[发明专利]爆炸加载制备纳米晶铜方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于一种制备纳米晶铜的方法及其装置，特别是一种爆炸加载制备纳米晶铜方法及其装置。

背景技术

纳米晶金属块体材料具有高强度、高比热和高热膨胀系数、高电阻率、良好的塑性变形能力等许多优异性能。目前，已引起世界各国关注，其制备方法也因此成为了材料界研究的热点。

目前，制备纳米晶金属块体材料的方法可分为两大类：一是先制备纳米量级的金属小颗粒，在经过压制、烧结的途径来获得纳米晶金属块体材料，如粉末冶金法；二是对宏观的大块金属材料进行特殊的工艺处理来获得纳米晶金属块体材料，如严重塑性变形法、非晶晶化法，或是经过特殊工艺直接制备纳米晶块体材料，如电沉积法等。H.Gleiter等首次采用惰性气体凝聚以及真空原位技术制备出纳米金属材料，其平均晶粒尺寸为10nm(H.Gleiter，P.Marquardt.Z Metallk，1984，75(4)：263)；Valiev R.Z.在CeгaлB.M.工作的基础上首次采用剧烈塑性变形法获得了亚微晶和纳米晶块体金属材料(Valiev R.Z.，Korznikov A.V.，Mulyukov R.R.//Mater.Sci.Eng.1993，A186：141)。

采用第一类方法的主要不足之处在于，制备的固体纳米晶材料中不可避免地存在杂质和孔隙等缺陷，从而会影响纳米材料的性能，同时也会影响对纳米材料结构与性能的研究；采用严重塑性变形法可制备体积大、致密度高、晶粒界面洁净的纳米块体材料，局限性在于制备成本高，晶粒度范围较大；而电沉积法等只能获得厚度较薄的纳米晶金属材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效地降低纳米晶块体材料制造成本，在避免外来污染和残留孔隙危害的同时获得三维大尺寸块体纳米晶材料的爆炸加载制备纳米晶铜方法及其装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种爆炸加载制备纳米晶铜的方法，首先，加工坯料：将粗晶铜坯料加工成柱形；然后，安装坯料：在垫板上开设柱形凹槽，将已加工好的柱形坯料放置在垫板的凹槽中固定；接着，组装爆炸加载装置：打击飞板位于垫板上部的支撑部件上，打击飞板上表面处设有药盒；其次，爆炸加载：在药盒内铺设炸药，通过雷管引爆，使得飞板在炸药爆轰驱动下，高速打击坯料；最后，回收切割坯料：将经过高速打击的坯料收回，切割成需要的尺寸，即可得到所需的块体纳米晶铜材料。

一种爆炸加载制备纳米晶铜装置，包括垫板、打击飞板、垫板位于装置底部，该装置还包括支撑部件和药盒，打击飞板位于垫板上部的支撑部件上，打击飞板上表面设有药盒，垫板中间设有凹槽，用于固定坯料。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1、以块体粗晶铜为原料，从根本上避免了外来污染和残留孔隙的危害；2、同SPD、DPD等剧烈塑性变形法相比，使用炸药爆炸驱动飞板打击粗晶铜可获得更高的应变率，可直接制备出具有更细的晶粒尺度的三维大尺寸块体纳米晶铜；3、铜柱下端放置在垫板上设置的凹槽中，在爆炸加载的过程中，由于铜柱的径向自膨胀效应将使其固定在凹槽中，便于试件的回收；4、毋须专用生产设备，具备爆炸加工的经济、设备简单的优点，为这种材料的大规模生产创造了条件，便于推广和应用。

附图说明

图1是本发明爆炸加载制备纳米晶铜方法配套装置的结构示意图。

图2是本发明爆炸加载制备纳米晶铜方法的操作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1、图2，本发明公开一种爆炸加载制备纳米晶铜的方法，首先，加工坯料：将粗晶铜坯料5加工成柱体形，但因加工成圆柱形的坯料在打击后不会产生废料，所以效果最好；然后，安装坯料：在垫板6上开设一凹槽，凹槽的形状需要与坯料5的形状相一致，凹槽的深度约为坯料5高度的三分之一至五分之一，将已加工好的柱形坯料5放置在垫板6的凹槽中固定，可以使用电焊的方法将坯料5固定在凹槽内；接着，组装爆炸加载装置：打击飞板位于垫板6上部的支撑部件4上，打击飞板3上表面处设有药盒2；其次，爆炸加载：在药盒2内铺设炸药，通过雷管1引爆，使得打击飞板3在炸药1爆轰驱动下，高速打击坯料5；最后，回收切割坯料：将经过高速打击的坯料5收回，切割成需要的尺寸，即可得到所需的纳米晶铜材料。