專利名稱：爆炸加載制備納米晶銅方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種制備納米晶銅的方法及其裝置，特別是一種爆炸加載制備納米晶 銅方法及其裝置。
背景技術(shù)：
納米晶金屬塊體材料具有高強度、高比熱和高熱膨脹系數(shù)、高電阻率、良好的塑性 變形能力等許多優(yōu)異性能。目前，已引起世界各國關(guān)注，其制備方法也因此成為了材料界研 究的熱點。目前，制備納米晶金屬塊體材料的方法可分為兩大類一是先制備納米量級的金 屬小顆粒，在經(jīng)過壓制、燒結(jié)的途徑來獲得納米晶金屬塊體材料，如粉末冶金法；二是對宏 觀的大塊金屬材料進行特殊的工藝處理來獲得納米晶金屬塊體材料，如嚴重塑性變形法、 非晶晶化法，或是經(jīng)過特殊工藝直接制備納米晶塊體材料，如電沉積法等。H. Gleiter等首 次采用惰性氣體凝聚以及真空原位技術(shù)制備出納米金屬材料，其平均晶粒尺寸為10nm(H. Gleiter, P. Marquardt. Z Metallk，1984，75 (4) 263) ；Valiev R. Ζ.在 Ce r a jt B. Μ·工作 的基礎(chǔ)上首次采用劇烈塑性變形法獲得了亞微晶和納米晶塊體金屬材料(Valiev R.Z.， Korznikov Α. V. ，Mulyukov R. R. //Mater. Sci. Eng. 1993, A186 141)。采用第一類方法的主要不足之處在于，制備的固體納米晶材料中不可避免地存在 雜質(zhì)和孔隙等缺陷，從而會影響納米材料的性能，同時也會影響對納米材料結(jié)構(gòu)與性能的 研究；采用嚴重塑性變形法可制備體積大、致密度高、晶粒界面潔凈的納米塊體材料，局限 性在于制備成本高，晶粒度范圍較大；而電沉積法等只能獲得厚度較薄的納米晶金屬材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效地降低納米晶塊體材料制造成本，在避免外 來污染和殘留孔隙危害的同時獲得三維大尺寸塊體納米晶材料的爆炸加載制備納米晶銅 方法及其裝置。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種爆炸加載制備納米晶銅的方法，首先，力口 工坯料將粗晶銅坯料加工成柱形；然后，安裝坯料在墊板上開設(shè)柱形凹槽，將已加工好 的柱形坯料放置在墊板的凹槽中固定；接著，組裝爆炸加載裝置打擊飛板位于墊板上部 的支撐部件上，打擊飛板上表面處設(shè)有藥盒；其次，爆炸加載在藥盒內(nèi)鋪設(shè)炸藥，通過雷 管引爆，使得飛板在炸藥爆轟驅(qū)動下，高速打擊坯料；最后，回收切割坯料將經(jīng)過高速打 擊的坯料收回，切割成需要的尺寸，即可得到所需的塊體納米晶銅材料?！N爆炸加載制備納米晶銅裝置，包括墊板、打擊飛板、墊板位于裝置底部，該裝 置還包括支撐部件和藥盒，打擊飛板位于墊板上部的支撐部件上，打擊飛板上表面設(shè)有藥 盒，墊板中間設(shè)有凹槽，用于固定坯料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點1、以塊體粗晶銅為原料，從根本上避免了外來污染和殘留孔隙的危害；2、同SPD、DPD等劇烈塑性變形法相比，使用炸藥爆炸驅(qū)動飛板打擊粗晶銅可獲得更高的應變率，可直接制備出具有更細的晶粒尺度的三維大尺寸塊體納 米晶銅；3、銅柱下端放置在墊板上設(shè)置的凹槽中，在爆炸加載的過程中，由于銅柱的徑向自 膨脹效應將使其固定在凹槽中，便于試件的回收；4、毋須專用生產(chǎn)設(shè)備，具備爆炸加工的經(jīng) 濟、設(shè)備簡單的優(yōu)點，為這種材料的大規(guī)模生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，便于推廣和應用。


