储存的电能通过金属丝放电转为放电等离子体能量驱动增强材料以增强金属丝放电所产生的冲击波。
金属丝放电产生冲击波的技术区别于化学***产生冲击波的技术，金属丝放电更加环保、安全。但实际应用中，金属丝放电驱动容易释放能量的氧化反应，不仅需要脉冲功率源具有足够的储能量，也要求金属丝材质和结构尺寸达到设定的参数，从而保证冲击波的强度。当驱动反应阈值更高、更为钝感的反应时，不得不采用更大体积的脉冲功率驱动源，同时对金属丝的参数要求更高，因此存在金属丝加工难度大、以及脉冲功率驱动源体积大，而导致金属丝放电驱动效果差、效率低，甚至难以起爆等问题，从而使金属丝放电产生冲击波的使用受到限制。
发明内容
本申请实施例通过提供一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法，解决了现有技术中金属丝放电产生冲击波存在驱动效果差的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法，包括以下步骤：
对金属丝进行短路放电，产生放电等离子体；
所述金属丝表面敷设的增强辐射物质提升所述放电等离子体的温度和辐射强度；
增强后的所述放电等离子体驱动所述增强辐射物质外包敷的增强材料反应并产生冲击波。
进一步地，所述增强辐射物质包括石墨烯、稀土发热材料或稀土上转换材料。
进一步地，所述增强辐射物质为稀土上转换材料；
所述金属丝表面敷设的所述增强辐射物质对所述放电等离子体的辐射频谱进行调控，使所述放电等离子体的辐射频谱与所述增强材料的吸收频谱匹配，同时增强放电等离子体与所述增强材料吸收频谱接近的谱段的辐射能。
第二方面，本发明实施例还提供了一种将增强辐射物质涂敷在金属丝表面的方法，采用上述的增强辐射物质，包括以下步骤：
选取粉状增强辐射物质；
将所述增强辐射物质和粘接剂混合均匀，得到增强辐射涂剂；
将增强辐射涂剂均匀涂敷在金属丝的表面，并使所述增强辐射涂剂达到设定的厚度，从而完成所述金属丝表面的增强辐射物质的敷设。
所述增强辐射物质还包括聚乙烯。
第三方面，本发明实施例还提供了一种将增强辐射物质涂敷在金属丝表面的方法，采用上述的增强辐射物质，包括以下步骤：
选取薄膜状的增强辐射物质；
将所述增强辐射物质包裹在金属丝的表面，使所述增强辐射物质达到设定的厚度，从而完成所述金属丝表面的增强辐射物质的敷设。
第四方面，本发明实施例还提供了一种能够增强放电等离子体辐射的冲击棒，包括外壳、金属丝、增强辐射物质和增强材料，所述外壳为两端封闭的中空直管；所述金属丝沿所述外壳的轴线设置，且其两端伸出所述外壳并固定安装，所述增强辐射物质敷设在所述金属丝的表面，所述增强材料填装在外壳内。
进一步地，能够增强放电等离子体辐射的冲击棒，还包括同轴套装在所述外壳内的内管，所述内管为两端封闭的中空直管，所述金属丝穿过所述内管；所述增强材料填装在所述内管和所述外壳之间；
所述内管内装填粉状含能材料。
进一步地，所述金属丝的直径为0.3～3mm，所述金属丝的材质为钨、钽、镍铬合金或铝镁合金；
所述增强材料为猛***、烟火剂、铝热剂、含氯材料和铝粉、或者含溴材料和铝粉。
进一步地，所述增强材料为固体，所述增强材料包括质量分数为60％-80％的聚四氟乙烯和20％-40％的铝粉，所述铝粉的粒度为亚微米级到微米级。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供了一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法，通过增强辐射物质可以提升放电等离子体的温度和强度，从而在同等储能量的脉冲功率驱动源的条件下，金属丝放电易于驱动增强材料反应并产生冲击波，进而可减小冲击波预裂岩石的设备的体积和重量；采用本发明的方法还可在产生同等强度的冲击波条件下，减小脉冲功率源的储能量，进而减小了脉冲功率源的体积和重量，解决了通过金属丝放电产生冲击波存在电储能密度较低的缺点，因此本发明的方法利于工业化应用，同时该方法避免了因增强材料反应阈值更高、更为钝感而导致金属丝放电驱动效果差、效率低，甚至更难以起爆等问题，采用本发明的方法产生冲击波时效率高、安全性高，因此能够满足矿产资源的开采、岩性巷道的掘进等更多的场合、领域的施工需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法流程图。
图2为本发明实施例提供的能够增强放电等离子体辐射的冲击棒的结构示意图。
附图标记：1-金属丝；2-增强辐射物质；3-增强材料；4-外壳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法，包括以下步骤：
对金属丝1进行短路放电，产生放电等离子体。
金属丝1表面敷设的增强辐射物质2提升所述放电等离子体的温度和辐射强度。
增强后的放电等离子体驱动增强辐射物质2外包敷的增强材料3反应并产生冲击波。
本发明通过增强辐射物质2可以提升放电等离子体的温度和强度，从而在同等储能量的脉冲功率驱动源的条件下，金属丝1放电时易于驱动增强材料3反应并产生冲击波，进而可减小冲击波预裂岩石的设备的体积和重量；采用本发明的方法还可在产生同等强度的冲击波条件下，减小脉冲功率源的储能量，进而减小了脉冲功率源的体积和重量，解决了通过金属丝1放电产生冲击波存在电储能密度较低的缺点，因此本发明的方法利于工业化应用，同时该方法避免了因增强材料3反应阈值更高、更为钝感例如以非氧化反应释放能量的氟化反应而导致金属丝1放电驱动效果差、效率低，甚至更难以起爆等问题，采用本发明的方法产生冲击波时效率高、安全性高，因此能够满足矿产资源的开采、岩性巷道的掘进等更多的场合、领域的施工需求。
