[0001] 本发明涉及金属粉体制造的技术领域，更具体地说，它涉及一种用于金属蒸发的电极装置。

[0002] 纳米金属粉体是指尺寸在1‑100nm之间的超细金属粒子。由于纳米金属粉体具有较高的比表面积，并且表面原子数与体积原子数之比随着粒径减小而急剧增大，从而体现出了显著的尺寸效应、体积效应和表面效应。

[0003] 目前，纳米金属粉体生产所采用的主流方法为电弧法。电弧法采用的机理如下：阴极装置和阳极装置之间产生电弧，提供热能，使得金属熔融蒸发，形成了金属蒸汽，金属蒸汽冷凝、收集，得到所需的纳米金属粉体。

[0004] 电弧法中，电极装置作为电弧能量稳定输出的主要装置之一。相关技术中，电极装置包括导热主体和电极针，电极针固定在导热主体的一端，并且在导热主体的另一端开设冷却水入口，导热主体的轴线处开设中空腔体，冷却水入口和中空腔体连通，导热主体外壁开设有冷却水流出通道，电极针与导热主体接触的部分传热，采用水冷的方式进行冷却。但上述水冷式电极装置的电极针传热不均，仅尾端能够实现冷却，加热尖端的冷却速度慢。由于电弧激发瞬间能够达到4000～5000K的高温，高于电极针的熔点，导致电极针尖端容易出现熔融的情况，难以有效地控制电极装置的电弧激发稳定，从而导致纳米金属粉体的生产质量下降。

[0026] 参见图1，图1为实施例1公开的一种用于金属蒸发的电极装置剖面结构示意图。一种用于金属蒸发的电极装置，包括导热主体1、安装在导热主体1一端的电极针2。导热主体1上开设有冷却液流动通道3和气流通道4，冷却液流动通道3中的冷却液通过导热主体1传热，对气流通道4内的气体进行冷却，冷却后的气体喷出，沿着电极针2外壁流动，使得气体能够直接吹送至金属蒸汽高温核心区，提升金属蒸汽高温核心区的温度梯度，直接降低电弧周围的金属蒸汽浓度，从而抑制金属原子之间的过度碰撞，降低纳米金属粒子粒径急剧增大的可能性，保证在较高的电弧电流下，纳米金属粒子的产量和质量均能够提升。

[0027] 参见图1，导热主体1包括安装部11、与安装部11一体成型的把持部12。安装部11远离把持部12的一端开设有安装槽13，安装槽13用于固定电极针2。为了便于更换电极针2，电极针2可拆卸连接在安装部11上，拆卸连接的方式包括但不限于螺纹连接、卡接，本实施例中采用螺纹连接的方式，在安装槽13内壁开设螺纹槽口，电极针2尾部设置成螺纹状，使得电极针2在使用时能够牢固地安装在导热主体1上。

[0028] 参见图1，冷却液流动通道3和气流通道4均设置在把持部12。冷却液流动通道3包括进液通路31、连接通路32和出液通路33。进液通路31、气流通道4和出液通路33在把持部12的轴线处由内向外依次平行设置。进液通路31沿把持部12的轴线方向开设，进液通路31的进液端34与外界连通，冷却液流入进液通路31。连接通路32连通进液通路31和出液通路
33，出液通路33的出液端35位于把持部12的外壁上，冷却液可以持续不断地流入导热主体1内部，起到稳定地降温作用。由于气流通道4位于进液通路31和出液通路33之间，冷却液呈S形流动，可在气流通道4的两侧同时对气体进行冷却，从而有助于提升气体的冷却效率。进液通路31的进液端34可以与出液通路33的出液端35连通，使得冷却液实现循环流动，节约电极装置的运行成本。

[0029] 图2为图1中A‑A方向上的剖视图。参见图1和图2，为了保证电极装置高效且稳定运行，气流通道4设置有多个，且连接通路32和每个气流通道4均错位设置，即，连接通路32可以位于相邻两个气流通道4之间。冷却液流动通道3和气流通道4不连通，避免冷却液从气流通道4处泄漏。气流通道4的进气端41设置在把持部12的外壁上，气流通道4的出气端42设置在安装部11靠近电极针2的一侧，气流通道4内的气体经过冷却液冷却后，沿着电极针2的外壁流动。由于电极针2与安装部11接触的部分可通过冷却液进行冷却，同时喷出的气体对电极针2外壁接触，两者相互配合能够实现对电极针2整体的高效降温，电弧激发的瞬间温度难以对电极针2的尖端进行熔融。其次，冷却后的气体沿着电极针2直接吹送至金属蒸汽的核心区，使得金属蒸汽高温核心区的温度梯度提升，从而电弧周围的金属蒸汽浓度下降，从而抑制金属原子之间的过度碰撞，降低纳米金属粒子粒径急剧增大的可能性。再者，由于气体能吹扫电极针2表面附着的细小金属颗粒，电极针2表面保持洁净，进一步降低金属原子沾染到电极针2表面附着的细小颗粒导致粒径变大的可能性。因此，电极装置能够保证在较高的电弧电流下，纳米金属粒子的产量能够达到3.96～4.55kg/h，粒径能够稳定地控制在20～120nm。

