短的细导电丝的电阻测量设备

短的细导电丝的电阻测量设备Ｃ．Ａ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ１．前言本文介绍一个用于确定室温下短的细导Ｂ丝的直流电阻的系统。直径２μｍ、长度０．５－ｍｍ的特殊导电丝或纤维可用这一四线测量系统测量。本系统的研制是为解决只能做得很短或因太脆无法加工得长的导电纤维和...

丝电爆法制备3D打印金属钽粉的试验研究

针对微米球形钽粉难以制备、粒径不易控制等问题,论文利用丝电爆法成功制备了微米球形钽粉,通过改变初始充电电压、钽丝丝径进行试验,采集丝电爆过程的电压与电流信号,对其机理进行了分析,并表征了所制备的微米钽粉。结果表明:不同丝径下的丝电爆炸过程都经历了五个阶段,丝径为0.4mm钽丝在电爆炸过程中发生了完全气化,而丝径为0.2mm、0.3mm钽丝并未完全气化,处于气液混合的状态;随着初始充电电压的不断增大,一定丝径钽丝上的沉积能量会有不同程度的增加,所制备的微米球形钽粉的平均粒径在逐渐减小;在初始充电电压为10kV时,丝径为0.2mm钽丝所制备的钽粉集中分布在28μm~36μm之间,分布范围较窄,球形度良好,且满足微米级3D打印金属粉的粒径要求。

金属丝电爆炸的电流波形特征及其破岩效果研究

为研究不同电压下金属丝电爆炸的电流波形特征及破岩效果,基于高压脉冲放电系统开展了金属直丝在空气和红砂岩介质中的电爆炸试验研究。通过比较不同电压下金属丝在空气和岩石中电流波形异同,得到了金属丝在空气和岩石中电流峰值随电压变化的规律,结合金属丝电爆炸破碎红砂岩试验结果,进一步分析了红砂岩在不同高压脉冲载荷作用下的裂纹扩展模式与碎块分布特征。试验结果表明,空气和岩石中的金属丝电爆炸电流峰值与放电电压均呈线性增加关系,在岩石介质约束作用下,岩石中金属丝电爆炸电流峰值和震荡时间均低于空气介质;金属丝电爆炸产生的冲击波使岩石孔壁质点沿径向运动从而产生切向拉应力,形成了以金属丝为中心、径向裂纹为主导的裂纹扩展模式;放电电压对岩石的破碎效果具有显著影响,放电电压由40 kV增加至80 kV,主裂纹数量由一条增加至多条,岩石的破碎程度明显增加且碎块块度分布更加集中。试验成果为高压脉冲放电技术破碎岩石等固体材料的应用与研究提供参考。

水中金属丝电爆炸动力学过程的零维模型

金属丝电爆炸包含丰富的物理内容,近年来国内的实验和理论研究取得了重要进展,理解该过程有助于完善Z箍缩及磁加载等离子体动力学过程的物理建模,校验物性参数。在自相似运动假设条件下,发展了冷启动计算的水中电爆炸丝零维动力学模型。从一维磁流体模型出发,推导了描述丝等离子体膨胀的零维动能方程和内能方程,采用实际气体状态方程和修正的李-莫尔电导率参数作为封闭条件,根据质量守恒及水中激波雨贡纽关系式获得了丝等离子体的边界条件。应用于水中铜丝电爆炸动力学过程和能量转化分析,结果表明:该零维模型的物理假设合理,在一定范围内改变丝直径等参数可产生不同的放电模式,与一维模型及实验结果符合较好,能够为同类实验的优化设计和数据分析提供参考。

镍铁丝电爆炸特性及超细粉制备

利用非接触式丝电爆制粉装置制备了球形度良好、纯度高的镍铁超细粉,在氩气气氛中使用直径0.4 mm的镍铁丝在不同充电电压下进行实验,同步采集并分析镍铁丝电爆炸放电波形及沉积能量变化规律。建立了镍铁丝电爆炸过程中的时变非线性电阻模型,并与实验曲线进行对比分析;利用扫描电镜观察粉末形貌,分析镍铁丝电爆炸工艺参数对粉末形貌、粒径的影响。结果表明:随着充电电压的升高,放电波形及金属丝沉积能量峰值逐渐增大,沿面击穿时刻逐渐提前;在击穿前金属丝电阻模型与实验曲线符合程度良好;在充电电压为11~15 kV的工艺参数下,可制得球形度良好、粒径分布均匀且纯度较高的超细粉。