本发明的方法只有在高达80kA以上的强大电流且持续50μs以上时，才能使金属丝1产生放电等离子体并产生更强的冲击波，因此通过该方法的使用，过程安全性高，进而保证矿体能够被充分地开采，同时避免了火工品***时不易控制而引发的安全问题。本发明较现有技术能够减小驱动金属丝1产生放电等离子体时的电流和持续时间，因此降低了设备性能的要求，同时进一步提高了冲击波产生过程中的安全性。
本实施例中，所述增强辐射物质2包括石墨烯、稀土发热材料或稀土上转换材料。
增强材料如石墨烯、稀土发热材料或稀土上转换材料是易于被放电等离子体电离产生更多等离子体的材料，所以可以起到增强辐射的作用。通过金属丝产生放电等离子体，产生的放电等离子体驱动更难被电离的增强辐射物质2进一步产生放电等离子体，通过增加能够产生放电等离子体的材料的质量，因此更易于驱动增强材料反应并产生冲击波，避免了采用常规技术方案(例如增加金属丝体积)而存在驱动电流大甚至不能被驱动的问题，采用本发明的方法产生冲击波时效果好、效率高。
本实施例中，所述增强辐射物质2为稀土上转换材料。
金属丝1表面敷设的增强辐射物质2对所述放电等离子体的辐射频谱进行调控，使所述放电等离子体的辐射频谱与增强材料3的吸收频谱匹配，同时增强放电等离子体与所述增强材料3吸收频谱接近的谱段的辐射能。
放电等离子体驱动增强材料3产生冲击波的物理过程中，其紫外段辐射作用最大。实际施工中，调整金属丝1电***产生的放电等离子体的辐射频谱时，可采用稀土上转换材料，稀土上转换材料是一种近红外光激发下能够产出紫外/可见光的材料，即将红外低能光子转换为紫外/可见高能光子的发光材料，即能够产出本发明需要的紫外段辐射。
金属丝1放电产生的放电等离子体受脉冲功率驱动源和金属丝1材质、结构尺寸的限制，有最佳值，但是，这样的最佳值仍然不符合驱动要求时，就无法通过常规手段驱动增强材料3产生冲击波。利用稀土上转换材料，以放电等离子体驱动稀土上转换材料，将放电等离子体的可见光、红外段辐射频谱向紫外部分转移，从而可以提高驱动效率。进而实现稀土材料转换放电等离子体的辐射频谱的目的，使放电等离子体的辐射频谱与增强材料3的吸收频谱更接近，进而达到匹配状态，同时可增强放电等离子体与含能材料吸收频谱接近的谱段的辐射能，从而提高放电等离子体驱动效果。
本发明实施例还提供了一种将增强辐射物质涂敷在金属丝表面的方法，采用上述的增强辐射物质2，包括以下步骤：
选取粉状所述增强辐射物质2，即粉状的石墨烯、稀土发热材料或稀土上转换材料。
将粉状的石墨烯、稀土发热材料或稀土上转换材料与粘接剂混合均匀，得到增强辐射涂剂；粘接剂用于将增强辐射物质2牢固粘接于金属丝1的表面。粘接剂可采用分子结构简单的高分子材料。
将增强辐射涂剂均匀涂敷在金属丝1的表面，并使增强辐射涂剂的厚度达到0.3mm以上，从而完成金属丝1表面的增强辐射物质2的敷设。
本实施例中，所述增强辐射物质2还包括聚乙烯。聚乙烯是分子结构最简单的高分子聚合物，容易受放电等离子体辐射电离产生放电等离子体，进而易于增强放电等离子体整体的强度。
本发明实施例还提供了一种将增强辐射物质涂敷在金属丝表面的方法，采用上述的增强辐射物质2聚乙烯，包括以下步骤：
选取0.1mm厚的薄膜状的所述增强辐射物质2，即选取0.1mm厚的聚乙烯薄膜。
将聚乙烯薄膜包裹在金属丝1的表面，一般需要包裹三层，使聚乙烯薄膜的总厚度在0.3mm以上，从而完成金属丝1表面的增强辐射物质2的敷设。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种能够增强放电等离子体辐射的冲击棒，包括外壳4、金属丝1、增强辐射物质2和增强材料3，外壳4为两端封闭的中空直管；金属丝1沿外壳4的轴线设置，且其两端伸出外壳4并固定安装，增强辐射物质2敷设在金属丝1的表面，增强材料3填装在外壳4内。
外壳4的外径为12-20mm，长度为100-200mm，外壳4采用非金属材料制作。增强材料3为氧化反应放能材料或者非氧化反应放能材料。通过设置增强辐射物质2，使金属丝1放电时易于驱动增强材料3反应并产生冲击波，进而可减小冲击棒的体积和重量。
本发明的冲击棒的结构可采用专利“一种用于产生冲击波的破岩棒及其制作方法”公开号：CN111472772A或“一种用于产生冲击波的液体破岩棒及其制作方法”公开号：CN111472771A公开的破岩棒的结构。
本实施例中还包括同轴套装在外壳4内的内管，所述内管为两端封闭的中空直管，所述金属丝1穿过所述内管；所述增强材料3填装在内管和外壳4之间。
所述内管内装填粉状含能材料。
本实施例中的冲击棒的结构可采用专利“一种用于产生可控冲击波的复合型破岩棒及其制作方法”公开号：CN111472774A或“一种用于产生可控冲击波的复合液体破岩棒及其制作方法”公开号：CN111472773A公开的破岩棒的结构。
本实施例中所述金属丝1的直径为0.3～3mm，所述金属丝1的材质为钨、钽、镍铬合金或铝镁合金。
金属丝1的材质和尺寸随着脉冲功率驱动源的储能量变化而不同，0.3～3.0mm直径的金属丝1涵盖了2～100kJ的储能量的脉冲功率驱动源。通常来说脉冲功率源的储能量越大，金属丝1的直径越粗，但目前还没有一个定量的关系。
