（优秀毕业设计）电弧法制备金属纳米粉研究毕业设计CAD图纸全套资料

真空泵的类型不断增加，技术性能指标得到提高，如体积相对减小噪声降低，极限真空度提高，抽速范围变宽等。

目前采用的真空泵可获得从范围的真空度。

各种真空泵有不同的压力范围，常用几种泵的压力范围见图所示。

几种常用泵的最大抽速范围见图示。

图泵的压力范围图几种泵的抽速范围以最大抽速表示真空机组的选取真空设备专业厂为真空电炉等设备提供真空成套装置，它除了提供全套真空获得设备外，有的还附带测量和控制真空仪表等．可直接联于炉体上。

国内的真空机组种类很多，均系系列，现将北京仪器厂和兰州真空设备厂生产的机组简图和技术指标简介如下。

图和表是北京仪器厂真空机组和主要技术性能。

系列真空机组图系列真空机组二表真空机组技术性能由于国内生产真空机组的厂家比较多，并且技术成熟，所以本设计装置选用表中的机组。

在使用时，先抽空系统真空至极限压力，然后充入惰性气体，再抽至极限压力，如此循环两次以上，系统中含氧的真空度可小于。

真空容器的设计真空容器是该制粉设备的核心，是原料受加热蒸发产生纳米粉体的地方，对生成室的设计包括材料的选择壁厚计算生成室结构确定以及其上观察窗的设计。

生成室材料选择由于生成室内产生纳米粉体，而且纳米粉体的比表面积大，表面活性高，极易与其它气体发生反应，因此除充入惰性气体外，必须保证室内的真空度才能确保所制纳米粉体的纯度，这首先对生成室的材料提出了如下要求有足够的机械强度和刚度来保证壳体的承压能力。

气密性好。

要保持个完好的真空环境，器壁材料不应存在多孔结构裂纹或形成渗漏的其它缺陷。

有较低的渗透速率和出气速率。

在工作温度和烘烤温度下的饱和蒸气压要足够低对超高真空系统来说尤其重要。

化学稳定性好。

不易氧化和腐蚀，不与真空系统中的工作介质及工艺过程中的放气发生化学反应。

热稳定性好。

在系统的工作温度高温与低温范围内，保持良好的真空性能和机械性能。

在工作真空度及工作温度下，真空容器内部器件应保持良好的工作性能，满足作业工艺的要求。

有较好机械加工性能及焊接性能。

真空系统材料的选择标准可以从相关书籍中获得，当然除了生成室壳体外，真空系统的材料选择还包括观察窗玻璃绝缘套及弹性密封垫片等。

表中包括了些真空材料的使用真空度，可供选择。

钢材是真空系统的常用材料，又分为低碳钢及不锈钢。

常用的低碳钢有号钢。

这些材料都有良好的机械性能，焊接性能，但是表面常常形成腐蚀层，吸气较多。

只能做中低真空室的壳体。

管道及法兰，对于本真空设备，显然不合适。

而与之对应的不锈钢则优点更突出。

不锈钢是种奥氏体合金结构，具有优良的可悍性表常用材料的真空度钎焊性，化学性能稳定，无磁抗晶间腐蚀，优良的低温性能及出气量小的特点，直都是真空系统的首选材料。

特别是用来制作超高真空系统的壳体管道法兰及螺钉螺母等。

用其做的真空室，真空度可达的极高真空，工作温度可达，同时可以用各种电焊方法进行焊接，其中以氩弧焊效果最好，切削性好，冷加工也有较高塑性，我们设计的壳体有观察窗，下有收集器，侧有真空泵接口，即许多处焊接，故首选材料为不锈钢。

真空室真空炉壳的设计要点如下.大部分真空炉炉壳．采用圆筒状双层水冷结构。

这种炉壳结构，强度高，易加工，焊缝少，节省材料。

特电弧，法制，金属，纳米，研究，钻研，设计，毕业设计，全套，图纸摘要纳米科技是二十世纪八十年代发展起来的门新兴交叉前沿学科。

在二十世纪纳米科技是三大重要技术之，属于前沿性课题之。

其中纳米粉体的制备是纳米科技的重要研究内容之。

蒸发冷凝法制备纳米粉体是种较早的物理方法，本文用电弧法制备，也是属于蒸发冷凝法的种。

本文首先介绍了纳米科技的基本知识及其发展状况和应用前景。

然后设计了套电弧加热法制备纳米粉体的实验装置。

该装置的工作原理是在定压力的惰性气氛或反应气氛中，将金属等材料作为电弧的电极，使其在高温电弧等离子的作用下被溶化蒸发。

蒸汽遇到周围的气体就会被冷却或发生反应形成超微粉。

该系统共有加热系统真空系统生成室收集室等几部分组成。

首先针对纳米颗粒的生产条件设计了生成室和真空系统。

然后用电弧加热制备生成纳米蒸汽。

冷阱采用了不断输入液氮实现了急速冷却，使蒸汽快速成核以保证纳米尺度。

最后通过采用手套箱结构的收集装置实现真空室中粉体的包装从而避免了氧化。

整个系统易于加工实现，能够满足制备纳米微粒的实验需求。

关键词纳米粉体电弧加热制备冷阱第章绪论第.节引言“振兴东北老工业基地高技术产业化项目金属纳米粉制取设备技术与产业化”，是国务院为建设全面小康社会的重大举措，本项目的研究具有重要的应用前景。