水中液态金属丝电爆炸特性

水中金属丝电爆炸可产生具有更高能量效率的冲击波,已在化石能源开发等领域取得成功应用。但是,金属丝电爆炸是在电极间预置金属丝,需要附加换丝机构,存在重频运行困难问题。该文提出一种基于镓铟锡液态金属的换丝方法,该方法利用液态金属自身的流动性,能够在低电压控制下快速、稳定地在放电电极间成丝。在相同的放电模式下改变电压完成多次放电,并测量放电过程中丝端电压、回路电流,计算回路参数以及能量;根据实验数据建立仿真模型,分析击穿时延击穿时刻电阻分别作为单一变量的能量转换特性。仿真与实验结果表明,镓铟锡液态金属丝放电相态变化过程与普通金属丝相比存在差异;电容初始充电电压越高,液态金属丝击穿时刻电阻越大,放电击穿时延越短,能量转换效率越高。该研究对水下液态金属丝放电特性的研究以及完善金属丝电爆炸技术在工业中的应用具有一定参考意义。

空气中并联金属丝阵列电爆炸等离子体自辐射特性

在空气中开展了平面丝阵的电爆炸实验,对比研究了非难熔金属铜丝阵列和难熔金属钽丝阵列在电爆炸过程中的能量沉积特性,重点分析了其等离子体通道演化过程及光辐射特性。实验结果表明,随着铜丝阵列或钽丝阵列根数(质量)的增加,丝阵列在电压峰值前沉积的能量会有所增加且总体相变时间会变长。对于铜丝阵列,当其能量沉积速率较快时,电爆炸过程中的光辐射强度会随金属丝根数的增加而有所增加,但光辐射持续时间相对于单丝较短。铜丝和铜丝阵列电爆炸等离子体通道膨胀过程较快,放电中心通道内的加热和电离过程不够集中。当铜丝根数增加时,放电过程中各丝之间的相变时刻不够同步,放电等离子体通道发展极不均匀。对于钽丝阵列,在储能一定的条件下,随着钽丝阵列根数(质量)的增加,其光辐射强度会有所下降。钽丝和钽丝阵列在相变过程中的气液混合通道能够被加热到较高的温度,放电通道内热电离过程显著,等离子体通道易于发展,但放电通道膨胀速率要明显慢于铜丝。丝阵列放电过程中各丝之间相变时刻的不同步会影响电流的分布,进而导致各丝之间的能量沉积过程不同,使得丝阵列中各丝等离子体通道的建立过程不同步。

带载丝电爆炸提高沉积能量的研究

在丝电爆过程中,金属丝的沉积能量是决定爆炸效果的关键参数。在研发连续送丝电爆装置的基础上,提出带载丝电爆炸提高金属丝沉积能量的方法。根据金属丝在电爆过程中的相变理论及旁路并联电阻的非线性时变性,建立了金属丝负载的电阻-能量分段模型。使用带载丝和裸丝分别开展电爆炸实验,同步采集丝电爆过程中的放电波形并分析计算,探究带载丝电爆炸相关机理以及沉积能量的变化规律。结果表明,电爆炸前期,由于载丝带具有绝缘性,其旁路并联电阻大于裸丝,从而使得带载丝电阻大于裸丝;随着欧姆加热的进行,带载丝中液态金属沿轴向由两端向中间聚集,加快了电爆炸相变过程,等效电阻减小,延缓了沿面击穿过程,从而获得更多的能量。