本实施例中增强材料3为猛***、烟火剂、铝热剂、含氯材料和铝粉、或者含溴材料和铝粉。
猛***、烟火剂、铝热剂为以氧化反应释放能量的增强材料3；含氯材料和铝粉、或者含溴材料和铝粉为以非氧化反应释放能量的增强材料3。本发明还可采用含氟、碘材料进行非氧化反应。非氧化反应包括氟铝反应、氯铝反应、溴铝反应和碘铝反应。
氟氯溴碘与铝的反应类似于氧与铝的氧化反应氧也可以与镁、钛、铁等金属反应放能，铝热剂就是铝取代其它金属的放能反应，都是放能反应，也称之为广义的氧化反应。不同的是，反应阈值高即反应条件苛刻，采用该类增强材料3的冲击棒更为安全。氟氯溴碘化合物和铝粉反应释放能更安全。
本实施例中增强材料3为固体，增强材料3包括质量分数为60％-80％的聚四氟乙烯和20％-40％的铝粉，所述铝粉的粒度为亚微米级到微米级。
本实施例的增强材料3的填装密度为2g/cm3。与现有的火工品相比，聚四氟乙烯和铝粉均为非***品，只有金属丝1中在高达80kA的强大电流且持续100μs以上时，其放电所产生的冲击波和放电等离子体辐射及其热量才能起爆并产生更强的冲击波，因此该冲击棒安全性高。
通过增强辐射物质2的使用，减小了对脉冲功率驱动源储能量、体积大小的限制，解决了通过金属丝1放电产生冲击波存在电储能密度较低的缺点，使冲击波技术能够应用到更多的场合、领域。
本发明通过增强金属丝1放电产生放电等离子体的温度和辐射强度，进而可以直接驱动任意质量的增强材料3，产生需要的可控冲击波，在保证安全的同时能够很好地对矿产资源进行开采、以及对岩性巷道进行掘进，进一步提高了施工效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对金属丝(1)进行短路放电，产生放电等离子体；
所述金属丝(1)表面敷设的增强辐射物质(2)提升所述放电等离子体的温度和辐射强度；
增强后的所述放电等离子体驱动所述增强辐射物质(2)外包敷的增强材料(3)反应并产生冲击波。
2.根据权利要求1所述的增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法，其特征在于，所述增强辐射物质(2)包括石墨烯、稀土发热材料或稀土上转换材料。
3.根据权利要求2所述的增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法，其特征在于，所述增强辐射物质(2)为稀土上转换材料；
所述金属丝(1)表面敷设的所述增强辐射物质(2)对所述放电等离子体的辐射频谱进行调控，使所述放电等离子体的辐射频谱与所述增强材料(3)的吸收频谱匹配，同时增强放电等离子体与所述增强材料(3)吸收频谱接近的谱段的辐射能。
4.根据权利要求1所述的增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法，其特征在于，所述增强辐射物质(2)包括聚乙烯。
5.一种将增强辐射物质涂敷在金属丝表面的方法，其特征在于，采用如权利要求2所述的方法中的增强辐射物质(2)，包括以下步骤：
选取粉状增强辐射物质(2)；
将所述增强辐射物质(2)和粘接剂混合均匀，得到增强辐射涂剂；
将增强辐射涂剂均匀涂敷在金属丝(1)的表面，并使所述增强辐射涂剂达到设定的厚度，从而完成所述金属丝(1)表面的增强辐射物质(2)的敷设。
6.一种将增强辐射物质涂敷在金属丝表面的方法，其特征在于，采用如权利要求4所述的方法中的增强辐射物质(2)，包括以下步骤：
选取薄膜状的增强辐射物质(2)；
将所述增强辐射物质(2)包裹在金属丝(1)的表面，使所述增强辐射物质(2)达到设定的厚度，从而完成所述金属丝(1)表面的增强辐射物质(2)的敷设。
7.一种能够增强放电等离子体辐射的冲击棒，其特征在于，包括外壳(4)、金属丝(1)、增强辐射物质(2)和增强材料(3)，所述外壳(4)为两端封闭的中空直管；所述金属丝(1)沿所述外壳(4)的轴线设置，且其两端伸出所述外壳(4)并固定安装，所述增强辐射物质(2)敷设在所述金属丝(1)的表面，所述增强材料(3)填装在所述外壳(4)内。
8.根据权利要求7所述的能够增强放电等离子体辐射的冲击棒，其特征在于，还包括同轴套装在所述外壳(4)内的内管，所述内管为两端封闭的中空直管，所述金属丝(1)穿过所述内管；所述增强材料(3)填装在所述内管和所述外壳(4)之间；
所述内管内装填粉状含能材料。
9.根据权利要求7所述的能够增强放电等离子体辐射的冲击棒，其特征在于：所述金属丝(1)的直径为0.3～3mm，所述金属丝(1)的材质为钨、钽、镍铬合金或铝镁合金；
所述增强材料(3)为猛***、烟火剂、铝热剂、含氯材料和铝粉、或者含溴材料和铝粉。
10.根据权利要求7所述的能够增强放电等离子体辐射的冲击棒，其特征在于：所述增强材料(3)为固体，所述增强材料(3)包括质量分数为60％-80％的聚四氟乙烯和20％-40％的铝粉，所述铝粉的粒度为亚微米级到微米级。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110148220.9A CN112969275A (zh) | 2021-02-03 | 2021-02-03 | 一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110148220.9A CN112969275A (zh) | 2021-02-03 | 2021-02-03 | 一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112969275A true CN112969275A (zh) | 2021-06-15 |
