纳米金刚石爆炸合成罐及纳米金刚石爆炸合成装置

摘要

本发明公开一种纳米金刚石爆炸合成罐及纳米金刚石爆炸合成装置，所述合成罐含有上下两端开口的轴对称旋转组合壳体、上密封法兰盖、下密封法兰盖和支撑架，其中上密封法兰盖上安装有进气管、排气管和爆炸物控制线密封导塞，下密封法兰盖上安装有液体输料管及控制阀，轴对称旋转组合壳体由圆柱形壳体、两个呈反对称的截圆球形壳体和带有法兰密封端的短圆柱形壳体过渡段连接而成，支撑架的支撑面与下截圆球形壳体之间为活动配合，或支撑面上固定有弹性层，其与下截圆球形壳体之间为弹性配合。所述合成装置含有所述合成罐以及气体过滤器、液体过滤池、沉淀罐、抽吸泵、真空泵和气瓶。本发明使用寿命长、且能够控制爆炸合成环境、以及提高收集率和降低污染。

说明书

一.技术领域：本发明涉及一种纳米金刚石爆炸合成罐及纳米金刚石爆炸合成装置。

二.背景技术：现有技术中合成纳米金刚石的方法是在爆炸容器中引爆炸药，通过爆炸产生特定的高压和高温条件，使石墨等碳物质转化为纳米金刚石，由于存在高压和高温(压力达到5-6兆帕，温度达到2100摄氏度)，因此对爆炸容器的要求比较严格，而现有的爆炸容器存在结构上的缺陷，使用寿命短，不能满足大规模生产的需要。

三.发明内容：

本发明的目的：克服现有技术的缺陷，提供一种使用寿命长、且能够控制爆炸合成环境、以及提高收集率和降低污染的纳米金刚石爆炸合成罐及纳米金刚石爆炸合成装置。

本发明的技术方案：一种纳米金刚石爆炸合成罐，含有上下两端开口的轴对称旋转组合壳体、上密封法兰盖、下密封法兰盖和支撑架，其中上密封法兰盖上安装有爆炸物控制线密封导塞，下密封法兰盖上安装有液体输料管及控制阀，所述轴对称旋转组合壳体的中部为圆柱形壳体，圆柱形壳体上、下两端分别固定连接有一个呈反对称的截圆球形壳体，上、下截圆球形壳体的另一端开口处分别和一个带有法兰密封端的短圆柱形壳体过渡段连接，形成上端进料孔和下端人孔，上、下短圆柱形壳体过渡段的法兰密封端通过紧固件分别与上、下法兰盖连接，上密封法兰盖上安装有进气管和排气管，支撑架的支撑面为与下截圆球形壳体外表面相匹配的球面块或环形球面体，支撑面与下截圆球形壳体之间为活动配合，或支撑面上固定有弹性层，其与下截圆球形壳体之间为弹性配合。

所述上、下截圆球形壳体为半球壳，半球壳与中部圆柱形壳体的曲率半径相等，支撑架为下边带有法兰翻边圆柱壳，或为下边为法兰翻边，中间为纵、斜杆围成固定的支架体。

一种纳米金刚石爆炸合成罐，含有上下两端开口的轴对称旋转组合壳体、上密封法兰盖、下密封法兰盖和支撑架，其中上密封法兰盖上安装有爆炸物控制线密封导塞，下密封法兰盖上安装有液体输料管及控制阀，所述轴对称旋转组合壳体的中部为圆柱形壳体，圆柱形壳体上、下两端分别固定连接有一个呈反对称的截椭球形壳体，上、下截椭球形壳体的另一端开口处分别和一个带有法兰密封端的短圆柱形壳体过渡段连接，形成上端进料孔和下端人孔，上、下短圆柱形壳体过渡段的法兰密封端通过紧固件分别与上、下法兰盖连接，上密封法兰盖上安装有进气管和排气管，支撑架的支撑面为与下截椭球形壳体外表面相匹配的椭球面块或环形椭球面体，支撑面与下截椭球形壳体之间为活动配合，或支撑面上固定有弹性层，其与下截椭球形壳体之间为弹性配合。

所述上、下截椭球形壳体为半椭球壳，半椭球壳的长轴或短轴与中部圆柱形壳体的直径相等，支撑架为下边带有法兰翻边圆柱壳，或为下边为法兰翻边，中间为纵、斜杆围成固定的支架体。

