專利名稱：自耗陰極直流電弧法制備導(dǎo)電金屬納米粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自耗陰極直流電弧法制備導(dǎo)電金屬納米粉末的方法，屬納米材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米粉末由于具有較高的表面積，且表面原子數(shù)與體積原子數(shù)之比隨著粒徑減小而急劇增大，從而體現(xiàn)出了顯著的尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)、表面效應(yīng)，甚至是量子尺寸效應(yīng)與宏觀隧道效應(yīng)。這些特性使得粒度較小的凝固微滴具有某些優(yōu)異的性能，因而具有重要的應(yīng)用前景。
過去傳統(tǒng)的制備納米粉末的方法往往需要昂貴的真空反應(yīng)室或真空收集室，因此大大限制了其應(yīng)用。
科研人員在如何能簡單有效地制備金屬納米粉末方面曾進行過多方面的研究，本發(fā)明也開發(fā)了一種新工藝，采用去離子水或液體石蠟為冷卻收集介質(zhì)，在冷卻介質(zhì)保護下制備金屬納米粉末。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自耗陰極直流電弧法制備導(dǎo)電金屬納米粉末的方法。
本發(fā)明一種自耗陰極直流電弧法制備導(dǎo)電金屬納米粉末的方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟a)將導(dǎo)電金屬母材制成電極的陰極和陽極，陰極制成圓錐形、陽極制成圓柱形；采用直流弧焊機為引弧裝置，所述的陰、陽極通過電極夾具與直流弧焊機相連接；電極配置有電極進給裝置；將電極浸沒于盛有去離子水或液體石蠟冷卻介質(zhì)的容器中，使發(fā)弧高溫電離蒸發(fā)過程在冷卻和保護介質(zhì)中進行；b)調(diào)節(jié)控制直流弧焊機的直流電流為20A，然后將陰、陽兩個電極對中，慢慢接觸后迅速離開，在離開瞬間，電極之間產(chǎn)生極高電壓，導(dǎo)致介質(zhì)電離，產(chǎn)生高溫，從而促使陰極瞬間熔化蒸發(fā)，隨后在冷卻介質(zhì)中迅速凝固成納米粉末；c)將粉末冷卻介質(zhì)混和的溶液靜置2～3小時，待其沉積后將其分離，并保存在防氧化介質(zhì)中。
所述的導(dǎo)電金屬母材為抗氧化能力較強的金屬時，采用去離子水為冷卻保護介質(zhì)；所述的導(dǎo)電金屬母材為抗氧化能力較弱的金屬時，采用液體石蠟為冷卻保護介質(zhì)。
本發(fā)明的特點是，制備過程在以去離子水或液體石蠟為冷卻介質(zhì)的保護條件下進行，防止了傳統(tǒng)真空冷凝法納米金屬粉末制備與收集過程存在的燃燒與爆炸的隱患。本發(fā)明方法的裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、安全，同時可降低成本。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實施例敘述于后。
實施例1采用Sn-57wt％合金為母材，將合金制成兩根直徑為10mm的電極，陰極為圓錐形，陽極為圓柱形；陰、陽極通過電極夾具與直流弧焊機相連接；電極配置有電極進給裝置；將電極浸沒于盛有去離子水冷卻介質(zhì)的容器中，使發(fā)弧高溫電離蒸發(fā)過程在去離子水冷卻和保護介質(zhì)中進行。調(diào)節(jié)控制直流弧焊機的直流電流為20A，然后將陰、陽兩電極對中，慢慢接觸后迅速離開，在離開瞬間，電極之間產(chǎn)生極高電壓，導(dǎo)致介質(zhì)電離，產(chǎn)生高溫，從而促使陰極瞬間熔化蒸發(fā)，隨后在冷卻水中迅速凝固成納米粉末。將粉末與冷卻介質(zhì)混合的溶液靜置2～3小時，待其沉積后將其分離，并保存在抗氧化的無水乙醇介質(zhì)中待用。
本實施例制備而得的Sn-57wt％合金納米粉末，經(jīng)掃描電子顯微鏡檢測，測得其粒徑最大為49.8nm，最小可達6.3nm，大部分為11.5nm，粉末顆粒形狀較為規(guī)則。