Family
ID=76274070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110148220.9A Pending CN112969275A (zh) | 2021-02-03 | 2021-02-03 | 一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112969275A (zh) |
Citations (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1018631A (en) * | 1962-11-09 | 1966-01-26 | British Oxygen Co Ltd | Process and electric-arc heated lance for the non-exothermic treatment of metal-containing material |
| US4980610A (en) * | 1987-08-13 | 1990-12-25 | The Secretary, Department Of Defence | Plasma generators |
| CN1087131A (zh) * | 1992-11-20 | 1994-05-25 | 哈尔滨工业大学 | 金属等离子体源离子注入方法及装置 |
| CN1377297A (zh) * | 1999-09-03 | 2002-10-30 | 美国金属间化合公司 | 粉末生产设备和方法 |
| US20080286490A1 (en) * | 2005-02-20 | 2008-11-20 | Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh | Production of a Platinum-Free Chelate Catalyst Material as an Intermediate Product, and Further Processing Thereof to Obtain an Electrocatalytic Coating as a Final Product |
| US20110151575A1 (en) * | 2005-07-27 | 2011-06-23 | L-3 Communications Cyterra Corporation | Energetic Material Detector |
| RU114107U1 (ru) * | 2011-08-01 | 2012-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский университет им. А.Н. Туполева - КАИ"(КНИТУ - КАИ) | Лазерный ракетный двигатель |
| US20120180684A1 (en) * | 2009-09-28 | 2012-07-19 | Katsuya Sasaki | Blasting cartridge, blasting apparatus, and blasting method |
| WO2013066269A1 (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-10 | Nanyang Technological University | Method of forming od, id, or 3d graphene and use thereof |
| US20140227548A1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-08-14 | James J. Myrick | Nanoparticles, Compositions, Manufacture and Applications |
| WO2015199671A1 (en) * | 2014-06-25 | 2015-12-30 | Heinrich Franz Klostermann | Pulsed plasma engine and method |
| CN105289515A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-02-03 | 安徽师范大学 | 一种磁性氧化石墨烯吸附剂材料的制备方法及应用 |
| CN106011875A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-10-12 | 温州大学 | 一种对钛合金进行表面改性的方法 |
| CN106761600A (zh) * | 2017-02-03 | 2017-05-31 | 中国石油天然气股份有限公司 | 井下作业工具 |