纯水和液氮中金属丝电爆炸与等离子体气泡特性实验研究

金属丝电爆炸能有效地将电能转化为机械能(冲击波和等离子体气泡),在化石能源开发等领域取得了成功应用。为明确不同液体中金属丝电爆炸等离子体气泡行为,搭建可变环境金属丝电爆炸实验平台与诊断系统,通过改变电容充电电压,获得不同储能下kA量级和μs时间尺度的脉冲电流,驱动直径为50μm的铜丝电爆炸。通过测量负载电压、回路电流以及拍摄高速阴影图像,对放电瞬态过程进行诊断和分析。结果表明:不同系统储能或负载规格下,液体中金属丝电爆炸存在非周期型放电、周期型放电以及电流暂停放电3种模式;与纯水(蒸馏水)介质相比,液氮中电爆炸具有更高的电压峰值(平均高约6%)、功率峰值(平均高约14%)。纯水中等离子体气泡脉动过程受系统储能和负载规格影响,系统储能从2 J增大至10 J时,气泡最大径向半径从约9.4 mm增大至约18.6 mm,第一脉动周期从约1.6 ms增长至约2.6 ms,气泡能量从约0.4 J增大至约2.3 J,气泡能量效率相对稳定,为18%~25%;相同储能下增加金属丝长度,最大径向半径逐渐缩短。储能2.5 J下,液氮气泡第一脉动周期比纯水中长约0.6 ms,最大径向半径约为纯水中气泡的1.17倍,在气泡收缩阶段,液氮气泡收缩速度慢,最小收缩半径约为纯水中气泡的1.53倍。

电爆炸丝法制备纳米Al_2O_3粉末

设计了电爆炸金属丝产生纳米金属氧化物粉末的实验装置,金属丝电爆炸腔采用圆筒结构,纳米粉末经过微孔滤膜过滤收集。成功制备了纳米Al2O3粉末,其平均粒度达到64.9 nm。对电爆炸金属丝产生纳米Al2O3粉末的物理条件进行了研究。结果表明实验条件对粉末粒度有重要影响:随气压的增加粉末平均粒度变大;随金属丝直径增大粉末平均粒度变大;粉末的平均粒度与电容器的初始储能也有一定的关系。

电爆炸丝1维磁流体模型数值模拟

给出了电爆炸丝1维磁流体模型的具体描述和基本方程,并利用数值方法求解。通过对含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率电路模型的计算,给出了电爆炸丝电流、电压随时间的变化,以及电爆炸过程中丝的密度空间分布,膨胀半径随时间的变化,讨论了电爆炸丝长度和初始电压对电爆炸丝电流、电压的影响。

电爆炸丝法产生nm粉末及负载型nm催化剂

为了探索电爆炸金属丝技术在制备纳米粉末及其相关产品中的应用前景,利用电爆炸金属丝法成功制备了平均粒度分别达到65 nm和44 nm的纳米Al2O3和TiO2粉末,通过X射线衍射和电子衍射分析,Al2O3粉末为γ-Al2O3,TiO2粉末由金红石和锐钛矿组成。研究了实验条件对产生粉末粒度的影响及其规律后探索了电爆炸丝法产生负载型纳米催化剂的实验条件,并成功制备了负载型纳米TiO2催化剂,其化学实验结果表明:与现有催化剂比较,该催化剂能使某类化学反应的速度提高>50%,反应产物的选择性提高>3%。

电爆炸丝和脉冲变压器驱动低阻抗负载研究

对脉冲放电电路中金属丝发生电爆炸后产生的高压脉冲驱动脉冲变压器在低阻抗负载(19Ω)上产生的电脉冲进行了研究,利用Ansoft Simplorer7软件建立了模块化集中参数电路模型,得到了与实验吻合的计算结果。初步研究表明,电爆炸丝驱动脉冲变压器在低阻抗负载上不能产生超高压脉冲,但可显著展宽负载得到的电压脉宽,在需要长脉宽应用场合有潜在的应用前景。

电爆炸丝断路开关开断时间的实验研究

电爆炸丝断路开关以其优异的开断性能广泛地应用在电感储能型脉冲功率系统中,电爆炸丝断路开关在不同初始参数条件下的开断时间需要深入的研究。本文在搭建的电爆炸丝断路开关实验平台上进行了不同电容器初始电压,不同金属丝直径条件下的3组共9次实验。实验结果表明,当选用直径为0.2 mm的铜丝时,随着电容器初始电压由10 k V增加到15 k V,金属丝开断所用时间由6.4μs减小到3.2μs,切断的电流值由6.3 k A增加到20.7 k A;在电容器初始电压为15 k V时,随着金属丝直径由0.2 mm增加到0.3 mm,金属丝开断所用时间由3.2μs增加到6.5μs,切断的电流值由20.7 k A减小到12.1 k A。