科学技术已发展进入知识爆炸时代，材料科学仍是科技三大支柱之。

在材料科学领域中纳米技术正愈来愈受到广泛关注，它将能引发下场新的技术革命和产业革命，成为本世纪科学技术发展的前沿。

将材料尺寸减少到纳米数量级时，材料颗粒表面特征突出，且颗粒中原子排列及电子云分布发生变化，导致些特别性能出现，这就是纳米材料。

纳米材料具有常规材料不具有的特殊性质，这些特殊的性质使纳米材料在许多领域有着广泛的应用。

纳米材料主要从表面效应体积效应量子尺寸效应进行分析。

纳米材料的表面效应主要是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化，粒径在以下，将迅速增加表面原子的比例当粒径降到时，表面原子数比例达到约以上，原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。

由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。

体积效应是指由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，相应的质量极小，随着纳米粒子的直径减小，能级间隔增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金属导体将变为绝缘体。

当纳米粒子的尺寸下降到值时，金属粒子费米能级附近电子能级由准连续变为离散能级的现象，以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，这些能隙变宽的现象均称为纳米材料的量子尺寸效应。

表面效应体积效应量子尺寸效应使得纳米材料表现出很多异常的特性，如高的光学非线性，特异的催化和光催化性质，金属熔点降低，增强微波吸收，强度韧性和超塑性大为提高。

纳米材料从根本上改变了材料的结构，可望得到诸如高强度金属和合金塑性陶瓷金属化合物以及性能特异的原子规模复合材料等新代材料，为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题开拓了新的途径。

纳米科学技术是用单个原子分子制造物质的科学技术。

纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学混沌物理量子力学介观物理分子生物学和现代技术计算机技术微电子和扫描隧道显微镜技术核分析技术结合的产物，纳米科学技术又将引发系列新的科学技术，例如纳电子学纳米材料科学纳机械学等。

纳米科学技术被认为是世纪之交出现的项高科技。

在充满生机的世纪，信息生物技术能源环境先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化智能化高集成高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小航空航天新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。

新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术新产品的创新是未来年对社会发展经济振兴国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之。

纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃最接近应用的重要组成部分。

近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。

例如，存储密度达到每平方厘米的磁性纳米棒阵列的量子磁盘成本低廉发光频段可调的高效纳米阵列激光器价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。

正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来场革命”。

纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局设计新产品形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。

研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。

由于纳米结构单元的尺度与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长超导相干长度隧穿势垒厚度铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理化学特性既不同于微观的原子分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。

在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。

世纪之交高韧性纳米陶瓷超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题。

纳米结构设计，异质异相和不同性质的纳米基元零维纳米微粒维纳米管纳米棒和纳米丝的组合，纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。

利用新物理特性新原理新方法设计纳米结构器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。

金属纳米粉作为纳米材料中的员，有着其独特的材料特性，常用来制备金属纳米粉的材料有钴铜铁镍锌，另外还有它们的合金以及氧化物等等。

钴粉具有记录密度高矫顽力高可达.信噪比高和抗氧化性好等优点，可大幅度改善磁带和大容量软硬磁盘的性能。

用铁钴镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震医疗器械声音调节光显示等。

金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用，铁钴氧化锌粉末及碳包金属粉末可作为军事用高性能毫米波隐形材料可见光红外线隐形材料和结构式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料。

纳米铝铜镍粉体有高活化表面，在无氧条件下可以在低于粉体熔点的温度实施涂层，铜及其合金纳米粉体用作催化剂，效率高选择性强，可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反应过程中的催化剂，同样的铁，锌等金属有着自己的特性，这些特性为材料科学的发展打开了另外扇窗。

第.节金属纳米粉的制备方法概述金属纳米粉末的制备涉及到物理化学材料等学科的交叉，所以制备方法的分类目前有不同的观点。

般分为机械法物理法和化学法等。

机械法机械法就是指用机械力将大块固体破碎成所需粒径的加工方法。

机械法制备纳米粉通常用研磨冲击气流液流超声作为加工手段。

按机械力的不同可分为机械冲击式粉碎法气流粉碎法球磨法和超声波粉碎法等。

但目前用于制备金属纳米粉末的主要采用球磨法和超声波粉碎法。

球磨法是制备金属纳米粉末最常用的方法，其制备机理是在中低应变速率下，塑性变形由滑移及孪生产生。

而在高应变速率下，产生剪切带，由高密度错网构成。

超声波粉碎法用于制备脆性金属材料比较有效，它是将几十微米的细粉装入盛有有机溶液的不锈钢容器里，通入几十个大气压的惰性气体，以定功率和频率的超声波进行粉碎得到。

物理法物理法是指在粉末的制备过程中不发生化学变化，通过高压高热的方式使块状材料蒸发形成细微颗粒的气态粒子，冷凝在收集器上而得到纳米粉末。

使用该法可以制备高纯纳米金属粉末。

低压气体中蒸发法低压气体中蒸发法是在低压的惰性气体如氩气氮气中加热金属，使其蒸发后形成纳米粉末，加热源般有以下几种，电阻加热等离子喷射加热高频感应加热电子束加热激光和辉光等。

电阻加热蒸发法是比较传统的方法，适用于熔点不太高的金属，目前有人采用石墨电阻加热器，在的氩气中蒸发了等金属，可以得到左右的金属粉末。

等离子喷射加热法根据不同工艺方法可以又分为熔融蒸发法粉末蒸发法和活性等离子弧蒸发法。

运用粉末蒸发法可以制备几乎所有的金属纳米粉末。

现在有人用活性等离子弧蒸发法制备了粒径在范围内变化的高纯纳米粉末。

清华大学的王加龙等人用直流等离子法，采用的粉作为原料制备了粒径小于的粉末。

激光加热法是由日本人提