| RU2016109161A (ru) * | 2016-03-14 | 2017-09-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН) | Способ генерации плотной объемной импульсной плазмы |
| CN108180003A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-06-19 | 西安交通大学 | 金属丝电***驱动含能混合物产生水中冲击波的方法 |
| US10056218B1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-21 | Savannah River Nuclear Solutions, Llc | Graphene/graphite-based filament for thermal ionization |
| CN109164162A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-01-08 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种以氧化石墨烯为电离增强剂的铀同位素丰度测量方法 |
| CN208382991U (zh) * | 2018-03-28 | 2019-01-15 | 北京市政路桥股份有限公司 | 一种利用液电效应产生等离子体***岩石的机械装置 |
| CN109729635A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-07 | 北京工业大学 | 一种增强ecr等离子体源性能的方法 |
| CN109890120A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-06-14 | 西安交通大学 | 一种高低压等离子体发生器及密闭爆发器 |
| CN110116215A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-13 | 西安交通大学 | 使用金属丝电***法制备碳包覆铜纳米颗粒的方法及装置 |
| RU2708200C1 (ru) * | 2018-11-23 | 2019-12-05 | Олег Александрович Чухланцев | Плазменно-дуговой реактор с расходуемым катодом для получения порошков металлов, сплавов и их химических соединений |
| CN110933829A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-27 | 西安交通大学 | 基于微腔金属丝电***的多通道等离子体喷射装置及方法 |
| CN111472774A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-07-31 | 西安闪光能源科技有限公司 | 一种用于产生可控冲击波的复合型破岩棒及其制作方法 |
| CN111472772A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-07-31 | 西安闪光能源科技有限公司 | 一种用于产生冲击波的破岩棒及其制作方法 |
-
2021
- 2021-02-03 CN CN202110148220.9A patent/CN112969275A/zh active Pending
Patent Citations (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1018631A (en) * | 1962-11-09 | 1966-01-26 | British Oxygen Co Ltd | Process and electric-arc heated lance for the non-exothermic treatment of metal-containing material |
| US4980610A (en) * | 1987-08-13 | 1990-12-25 | The Secretary, Department Of Defence | Plasma generators |
| CN1087131A (zh) * | 1992-11-20 | 1994-05-25 | 哈尔滨工业大学 | 金属等离子体源离子注入方法及装置 |
| CN1377297A (zh) * | 1999-09-03 | 2002-10-30 | 美国金属间化合公司 | 粉末生产设备和方法 |
| US20080286490A1 (en) * | 2005-02-20 | 2008-11-20 | Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh | Production of a Platinum-Free Chelate Catalyst Material as an Intermediate Product, and Further Processing Thereof to Obtain an Electrocatalytic Coating as a Final Product |