PSpice模型用于电爆炸丝的数值模拟

根据细铜丝通过大电流时发生爆炸而导致电阻率的急剧变化的实验数据 ,建立了其PSpcie电路模型。然后将这个模型应用于一个含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率电路 ,以探讨电爆炸丝的参数选择对脉冲功率调制系统的影响。研究表明 :电爆炸丝长度主要控制电流切断的效果 ,而电爆炸丝的根数或截面积主要控制电爆炸丝切断的时刻 ,并且初始电压愈大 ,切断愈迅速 ,在负载上获得更高的电压。

一种基于电爆炸丝断路开关的多脉冲产生技术

介绍了一种基于电感储能和电爆炸丝断路开关的多脉冲发生器。该发生器是由作为初级能源的脉冲电容器组、储能电感和多级串联的不同长度、不同截面积的电爆炸丝断路开关组成。实验中在约10Ω电阻负载上获得了2个大于250 kV和3个大于200 kV的脉冲输出。脉冲数由串联丝阵级数决定,脉冲幅度和脉冲间隔可通过爆炸丝参数、电容器充电电压调节。

电爆炸过程中金属丝阻抗的变化

为了掌握金属丝阻抗的变化规律,通过分压器和罗氏线圈分别测量出电爆炸过程中金属丝上的电压和电流,并由此计算出金属丝阻抗等相关电参数随时间变化的规律;采用F.D.Bennett和A.Hobson模型对金属丝阻抗进行了数值模拟,得到金属丝阻抗随时间的变化规律。实验结果和模拟结果的比较表明:两个模型的模拟结果均在金属丝气化前和部分初始放电电压下有效;当放电时电容器初始电压较大时,能量沉积速度更快,金属丝液化、气化、完全气化所用的时间更短;在金属丝爆炸过程中,金属丝阻抗存在一个最大值。

电爆金属丝产生纳米粉体

建立了一台用于纳米粉体制备的电爆炸金属丝装置,它可以在不打开放电腔体情况下,依次电爆炸8根金属丝。对电爆炸金属丝进行了电路模拟,电路模拟结果表明,减小放电回路电感,或在保持电容器初始储能不变条件下,提高充电电压的同时减小储能电容可提高能量注入速率。为了理解金属蒸气形成纳米粉体的物理过程,利用马赫-曾德激光干涉方法,研究了丝爆后金属蒸气及等离子体的演化过程,得到了电爆丝的典型物理图像,观察到电爆丝中金属蒸气喷发的"热滞后"现象及金属蒸气的多次喷发现象。并利用电爆丝法制备了氮化钛、二氧化钛、铜氧化物和氧化锌的纳米粉体。

金属丝电爆炸研究进展-(Ⅰ):真空环境

真空中金属丝电爆炸在Z箍缩等离子体、X射线源等有重要应用,特别是纳秒脉冲下金属单丝的电爆炸行为是丝阵Z箍缩的最初始阶段,对丝阵Z箍缩内爆辐射特性有重要影响,因而受到特别关注。目前,利用高时空分辨的等离子体诊断系统和数值模拟手段,真空环境中金属丝电爆炸的研究已在实验诊断、调控方法、理论模型等方面取得了许多重要研究成果。在介绍发展历史的基础上,主要针对真空环境中纳秒脉冲下金属单丝电爆炸的相关研究,描述了金属丝电爆炸的基本特性,总结了电参数和丝参数对电爆炸特性的影响规律,分析了提高金属丝中沉积能量以实现金属丝汽化的调控方法,并综述了数值模拟中电爆炸丝状态方程、输运参数和磁流体模型等的主要进展,最后指出了研究面临的挑战和未来发展的方向,对今后继续深入开展该领域的研究工作具有一定的借鉴意义。