高壓電源在電爆法制備超細金屬粉末領域的應用

前言

超細粉體材料及應用技術不斷地滲透到各個科學領域。由于超細金屬粉末具有極大的體積效應和表面效應在磁性、熱阻、光吸收、化學活性等防顯示出許多特殊性質。電爆法是一種較為理想的超細粉制備方法。本文主要介紹電爆法制備超細粉的主回路結構及高壓電源針對此種應用需要做的防護等。

更新歷史

2019年11月17日 - 初稿

作者：海伏科技——小濤（轉載注明出處）
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制備超細金屬粉末的常用方法

目前常用的制備超細粉的方法主要有機械法、物理法、和化學法。

機械法

機械法是利用研磨、氣流、液流或超聲波等將塊狀固體破碎成細粉的方法。傳統的粉碎設備如球磨機、振動磨等粉末重復接觸擠壓可能會重新粘連不太適合用于制備超細粉末。氣流研磨類似機加工中常用的噴砂技術，利用高速氣流中粉料顆粒相互碰撞達到粉碎的目的。

物理法

物理法中以物理氣象沉積（PVD）法最為成熟。利用各種熱源使原始材料在低壓惰性氣體中蒸發，然后冷凝在收集器上而支制取細粉末。本文介紹的電爆法也屬于物理方法。

化學法

化學法是通過在氣相、液相狀態下的化學反應生成超微細顆粒的方法。例如我們高中化學課中經常見到的兩種澄清液體相互反應生成沉淀，這里的沉淀就是一種超微細顆粒。

電爆法整體結構

電爆法的核心反應器為電爆室，電爆室內充有低壓保護惰性氣體，如氦氣。電爆室的中央有金屬細絲，在短時間內（一般為幾十至幾百微秒）通過大電流，使金屬熔斷，熔斷后電流不會立刻停止，氛圍氣體以及金屬蒸汽在電場的作用下被電離，產生等離子體通道，等離子體繼續加熱金屬使之汽化分散至氛圍氣體中，電容中的能量釋放完畢后金屬蒸汽緩慢冷卻凝華為金屬微粒。

除電爆室外還有用于連續提供金屬絲的送絲機構、提供氛圍氣體的進氣抽真空機構、粉末收集機構，以及本文要重點介紹的能量注入機構等。

電爆法電路結構

電爆法制備超細金屬粉末電路結構

電爆法制備超細金屬粉末的應用屬于脈沖功率技術的一種，海伏課堂將陸續更新高壓電源應用及脈沖技術的干貨文章，請持續關注。

和其他脈沖功率技術一樣，電爆法制備超細金屬粉末的主回路包含儲能電容、放電開關、環路電感、以及負載（這里是金屬絲）。可能在有些文章中，環路電感被省略了，因為往往在環路中沒有一個電感實體。但是作者建議在脈沖功率技術領域任何情況下都不要忽略環路電感的存在，尤其是快沿功率脈沖系統中，電容內部、開關電弧上、導線上都存在電感，有時幾納亨的電感都會對最終的電流波形產生很大的影響。

除了主回路的器件，還有為儲能電容充電的高壓電源（高壓電容充電電源）及其保護電路。保護電路的作用是放電過程的反峰損壞充電機，關于反峰防護可以參照《高壓電源反峰防護》這個系列文章，內有反峰產生的機理以及如何防護。

開關：電爆法制備納米金屬粉末所用的開關可以是氣體自擊穿開關、氣體觸發開關、引燃管等，也可以通送絲機構創造開關，海伏科技可以根據您的需求對開關提供設計幫助。

總結

經過多年來在脈沖功率技術領域的持續深耕，海伏科技的工程師們高壓電源的抗干擾特性，穩定性，保護電路的選用等有著豐富的經驗，我們不單對高壓電源負責，一旦達成合作我們會上門現場查看環路連接情況并提出改進建議。另外在系統集成上開發了多款功率脈沖技術領域使用的軟、硬件，將我們的產品以系統級交付，得到了客戶的一致好評。

參考資料

[1]張周伍;電爆法制備金屬超細粉體材料的設備與工藝研究[D];蘭州理工大學;2006年