| US20110151575A1 (en) * | 2005-07-27 | 2011-06-23 | L-3 Communications Cyterra Corporation | Energetic Material Detector |
| US20120180684A1 (en) * | 2009-09-28 | 2012-07-19 | Katsuya Sasaki | Blasting cartridge, blasting apparatus, and blasting method |
| RU114107U1 (ru) * | 2011-08-01 | 2012-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский университет им. А.Н. Туполева - КАИ"(КНИТУ - КАИ) | Лазерный ракетный двигатель |
| WO2013066269A1 (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-10 | Nanyang Technological University | Method of forming od, id, or 3d graphene and use thereof |
| US20140227548A1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-08-14 | James J. Myrick | Nanoparticles, Compositions, Manufacture and Applications |
| WO2015199671A1 (en) * | 2014-06-25 | 2015-12-30 | Heinrich Franz Klostermann | Pulsed plasma engine and method |
| CN105289515A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-02-03 | 安徽师范大学 | 一种磁性氧化石墨烯吸附剂材料的制备方法及应用 |
| RU2016109161A (ru) * | 2016-03-14 | 2017-09-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН) | Способ генерации плотной объемной импульсной плазмы |
| CN106011875A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-10-12 | 温州大学 | 一种对钛合金进行表面改性的方法 |
| CN106761600A (zh) * | 2017-02-03 | 2017-05-31 | 中国石油天然气股份有限公司 | 井下作业工具 |
| US10056218B1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-21 | Savannah River Nuclear Solutions, Llc | Graphene/graphite-based filament for thermal ionization |
| CN108180003A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-06-19 | 西安交通大学 | 金属丝电***驱动含能混合物产生水中冲击波的方法 |
| CN208382991U (zh) * | 2018-03-28 | 2019-01-15 | 北京市政路桥股份有限公司 | 一种利用液电效应产生等离子体***岩石的机械装置 |
| CN109164162A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-01-08 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种以氧化石墨烯为电离增强剂的铀同位素丰度测量方法 |
| RU2708200C1 (ru) * | 2018-11-23 | 2019-12-05 | Олег Александрович Чухланцев | Плазменно-дуговой реактор с расходуемым катодом для получения порошков металлов, сплавов и их химических соединений |
| CN109729635A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-07 | 北京工业大学 | 一种增强ecr等离子体源性能的方法 |
| CN109890120A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-06-14 | 西安交通大学 | 一种高低压等离子体发生器及密闭爆发器 |