實施例2采用Sn0.4Co0.7Cu合金為母材，將合金制成兩根直徑為10mm的電極，陰極為圓錐形，陽極為圓柱形；陰、陽極通過電極夾具與直流弧焊機相連接；電極配置有電極進給裝置；將電極浸沒于盛有液體石蠟冷卻介質(zhì)的容器中，使發(fā)弧高溫電離蒸發(fā)過程在液體石蠟冷卻和保護介質(zhì)中進行。調(diào)節(jié)控制直流弧焊機的直流電流為20A，然后將陰、陽兩電極對中，慢慢接觸后迅速離開，在離開瞬間，電極之間產(chǎn)生極高電壓，導(dǎo)致介質(zhì)電離，產(chǎn)生高溫，從而促使陰極瞬間熔化蒸發(fā)，隨后在液體石蠟中冷迅速凝固成納米粉末。將粉末與液體石蠟冷卻介質(zhì)混合的溶液中靜置2～3小時，待其沉積后將其分離，并保存于抗氧化介質(zhì)中待用。
本實施例中采用的液體石蠟冷卻介質(zhì)，它不僅起到防止氧化作用以及防止制備過程中的燃燒和爆炸作用，它還能促使納米金屬粉末充分彌散的作用。
本實施例制備而得的Sn0.4Co0.7Cu合金納米粉末，經(jīng)掃描電子顯微鏡檢測，測得其粒徑在80～100nm。顆粒形狀較為規(guī)則。
權(quán)利要求
1.一種自耗電極直流電弧法制備導(dǎo)電金屬納米粉末的方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟a)將導(dǎo)電金屬母材制成電極的陰極和陽極，陰極制成圓錐形或圓柱形、陽極制成圓柱形；采用直流弧焊機為引弧裝置，陰極、陽極通過電極夾具與直流弧焊機相連接；電極配置有電極進給裝置；將電極浸沒于盛有去離子水或液體石蠟或液氮等作為冷卻介質(zhì)的容器中，使高溫電弧電離蒸發(fā)過程在冷卻和防止氧化的保護介質(zhì)中進行；b)調(diào)節(jié)控制直流弧焊機的直流電流為20A，然后將陰、陽兩個電極對中，慢慢接觸后迅速離開，在離開瞬間，電極之間產(chǎn)生極高電壓，導(dǎo)致介質(zhì)電離，產(chǎn)生高溫與高壓，從而促使陰、陽極瞬間熔化蒸發(fā)，隨后在冷卻介質(zhì)中迅速凝固成納米粉末；c)如果納米粉末與去離子水混合，靜置4～5個小時，待其沉積后將其分離，并保存在防氧化介質(zhì)中。d)如果納米粉末與液體石蠟等非導(dǎo)電有機溶劑的冷卻介質(zhì)溶液混合，則需要靜置4～5天待其沉積后將其分離，并保存在防氧化介質(zhì)中。e)如果納米粉末與液氮易揮發(fā)的冷卻介質(zhì)溶液混合，則可迅速收集納米粉末。
2.如權(quán)利要求1所述的一種自耗電極直流電弧法制備導(dǎo)電金屬納米粉末的方法，其特征在于所述的導(dǎo)電金屬母材為抗氧化能力較強的金屬時，采用去離子水為冷卻保護介質(zhì)；所述的導(dǎo)電金屬母材為抗氧化能力較弱的金屬時，采用液體石蠟等非導(dǎo)電有機溶劑或液氮等易揮發(fā)溶液作為冷卻保護介質(zhì)。
3.如權(quán)利要求2所述的采用液體石蠟等非導(dǎo)電有機溶劑或液氮等易揮發(fā)溶液作為冷卻保護介質(zhì)，其特征在于當(dāng)采用液體石蠟等非導(dǎo)電有機溶劑作為冷卻保護介質(zhì)時，設(shè)備較為簡單，適用于實驗室研究需要；當(dāng)采用液氮等易揮發(fā)冷卻保護介質(zhì)時，設(shè)備相對復(fù)雜，但收集時間較短，效率較高，適用于工藝化批量生產(chǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自耗陰極直流電弧法制備導(dǎo)電金屬納米粉末的方法，屬納米材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的工藝方法采用便攜式直流弧焊機為引弧裝置，以所要制備的母材為電極的陰極和陽極，同時以去離子水或液體石蠟或液氮等非導(dǎo)電介質(zhì)為冷卻保護介質(zhì)；在直流電流為20A條件下陰、陽兩電極之間產(chǎn)生高電壓，導(dǎo)致介質(zhì)電離，產(chǎn)生高溫、高壓，從而促使陰、陽極瞬間熔化蒸發(fā)，隨后在冷卻介質(zhì)中迅速凝固成納米粉末。本發(fā)明方法的特點是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便安裝，防止了傳統(tǒng)真空冷凝納米金屬粉末制備與收集過程中存在的燃燒與爆炸的隱患；同時可降低成本，大大提高制備速率與防止了納米粉末的污染。
文檔編號B22F9/02GK1868638SQ20061002621
公開日2006年11月29日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者翟啟杰, 高玉來, 官萬兵, 龔永勇, 李仁興, 侯旭, 劉劍影 申請人:上海大學(xué)