圖1是本發(fā)明爆炸加載制備納米晶銅方法配套裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明爆炸加載制備納米晶銅方法的操作流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明公開一種爆炸加載制備納米晶銅的方法，首先，加工坯料 將粗晶銅坯料5加工成柱體形，但因加工成圓柱形的坯料在打擊后不會產(chǎn)生廢料，所以效 果最好；然后，安裝坯料在墊板6上開設(shè)一凹槽，凹槽的形狀需要與坯料5的形狀相一致， 凹槽的深度約為坯料5高度的三分之一至五分之一，將已加工好的柱形坯料5放置在墊板 6的凹槽中固定，可以使用電焊的方法將坯料5固定在凹槽內(nèi)；接著，組裝爆炸加載裝置打 擊飛板位于墊板6上部的支撐部件4上，打擊飛板3上表面處設(shè)有藥盒2 ；其次，爆炸加載 在藥盒2內(nèi)鋪設(shè)炸藥，通過雷管1引爆，使得打擊飛板3在炸藥1爆轟驅(qū)動下，高速打擊坯 料5 ；最后，回收切割坯料將經(jīng)過高速打擊的坯料5收回，切割成需要的尺寸，即可得到所 需的納米晶銅材料。結(jié)合圖1、本發(fā)明還公開了一種爆炸加載制備納米晶銅裝置，包括墊板6、打擊飛 板3、墊板6位于裝置底部，該裝置還設(shè)有支撐部件4和藥盒2，打擊飛板3設(shè)置于墊板6上 部的支撐部件4上，打擊飛板3上表面設(shè)有藥盒2，墊板6中間設(shè)有凹槽，用于固定坯料5。 打擊飛板3與坯料5之間的間隔為2-10mm，支撐部件4為鋁制支撐環(huán)或薄壁PVC管，墊板6 為鋼質(zhì)或鐵質(zhì)材料制成，打擊飛板3為鋼質(zhì)材料制成。下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1采用粗晶無氧紫銅(原始晶粒度為50-60 μ m)，加工成直徑為20mm、高度為30mm 的圓柱形坯料5。鋼質(zhì)墊板6直徑為150mm，高度為30mm，中間一側(cè)開直徑為20. 5mm，深度為 5mm的凹槽，將坯料5放置在鋼質(zhì)墊板6的凹槽中。鋁質(zhì)支撐環(huán)4厚度為1mm，高度為27mm， 放置在鋼質(zhì)墊板6上，在鋁質(zhì)支撐環(huán)4上放置鋼質(zhì)打擊飛板3，打擊飛板3直徑為150mm，厚 度為20mm，炸藥平鋪于打擊飛板3上的藥盒2內(nèi)，藥厚25mm，雷管1于藥盒2中心起爆，爆 速3200m/s。上述試驗裝置各部件呈嚴格軸對稱布置。由雷管1起爆并實施爆炸加載后，坯 料5底端由于橫向膨脹被夾緊于鋼質(zhì)墊板6的凹槽中。用電火花加工的方法將露在外面的 部分切割掉，獲得納米晶銅柱試樣。實施例2采用粗晶無氧紫銅(原始晶粒度為50-60 μ m)，加工成直徑為20mm、高度為30mm的圓柱形坯料5。鐵質(zhì)墊板6直徑為150mm，高度為30mm，中間一側(cè)開直徑為20. 5mm,深度為 5mm的凹槽，將坯料5放置在鐵質(zhì)墊板6的凹槽中。鋁質(zhì)支撐環(huán)4厚度為1mm，高度為30mm，放置在鐵質(zhì)墊板6上，在鋁質(zhì)支撐環(huán)4上放置鋼質(zhì)打擊飛板3，打擊飛板3直徑為150mm，厚 度為20mm，炸藥平鋪于打擊飛板3上的藥盒2內(nèi)，藥厚25mm，雷管1于藥盒2中心起爆，爆 速3200m/s。上述試驗裝置各部件呈嚴格軸對稱布置。由雷管1起爆并實施爆炸加載后，坯 料5底端由于橫向膨脹被夾緊于鐵質(zhì)墊板6的凹槽中。用電火花加工的方法將露在外面的 部分切割掉，獲得納米晶銅柱試樣。實施例3采用粗晶無氧紫銅(原始晶粒度為50-60 μ m)，加工成直徑為20mm、高度為30mm的圓柱形試樣5。鋼質(zhì)墊板6直徑為150mm，高度為30mm，中間一側(cè)開直徑為20. 5mm，深度為 5mm的凹槽，將坯料5放置在鋼質(zhì)墊板6的凹槽中。PVC支撐環(huán)4厚度為1mm，高度為35mm， 放置在鋼質(zhì)墊板6上，在PVC支撐環(huán)4上放置鋼質(zhì)打擊飛板3，打擊飛板3直徑為150mm，厚 度為20mm，炸藥平鋪于打擊飛板3上的藥盒2內(nèi)，藥厚25mm，雷管1于藥盒2中心起爆，爆 速3200m/s。上述試驗裝置各部件呈嚴格軸對稱布置。由雷管1起爆并實施爆炸加載后，坯 料5底端由于橫向膨脹被夾緊于鋼質(zhì)墊板6的凹槽中。用電火花加工的方法將露在外面的 部分切割掉，同樣可獲得納米晶銅柱試樣。
