电爆材料合成及喷涂过程中物相演变及控制机理

电爆方法在材料合成及表面喷涂方面有独特优势，研究较多，但实际应用较少。提出导体不接触电极的电爆新模式，可使用金属丝、箔和粉末作为电爆材料，工程实施性强。研究其涉及的基本问题：双气隙放电导入电流机制，稳定击穿条件以及电极几何形状、极性和电爆材料形态的影响，为这种新模式电爆方法的开发提供理论依据。在上述研究基础上利用丝段式和粉末导体式电爆方法，改变电爆工艺参数，包括储能电容量和放电电压，以及导体几何尺寸和材料种类，进行系列电爆试验；同时进行电爆过程中的电压电流测量、光变化测量和物相诊断。结合建立电爆过程模型及数值模拟，研究电爆产物相态在时间和空间上的演变及能量密度的影响规律；电爆导体上能量的沉积机制及控制方法。建立电爆产物相态、能量密度和工艺参数三者之间的相关性模型，用电爆材料合成和电爆喷涂试验加以验证。为电爆方法应用于材料制备及表面喷涂，有效控制丝电爆过程物相形态，提供切实的理论基础。

提出了气体放电式电爆方法，在两电极之间建立起高压电场，将丝导体送入两电极之间，导体两端与电极间的气隙击穿放电，通过气体放电形成的等离子体将大电流导入导体而发生电爆。由于不需要将金属丝夹持在电极上，更便于工程上的连续实施，并开发设计出极板式和圆锥式两套丝电爆装置。.认识气体放电式电爆方法的电流导入机制和电爆过程中爆炸产物的相态特征。采用气体放电式电爆装置，同步测量丝电爆过程光照度和回路放电电流波形，分析电极烧蚀情况及爆炸产物特征，认识到金属丝端部与电极之间的气隙首先被击穿形成等离子体，等离子体沿着金属丝表面攀升，进而使得大电流导入金属丝并发生爆炸。通过建立含气隙的丝段爆炸过程的电路模型，对电爆过程进行数值模拟，认识了初始电压、气隙、丝长等过程参数对能量沉积率的影响。在气体放电式丝电爆装置上进行系列试验，通过分析爆炸产物相态组成，认识能量沉积特征。只有在一定初始电压下液相成分比例才能达到最小，初始电压较低或过高时液相成分都会增多；初始电压过高时，丝表面发生沿面放电现象是液相成分比例增多的主要原因。.气体放电式电爆方法应用于制备纳米粉末和电爆喷涂。发明了一种丝段式电爆制备纳米粉的实验装置，该设备适合的金属丝直径范围为0.05~0.8mm，金属丝长度范围为25~100mm，送丝率可达 105mm/s以上。借助该实验装置进行系列丝电爆炸实验，成功制的铜、镍纳米粉，粉末中的微米级大颗粒比例可减小到2.4wt.%。开发了连续丝电爆喷涂和压敏胶载送粉末连续电爆喷涂两套装置。钼丝喷涂实验发现，钼涂层主要是由爆炸产物中熔融液滴直接撞击基体表面形成；随着能量密度的提高, 钼涂层由液相堆积层向液相喷涂层转变；进一步增大能量密度, 涂层与基体结合强度高，但电爆产物中气相粒子份额逐渐增大，涂层的沉积率降低。碳化钨粉末喷涂实验发现，碳化钨在3 ~ 7 mm喷涂范围内，可形成表层为液相喷涂层和底层为气相沉积层的复合涂层；在较小的喷射腔横截面积下升高初始电压，能提高爆炸的区域温度和产物速度，增加碳化钨气相份额。.申请国家发明专利5项，已授权2项。已发表研究论文总计13篇，其中EI/SCI收录4篇；已录用待发表论文2篇，均被EI/SCI收录。培养博士生1名，硕士生7名。