| CN110116215A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-13 | 西安交通大学 | 使用金属丝电***法制备碳包覆铜纳米颗粒的方法及装置 |
| CN110933829A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-27 | 西安交通大学 | 基于微腔金属丝电***的多通道等离子体喷射装置及方法 |
| CN111472774A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-07-31 | 西安闪光能源科技有限公司 | 一种用于产生可控冲击波的复合型破岩棒及其制作方法 |
| CN111472772A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-07-31 | 西安闪光能源科技有限公司 | 一种用于产生冲击波的破岩棒及其制作方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 应安文: "基于电***丝喷涂的层叠式薄膜电容器制备设备参数优化研究", 优秀硕士论文全文库工程科技Ⅱ辑, 15 May 2020 (2020-05-15), pages 1 - 75 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Slutz et al. | Scaling magnetized liner inertial fusion on Z and future pulsed-power accelerators | |
| JP2952060B2 (ja) | プラズマ***法 | |
| CN108278106B (zh) | 一种用于产生可控冲击波的增透型聚能棒及其制备方法 | |
| JP3588468B2 (ja) | プラズマ***方法及び装置 | |
| CN112969275A (zh) | 一种增强放电等离子体辐射以驱动增强材料的方法 | |
| CN111472773B (zh) | 一种用于产生可控冲击波的复合液体破岩棒及其制作方法 | |
| CN111472772A (zh) | 一种用于产生冲击波的破岩棒及其制作方法 | |
| Liu et al. | Enhanced electron–positron pair production by ultra intense laser irradiating a compound target | |
| CN108278937A (zh) | 一次性致裂用膨胀管及其致裂方法 | |
| Hassani et al. | Microwave assisted drilling and its influence on rock breakage a review | |
| AU627984B2 (en) | Plasma blasting method | |
| Clark et al. | Augmented plane wave calculation of the electronic energy bands of NaCl | |
| EP3659992B1 (en) | Metallic mixture blasting capsule | |
| CN111472774B (zh) | 一种用于产生可控冲击波的复合型破岩棒及其制作方法 | |
| KR102396126B1 (ko) | 발파 장치 및 이를 포함하는 발파 방법 | |
| CN1051816A (zh) | 产生元素和能量的方法 | |
| US3119332A (en) | Explosive compositions having upgraded power factors | |
| NO136076B (zh) | ||
| CN108533172A (zh) | 一种钻井***及方法 | |
| Matsumoto et al. | Production of Crushed Sand Using Underwater Pulsed Dsicharge | |
| DEYAB et al. | The effect of microwave irradiation on the mechanical properties of kimberlite and limestone | |
| Han et al. | Formation of parameters of foamed explosive mixtures for sealing soils | |
| CN111426239A (zh) | 一种液态二氧化碳致裂岩石的工艺方法 | |
| US7422618B2 (en) | Expansive cell composition for electric rock destruction | |
| Meeker et al. | A high efficiency ICF driver employing magnetically confined plasma rings |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |