（CAD图纸全套）电弧法制备金属纳米粉研究设计（含说明书）

日本政府资助纳米科技主要通过“通产省”“科技厅”“文部省”个机构。

其中“科技厅”和“文部省”主要资助各大学与国立研究所的纳米科技发展计划。

日本政府很早成立“科学促进会”，年预算中就有.亿美元用于纳米科技研究。

最近日本又加快了发展纳米科技的步伐，年日本政府用于纳米科技的研究经费达到了.亿美元，建立了“纳米材料中心”，该中心集中了数百位专家进行纳米材料的开发应用研究，并与企业和大学合作推广应用。

美国科学技术委员会曾对美日欧三方的纳米技术进行比较，得出美国在合成技术化学技术生物技术和信息技术等方面有优势日本在电子元器件设备装置开发微纳米复合材料及其强化材料的制备及微加工技术等方面有优势欧洲在纳米材料弥散材料设计与生物工程结合的程序编制及尖端设备的制造等方面有优势。

对日本美国欧洲在金银青铜三种纳米材料上比较也得出相似结论。

日本在纳米半导体和纳米复合材料及纳米强化材料上有极大的优势，在微粒弥散稳定性及涂层等方面低于欧美。

总体来说，日本在基础研究上占有优势。

第.节本文研究的主要内容根据国内外的研究现状，纳米材料的研制多以非金属和金属氧化物纳米粉为主，而对于纯金属纳米粉国内外形成产业化的企业屈指可数。

并且都停留在实验阶段，产量大点的也只有班产公斤。

国内电弧法制备金属纳米粉现产业化生产具有定规模，四平市高斯达纳米材料设备有限公司镍纳米粉为例，班产量已达到近公斤，而新代产品班产量有望将达到公斤。

从技术发展趋势分析，金属纳米粉制取设备将向着节能高产量粉体粒度尺寸可控粒度分布范围更窄及粒度范围可分选的方向发展，拥有这样的技术和设备，就将在金属纳米材料领域占据主导地位。

本文的主要就是研制套蒸发冷凝法电弧加热制备纳米粉体的试验装置。

电弧法制备金属纳米设备中，金属母材在反应过程中对单位电量的吸收率小，通过研究改进反应室内的电极母材放置装置以及室内结构，提高吸收率，从而提高金属纳米粉的单班生产率，同时进步完善电弧法纯金属纳米粉生产设备的冷却装置。

第二章电弧法制备金属纳米粉研究金属纳米粉的制备涉及到物理化学材料等学科的交叉。

制备方法也是多种多样，最熟悉的应该是机械球磨法，工艺简单，设备投资比较小，且能大量生产，可以制备些常规方法难已获得的高熔点金属，但分级太难，而且制备的纳米粉末的表面和界面容易污染。

通过氧化还原反应水解等方式可以获得高纯度的纳米金属粉末，但是这种方法也面临着收集较难的问题。

电弧法制备金属纳米粉是在密闭的惰性气体中加热金属，使其蒸发后形成纳米粉末。

由于电弧理论比较成熟，改变电流，电极直径，惰性气体气氛，几乎可以制备所有的金属纳米粉。

且该方法产生的粉末颗粒直径分布窄，无污染，便于收集。

第.节电弧电弧法制备金属纳米粉的原理是在低压的惰性气体中加热金属，使其气化，然后结晶形成纳米颗粒。

加热源就是电弧，电弧温度高最高达到，产生容易工业用电直接降压，整流，且易于控制。

电弧物理两个电极相对放置，串连个电阻，再接个适当的直流电源，两个电极接触下，然后再拉开，在两个电极之间就产生了电弧。

通常把接电源正极的端叫阳极，接于负极的叫阴极。

阴极和阳极之间的部分般称为弧柱或电弧等离子体。

电弧是通过两电极之间的气体所产生的强力的自持放电现象，具有电压低，电流大，温度高，发光强等特性。

要使两电极之间的气体导电必须具备两个条件两电极之间有带电粒子两电极之间有电场。

气体放电分非自持放电和自持放电两种。

非自持放电气体导电所需要的带电粒子不能通过导电过程本身产生，而需要外加措施来产生带电粒子如加热，施加定能量的光子。

自持放电当电流大于定值时，旦放电开始，气体导电过程本身就可以产生维持导电所需要的带电粒子。

辉光放电和电弧放电都是自持放电。

在普通状态下，大气中也存在些阴离子阳离子和电子等。

所以把对电极正对着放在大气中，当加上直流电压时，离子和电子会很快流向两电极形成回路电流，值将随外加电压作递增非线性。

当电压增大到定值时，电流很快达到饱和状态，只要再没有其它离子和电子的发生源，则无论怎样增大电压，电流却不再增大，但是实际上，电流还要增大，这是因为加于电极空间的高电场，使离子和电子受到加速，这些高速粒子撞击中性气体粒子将使之电离而产生出对新的电子和阳离子的缘故。

当再进步提高电压上述新产生的电子和阳离子又会通过碰撞产生别的电子和离子。

因此回路中的电流会迅速增大，最终会发生突然增大，这就是电弧放电辉光放电。

对金属导体导电电流与电压之间满足线性关系，这是因为金属中有大量可以自由移动的带电粒子电子，增大电压，电子增多，电流就增大。

对气体导电，气体中不含带电粒子正离子负离子电子，电弧中带电粒子，主要是由两电极空间的气体电离，电极的电子发射来产生。

由于气体有最低电离电压电极有最小逸出功，所以电流与电压之间为非线性关系。

弧柱中的气体电离电离是在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程。

中性气体粒子失去第个电子所需的最小外加能量称为第电离能，失去第二个电子所需的能量称为第二电离能，依此类推。

电离能通常以电子伏为单位。

电子伏是指个电子通过电位差为伏的两点间所需做的功，其数值为。

为了便于计算，常把以电子伏为单位的能量转换为数值上相等的电离电压来表示。

气体电离电压的高低说明了该种气体产生带电粒子的难易。

例如的电离电位是.，是.，是.。

电弧中的气体粒子电离现象主要是次电离，当电弧空间同时存在电离电压不同的几种气体时，在外加能量的作用下，电离电压低的气体粒子将先电离如果这种气体供应充足，则电弧空间的带电粒子将主要由该种气体产生。

电离主要有三种形式，热电离场电离和光电离。

气体导电中，热电离是主要的在弧柱区和两极区，这是因为在弧柱区的电场强度约为阴极区和阳极区为，场电离是次要的，主要发生在阴极区和阳极区，光电离再次之。

热电离热电离是气体粒子受热的作用，发生非弹性碰撞而产生电离的过程。

单位体积内电离的粒子数与气体电离前粒子总数的比值称为电离度，用表示，具体计算我们可以从下面的公式中导出。

式中为电离度气压温度电子电量气体电离电压玻尔兹曼常数。

电弧中带电粒子数的多少对电弧的稳定起着重要作用。

当气体为混合气体时，电离电压应采用混合气体电离电压，理论和实际都证明，混合气体电离电压主要取决于电离电压低的气体，即使该种气体只占较小的比例。

电弧弧柱温度般在范围，因此，热电离是弧柱部分产生带电粒子最主要的途径。

电弧中的多原子气体由于热的作用将分解成原子，这种现象称为热解离。

热解离是吸热反应。

因此热解离影响着带电粒子的产生，还影响着电弧的电和热性能。

电场作用下的电离两电极间电场作用下，气体中的带电粒子被加速，电能将转换为带电粒子的动能。

当带电粒子的动能增加到定数值时，则可能与中性粒子发生非弹性碰撞而使之产生电离。

电场作用下的电离主要是电子与中性粒子的碰撞产生。

这是由于电子自由行程比离子大倍左右，因此获能多，速度大。

电子与中性粒子碰撞，几乎可以把其全部能量传递给中性粒子。

电场作用下的电离只有在阴极压降区和阳极压降区才显著，弧柱部分由于电场强度小，电子在平均的自由行程下所获得的动能小，因此在弧柱区热电离是主要形式。

光电离中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程称为光电离。

电弧的光辐射只能对等金属蒸气直接引起光电离，而对电弧气氛中的其它气体则不能直接引起光电离.因此，光电离只是电弧中产生带电粒子的种次要途径。

电极的电子发射电弧气氛中的带电粒子方面由电离产生，另方面则由电极电子发射获得，两者都是电弧产生和维持不可缺少的必要条件。

在放电电弧中，电极只能发射电子，不能发射离子，从阴极和阳极都可发射电子，但只有阴极发射的电子才参与导电过程。

因为阴极发射的电子在电场的加速下碰撞电弧导电空间的中性气体粒子而使之电离，这样就使阴极电子发射充当了维持电弧导电的“原电子之源”。

因此，阴极电子发射在电弧导电过程中起着特别重要的作用。

阴极中的自由电子受到定的外加能量作用时，从阴极表面逸出的过程称为电子发射。

个电子从金属表面逸出所需要的最低外加能量称为逸出功，单位是电子伏。

因电子电量为常数，故通常用逸出电压来表