（全套CAD）电弧法制备金属纳米粉研究设计（终稿）

用这种方法可以制备多种纳米金属，而且可以通过加大被溅射的阴极表面来提高纳米微粒的获得量，缺点就是投资比较大。

雾化法雾化法分为普通雾化法和快速凝固雾化法，前者主要用于传统工业中生产些普通铁钢粉，而采用快速凝固工艺是由金属熔体直接雾化获得金属粉末来制备金属纳米粉末，尤其适用于不锈钢纳米粉末的制备。

该制备方法分为三个阶段首先将金属熔融成为液态，然后使液态金属在雾化室里雾化分散为微小的液滴，再将液滴迅速冷凝形成固体粉末。

化学法化学法是指在粉末的制备过程中要发生化学变化，般是通过氧化还原水解等方式获得纳米粉末。

使用该方法可制备出高纯纳米金属粉末，但粉末收集难度较大。

应用于制备纳米金属粉末的化学法很多，对常用的作简单的介绍。

溶胶凝胶法溶胶凝胶法是世纪年代发展起来的种制备玻璃陶瓷等无机材料的新工艺，近年来许多人用来制备纳米粉末。

其基本原理是将金属醇盐或无机盐在定条件下控制水解，不产生沉淀而形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥焙烧去除有机成分，最后得到金属纳米粉末。

该法的优点是化学均匀性好纯度高粉末细可容纳不溶性组分或不沉淀组分。

缺点是粉末之间的烧结性差干燥时收缩大。

激光诱导化学气相沉积制备金属纳米粉末是近几年来兴起来的种制备金属纳米粉方法。

以激光为加热热源，诱发气相反应来合成纳米粉末，主要用于合成些用常规办法难以获得的化合物纳米粉末，如，等，但也可以用来制备单质金属粉末，如银粉和铜粉等。

激光制备纳米粉的基本原理是利用反应气体分子或光敏剂分子对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子激光光解紫外光解或红外光子光解激光热解激光光敏化和激光诱导化学合成反应，在定工艺条件下激光功率密度反应池压力反应气体配比和流速反应温度等，获得纳米粉末，该制备方法具有清洁表面粒子大小可精确控制无粘结，粒度分布均匀等优点，并容易制备出粒径几纳米至几十微米的非晶态或晶态粉末，缺点是制备成本高，产率低。

水热法高温水解法水热法是指在高温高压下，在水水溶液或水蒸汽等流体中进行有关化学反应来达到制备纳米粉末的方法。

用该方法制备的超细粉末已经达到几个纳米的水平。

根据反应类型的不同可以分为水解氧化水热沉淀水热合成水热还原水热分解水热结晶。

该法工艺简单，易于控制且纯度高粒度细，近年来备受关注。

目前用此法制备纳米粉末的实际例子很多，有报道说，用碱式碳酸镍及氢氧化镍水热还原工艺，可以成功的制备出最小粒径的镍粉。

液相化学还原法液相化学还原法是制备金属纳米粉的常用方法，它主要通过液相氧化还原反应来制备金属纳米材料。

该法具有制粉成本低设备要求不高工艺参数容易控制等优点，易于实现工业化大生产。

第.节纳米粉体制备及应用国内外现状纳米粉体制备及应用的国内现状我国纳米材料研究始于年代末，“八五”期间，“纳米材料科学”列入国家攀登项目。

国家自然科学基金委员会中国科学院国家教委分别组织了项重大重点项目，组织相关的科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了多项课题，国家新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。

年以后，纳米材料的应用研究出现了可喜的苗头，地方政府和部分企业家的介入，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。

目前，我国有多个研究小组，有多人从事纳米材料的基础和应用研究，其中，承担国家重大基础研究项目的和纳米材料研究工作开展比较早的单位有中国科学院上海硅酸盐研究所南京大学中国科学院固体物理研究所金属研究所物理研究所中国科技大学中国科学院化学研究所清华大学，还有吉林大学东北大学西安交通大学天津大学。

青岛化工学院华东师范大学华东理工大学浙江大学中科院大连化学物理研究所长春应用化学研究所长春物理研究所感光化学研究所等也相继开展了纳米材料的基础研究和应用研究。

我国纳米材料基础研究在过去年取得了令人瞩目的重要研究成果。

另外陕西太和科技有限公司与美国高博资产控股集团正式签约，双方就纳米粉体项目展开技术资金和管理上的全面合作。

美国高博集团将首批注入万元人民币，用于两条纳米粉体生产线的建设。

该项目年月份建成投产，年产值可达亿元人民币，成为全球最大的纳米粉体工程生产基地。

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同时，在高真空条件下，金属的熔点降低，也有利于将其溶化蒸发。

真空炉的真空系统通常由获得真空的容器真空炉和真空获得设备真空机组控制真空和测量真空的组件设备组成。

真空获得设备真空机组及其选用真空泵随着真空技术的发展，真空泵技术发展十分迅速。

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