[發(fā)明專利]一種激波輔助超短脈沖放電的納米粒子的制備方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210222341.4
• 申請(qǐng)日: 2012-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102744477A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪煒;張偉;洪捐;趙爾近;張俊清;劉正塤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B23H7/38
• 分類號(hào): B23H7/38;B23H7/36;B82Y40/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀(jì)昌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米粒子的制備方法及裝置，屬于納米材料領(lǐng)域技術(shù)。

背景技術(shù)

由于納米粒子具有小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和催化效應(yīng)。因此,它在催化性能、光學(xué)性能、磁性能、增強(qiáng)增韌性能、儲(chǔ)氫性能和潤(rùn)滑性能等方面都具有特異功能，從而獲得了廣泛的應(yīng)用。主要應(yīng)用于:催化劑、納米電子器件、傳感器、磁性材料、光學(xué)和隱身材料以及增韌補(bǔ)強(qiáng)材料、生物醫(yī)學(xué)材料。在增強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料方面有納米顆粒增強(qiáng)材料、納米晶須、纖維增強(qiáng)材料、納米顆粒助燒結(jié)材料、納米焊接技術(shù)。在磁性材料方面有納米巨磁電阻材料、納米磁記錄材料、納米微晶軟磁材料、納米微晶稀土永磁材料、納米磁制冷工質(zhì)材料。在生物材料方面有納米復(fù)合牙齒替代材料、納米復(fù)合骨替代材料。在半導(dǎo)體方面有納米溫敏材料、納米壓敏材料、納米濕敏材料、納米氣敏材料、納米光敏材料。在光學(xué)隱身材料方面有納米光學(xué)隱身材料,其中又分為可見(jiàn)光隱身、微波隱身、紅外隱身和激光隱身等。納米粒子材料生長(zhǎng)和器件應(yīng)用研究一直是科學(xué)界的熱點(diǎn)之一。

納米粒子的制備作為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外的眾多專家學(xué)者均對(duì)其展開(kāi)了廣泛的研究。目前，納米粒子的制備方法有很多種，如機(jī)械粉碎法、溶膠凝膠法、化學(xué)氣相沉積法、水熱合成法、離子濺射法等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種新的納米粒子的制備方法及裝置—激波輔助超短脈沖放電的納米粒子制備方法及裝置。

激波輔助超短脈沖放電的納米粒子的制備方法是：

(1)工作液槽中加入工作液，浸過(guò)加工工件和工具電極；

(2)加工工件和工具電極分別連接于超短脈沖電源兩極，通過(guò)位移平臺(tái)實(shí)現(xiàn)加工工件的進(jìn)給，使加工工件和工具電極之間形成連續(xù)的脈沖性放電，利用放電通道中產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫去除材料，產(chǎn)生蝕除產(chǎn)物；

(3)在步驟(2)進(jìn)行的同時(shí)，利用激波發(fā)生器對(duì)放電通道施加激波，將放電通道中的蝕除產(chǎn)物分散，凝固后，再對(duì)工作液過(guò)濾，得納米粒子；工作液回收使用；

激波脈沖寬度的范圍是500ns～5μs，激波壓力的范圍是10MPa～100MPa。

選擇不同材質(zhì)的加工工件可以制得不同材質(zhì)的納米粒子，上述加工工件的材質(zhì)是能進(jìn)行放電加工的任何材料，如導(dǎo)電性能良好的金屬材料（如：銅、銀等），具有導(dǎo)電性能半導(dǎo)體物質(zhì)的(如：硅、鍺等)，絕緣材料（如寶石、陶瓷等），當(dāng)加工工件時(shí)絕緣材料，則在將加工工件置于工作液槽之前，還需要在加工工件上添加一個(gè)輔助電極。上述加工工件與輔助電極的固定方式可以是常規(guī)的物理或者化學(xué)方法，例如：涂覆、噴鍍或機(jī)械夾緊等。工具電極和加工工件為同一種材料時(shí)能得到不含任何雜質(zhì)的納米粒子。

上述的工作液優(yōu)選為絕緣液體，保證放電加工過(guò)程的順利進(jìn)行。

超短脈沖電源產(chǎn)生的放電脈沖的脈寬優(yōu)選為50ns～500ns。

在制備過(guò)程中，工作液在工作液槽外部進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，并對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾。這不僅可以改善加工間隙狀態(tài)，保證了加工的順利進(jìn)行，同時(shí)也可以收集制備出的納米粒子。

本發(fā)明還提供了一種激波輔助超短脈沖放電的制備納米粒子的裝置，其特征在于：在位移平臺(tái)上固定工作液槽，在工作液槽內(nèi)固定激波發(fā)生器，激波發(fā)生器連接至激波電源；工作液槽內(nèi)、離激波發(fā)生器正上方1cm～10cm處固定有一個(gè)工具電極；工具電極上方是加工工件，加工工件固定于位移平臺(tái)上的支架，工具電極和加工工件均連接至超短脈沖電源；還包括一個(gè)帶有過(guò)濾裝置的工作液循環(huán)系統(tǒng)，兩端與工作液槽相連，形成閉合環(huán)路。

位移平臺(tái)用于保證加工中工具電極和激波發(fā)生器的定位精度和進(jìn)給精度，使加工連續(xù)順利進(jìn)行。

作為對(duì)上述裝置的優(yōu)選，位移平臺(tái)的重復(fù)定位精度<0.2μm，進(jìn)給分辨率<0.2μm。

上述的激波發(fā)生器可以由上蓋板、下底板、固定在上蓋板和下底板之間的換能器組成。

上述的激波發(fā)生器，上蓋板可以是絕緣介質(zhì)，換能器可以是壓電陶瓷。

上述的加工工件的材質(zhì)為陶瓷等高電阻率材料時(shí)，加工工件上還需要有一層導(dǎo)電材料作為輔助電極。

裝置中的過(guò)濾裝置，可以采用公知的微濾膜、超濾膜等過(guò)濾裝置，用于對(duì)生成的納米粒子進(jìn)行收集。

綜上，本發(fā)明提供的使用激波輔助超短脈沖放電的制備納米粒子的方法及裝置具有如下有益效果：

(1)通過(guò)超短脈沖電源嚴(yán)格控制單脈沖放電能量，使單次放電能量盡可能減小，從而減少了單次放電蝕除材料尺寸，為蝕除材料的進(jìn)一步細(xì)化奠定了基礎(chǔ)。