一种纳米金刚石爆炸合成罐，含有上下两端开口的轴对称旋转组合壳体、上密封法兰盖、下密封法兰盖和支撑架，其中上密封法兰盖上安装有爆炸物控制线密封导塞，下密封法兰盖上安装有液体输料管及控制阀，所述轴对称旋转组合壳体的中部为圆柱形壳体，圆柱形壳体上、下两端分别固定连接有一个呈反对称的截抛物线形壳体，上、下截抛物线形壳体的另一端开口处分别和一个带有法兰密封端的短圆柱形壳体过渡段连接，形成上端进料孔和下端人孔，上、下短圆柱形壳体过渡段的法兰密封端通过紧固件分别与上、下法兰盖连接，上密封法兰盖上安装有进气管和排气管，支撑架的支撑面为与下截抛物线形壳体外表面相匹配的抛物线形块或环形抛物线形体，支撑面与下截抛物线形壳体之间为活动配合，或支撑面上固定有弹性层，其与下截抛物线形壳体之间为弹性配合。

所述支撑架为下边带有法兰翻边圆柱壳，或为下边为法兰翻边，中间为纵、斜杆围成固定的支架体。

一种含有上述任一种纳米金刚石爆炸合成罐的纳米金刚石爆炸合成装置，还含有气体过滤器、液体过滤池、沉淀罐、抽吸泵、真空泵和气瓶，所述纳米金刚石爆炸合成罐上密封法兰盖上的进气管与气瓶和真空泵连接，排气管与气体过滤器连接，下密封法兰盖上的液体输料管与液体过滤池连接，液体过滤池通过抽吸泵与沉淀罐连接，沉淀罐设有排料管和控制阀。

所述沉淀罐为一个，或为两个，或为两个以上。

本发明的有益效果：

1.本发明使用寿命长，其中法兰与法兰盘的连接采用螺栓，变罐体的冲击疲劳为螺栓的疲劳，使螺栓成为易损件，从而增加罐体的使用寿命，另外，支撑架与罐体为分体式结构，二者之间为活动配合或弹性配合，保证罐体在爆炸合成时的自由运动，防止罐体的应力集中，也能增加罐体的使用寿命。

2.本发明能够控制爆炸合成环境以及提高收集率，上密封法兰盖上的进气管分别和气瓶和真空泵连接，通过抽气和充气(二氧化碳、氮气等惰性气体)来改变罐体内的含氧量、惰性气体量和压力，以实现对爆炸合成环境的控制，提高合成率，另外对罐体爆炸环境的控制也可以通过保护介质(含有添加剂的水或冰)来实现，也可以同时采用上述两种方法。采用液体沉淀池和多个沉淀罐，能够提高金刚石的收集率和收集效率。

3.本发明能够降低污染，其排气管与气体过滤器连接，使爆炸产生的废气经过过滤后排入空中，降低对大气的污染；另外其爆炸噪音低，在60分贝以下，减少对周围环境的影响。

4.本发明设计合理，罐体上无焊接件，所有配件(进气管、排气管、液体输送管等)均集中在密封法兰盖上，并且以螺纹形式连接，不使用焊接连接，消除配件冲击振动断裂，另外螺纹方便安装和维修，降低维修费用。另外罐体的设计和制造除了考虑承载强度、冲击疲劳、壳体振动频率和振幅等结构强度因素外，还考虑合成产物，尤其是金刚石之类的超硬材料对罐体内壁的侵蚀和冲刷，因此，本发明中爆炸载荷量m(kg)与罐体的容积v(m³)和罐体的重量G(T)的关系为：m(kg)＝1/3v(m³)，m(kg)＝1/6G(T)，效果较好。