權(quán)利要求
一種爆炸加載制備納米晶銅的方法，其特征在于它包括以下步驟第一步，加工坯料將粗晶銅坯料[5]加工成柱形；第二步，安裝坯料在墊板[6]上設(shè)有凹槽，該凹槽形狀與坯料[5]的形狀相一致，將第一步中加工好的柱形坯料[5]放置在墊板[6]的凹槽中固定；第三步，組裝爆炸加載裝置打擊飛板[3]設(shè)置于墊板[6]上部的支撐部件[4]上，打擊飛板[3]上表面處設(shè)有藥盒[2]；第四步，爆炸加載在藥盒[2]內(nèi)鋪設(shè)炸藥，通過雷管[1]引爆，使得打擊飛板[3]在炸藥爆轟驅(qū)動下，高速打擊坯料[5]；第五步回收切割坯料將經(jīng)過高速打擊的坯料[5]收回，切割成需要的尺寸，即可得到所需的納米晶銅材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆炸加載制備納米晶銅的方法，其特征在于所述第一步中， 將坯料[5]加工成圓柱形；第二步中，在墊板[6]上開設(shè)的凹槽為圓柱形；第三步中固定坯 料，使用電焊的方式將坯料[5]固定在墊板[6]上。
3.—種權(quán)利要求1所述方法的爆炸加載制備納米晶銅裝置，包括墊板[6]、打擊飛板[3]、墊板[6]位于裝置底部，其特征在于該裝置還設(shè)有支撐部件[4]和藥盒[2]，打擊飛 板[3]設(shè)置于墊板[6]上部的支撐部件[4]上，打擊飛板[3]上表面設(shè)有藥盒[2]，墊板[6] 中間設(shè)有凹槽，用于固定坯料[5]。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的爆炸加載制備納米晶銅裝置，其特征在于所述打擊飛板[3] 與坯料[5]之間的間隔為2-10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的爆炸加載制備納米晶銅裝置，其特征在于所述的支撐部件[4]為鋁制支撐環(huán)或薄壁PVC支撐環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的爆炸加載制備納米晶銅裝置，其特征在于所述的墊板[6] 為鋼質(zhì)或鐵質(zhì)材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的爆炸加載制備納米晶銅裝置，其特征在于所述的打擊飛板 [3]為鋼質(zhì)材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種爆炸加載制備納米晶銅的方法，首先，加工坯料將粗晶銅坯料加工成柱形；然后，安裝坯料在墊板上開設(shè)柱形凹槽，將已加工好的柱形坯料放置在墊板的凹槽中固定；接著，組裝爆炸加載裝置打擊飛板位于墊板上部的支撐部件上，打擊飛板上表面處設(shè)有藥盒；其次，爆炸加載在藥盒內(nèi)鋪設(shè)炸藥，通過雷管引爆，使得飛板在炸藥爆轟驅(qū)動下，高速打擊坯料；最后，回收切割坯料將經(jīng)過高速打擊的坯料收回，切割成需要的尺寸，即可得到所需的納米晶銅材料。本發(fā)明還公開了其裝置，使用本方法和裝置可以有效的降低塊體納米晶銅的制備成本，具有很好的市場前景。
文檔編號B22F3/08GK101837457SQ20091003030
公開日2010年9月22日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者張曉立, 徐宇浩, 杭逸夫, 王經(jīng)濤, 王金相, 榮光 申請人:南京理工大學