5.本发明使用范围广，制造成本低，并且后处理用酸为常见无机酸，价格便宜，成本较低，因此易于推广实施，具有较好的社会和经济效益。

四.附图说明：

图1为纳米金刚石爆炸合成罐的结构图之一

图2为纳米金刚石爆炸合成罐的结构图之二

图3为纳米金刚石爆炸合成罐的结构图之三

图4为纳米金刚石爆炸合成罐的结构图之四

图5为纳米金刚石爆炸合成装置的结构图

五.具体实施方式：

实施例一：参见图1，图中，纳米金刚石爆炸合成罐的轴对称旋转组合壳体的中部为圆柱形壳体8，圆柱形壳体8上、下两端分别固定连接有一个呈反对称的截圆球形壳体6、9，上、下截圆球形壳体6、9的另一端开口处分别和一个带有法兰密封端的短圆柱形壳体过渡段5、11连接，形成上端进料孔和下端人孔，罐体的各部分采用焊接固定，上、下短圆柱形壳体过渡段5、11的法兰密封端通过紧固件(螺栓)分别与上、下法兰盖4、12连接，支撑架10为下边带有法兰翻边圆柱壳体，其支撑面为与下截圆球形壳体9外表面相匹配的球面块或环形球面体，支撑面与下截圆球形壳体9之间为活动配合，保证罐体在爆炸合成时的自由运动，防止罐体的应力集中。上密封法兰盖4上安装有进气管1、排气管3和爆炸物控制线密封导塞2，下密封法兰盖12上安装有液体输料管13及控制阀，爆炸物7悬挂在罐体中央。上、下截圆球形壳体6、9为半球壳，半球壳与中部圆柱形壳体8的曲率半径相等。

实施例二：参见图2，图中编号与实施例一相同的，代表的意义相同，相同之处不重述，不同之处在于：圆柱形壳体8上、下两端分别固定连接有一个呈反对称的截椭球形壳体6、9，上、下截椭球形壳体6、9的另一端开口处分别和一个带有法兰密封端的短圆柱形壳体过渡段连接，并且上、下截椭球形壳体6、9为半椭球壳，半椭球壳的长轴与中部圆柱形壳体8的直径相等。支撑架10为下边为法兰翻边，中间为纵、斜杆围成固定的支架体。

实施例三：参见图3，本实施例与实施例二基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：上、下截椭球形壳体6、9为半椭球壳，半椭球壳的短轴与中部圆柱形壳体8的直径相等。支撑架10的支撑面上固定有弹性层14，其与截椭球形壳体之间为弹性配合。

实施例四：参见图4，图中编号与实施例一相同的，代表的意义相同，相同之处不重述，不同之处在于；圆柱形壳体8上、下两端分别固定连接有一个呈反对称的截抛物线形壳体6、9(一般抛物线方程为y＝ax²+bx+c)，上、下截抛物线形壳体6、9的另一端开口处分别和一个带有法兰密封端的短圆柱形壳体过渡段连接，支撑架10的支撑面上固定有弹性层14，其与截椭球形壳体之间为弹性配合。

实施例五：参见图5，图中编号与实施例一相同的，代表的意义相同，相同之处不重述，纳米金刚石爆炸合成装置使用实施例一～实施例四中任一种纳米金刚石爆炸合成罐，并且纳米金刚石爆炸合成罐上密封法兰盖4上的进气管1与气瓶16和真空泵15连接，排气管3与气体过滤器4连接，下密封法兰盖12上的液体输料管13与液体过滤池18连接，液体过滤池18通过抽吸泵19与两个沉淀罐20连接，沉淀罐20设有排料管和控制阀。根据需要，沉淀罐20可以采用多个。

使用时，打开上密封法兰盖4，将裹有石墨粉的、直径40mm、高200mm、密度为1.68g/cm³的TNT/RDX 50柱状药柱7悬挂在罐体内的中央，密封好上密封法兰盖4，通过真空泵15将罐体内形成一定的真空度，在通过气瓶16向罐体内充入二氧化碳气体至3个大气压，引爆药柱，爆炸合成产物充满罐体内腔或贴附在罐体内壁上。重复上述过程，进行多次爆破，然后打开上密封法兰盖4，用高压水枪冲洗罐体内壁，将合成物的悬浮液经过液体输料管13流到沉淀池18中，然后经过抽吸泵19将经过沉淀的合成产物抽到沉淀罐20中进一步沉淀，以获得高纯度的纳米金刚石。排气管3与气体过滤器4连接，能够将罐体内排出的废气进行过滤，以减少对空气的污染。在使用前和使用一定次数后将罐体整体退火，以保证罐体使用的安全性。

改变爆炸物7的结构形式，可以组成多个实施例，但是其金刚石的合成过程基本一样，在此不一一详述。