[0030] 参见图1和图2，为了进一步提升纳米金属粒子的生产质量，需要将气体在气流通道4内的流量控制在100～500SLPM，并控制气流通道4的个数为4～8个，多个气流通道4以电极针2为轴心均匀分布在导热主体1内。气体能够360°围绕电极针2外壁进行吹扫，并对金属蒸汽不产生较大的扰动，保证纳米金属粉体的稳定生产。

[0031] 针对气体流量与气流通道4个数进行深入研究，以金属镍作为原料：当气体流量为100SLPM，气流通道4数为4个时，纳米金属镍粉的粒径在60～120nm，产量能够达到4.55kg/h；
当气体流量为300SLPM，气流通道4数为4个时，纳米金属镍粉的粒径在30～65nm，产量能够达到4.12kg/h；
当气体流量为500SLPM，气流通道4数为4个时，纳米金属镍粉的粒径在20～75nm，产量能够达到3.96kg/h；
当气体流量为300SLPM，气流通道4数为6个时，纳米金属镍粉的粒径在35～85nm，产量能够达到4.18kg/h；
当气体流量为300SLPM，气流通道4数为8个时，纳米金属镍粉的粒径在40～90nm，产量能够达到4.44kg/h；
由此可以看出，气体流量增大时，气流通道个数恒定，气流速度也相应增加，金属蒸汽的冷却速度加快，抑制了大颗粒的形成，小粒径的纳米金属粉体占比较大，但气流的流速过大，冷却气流直接吹送至金属蒸汽高温核心区，导致了电弧激发时金属蒸发的温度下降，金属原料的蒸发量下降，纳米金属粒子的产量降低。

[0032] 当气体流量较小时，气流对金属蒸汽的吹散作用小，高温核心区的金属蒸汽浓度高，金属蒸汽的高温核心区温度梯度差小，金属粒子之间仍然发生较多的碰撞，纳米金属粒子的粒径偏大，但较小流量的气流对金属的蒸发温度几乎无影响，纳米金属粒子的产量维持在较高的水平。

[0033] 而当气流流量恒定在300SLPM时，纳米金属粉体的粒径随着气流通道4个数的增加而增大。原因在于：气流通道4数增加，气流的流量恒定，气流通道4总面积增大，气流流速和气流通道4的总面积成反比，气流流速减小，金属蒸汽的冷却速度减小，导致金属粒子的粒偏大。并且，由于多股气流之间产生干扰，直接吹送至金属蒸汽高温核心区的气流流量减少，电弧激发时对金属蒸发的温度影响较小，金属原料的蒸发量有所提升，从而使得纳米金属粒子的产量也有所提升。

[0034] 参见图1，安装部11还设置有绝缘保护套组5，绝缘保护套组5包括第一绝缘保护套51和第二绝缘保护套52。第一绝缘保护套51位于电极针2与导热主体1之间，第一绝缘保护套51可拆卸连接在安装部11上，第二绝缘保护套52可拆卸连接在安装部11的外壁上，第二绝缘保护套52一端与第一绝缘保护套51抵接，第一绝缘保护套51的内壁和第二绝缘保护套
52的内壁与安装部11的外壁相贴合。绝缘保护套组5对安装部11进行全面包覆，使得电弧只在电极针2处被激发，降低电弧击穿冷却液流动通道3的可能性，从而保证了电极装置运行的安全性。

[0035] 参见图1，第一绝缘保护套51底部与电极针2的外壁平行设置，第一绝缘保护套51底部与电极针2外壁之间的间隙小于气流通道4的直径。根据文丘里效应，气体从大直径通道进入小直径通道时流速加快，从而使得气体能够充分清除电极针2外壁的金属颗粒，并且能够进一步提升金属蒸汽高温核心区的温度梯度，降低了电弧周围蒸汽浓度。

[0036] 参见图1，第一绝缘保护套51和第二绝缘保护套52的可拆卸连接方式包括但不限于卡接或者螺纹连接，本实施例中采用卡接，以便于绝缘保护套组5及时进行更换，从而能够对导热主体1进行长效防护，使得电极装置使用时安全性能得到有效提升。

[0037] 本实施例的具体工作方式：操作人员同时打开气流阀门和冷却液阀门，使得气流流入至气流通道4中，冷却液流入至冷却液流动通道3内，冷却液同步对电极针2尾部以及气体降温，气体喷出后，沿着第一绝缘保护套51底部与电极针2之间的间隙流动，充分吹扫去除电极针2外壁上的金属颗粒，还能够使得金属蒸汽的高温核心区温度梯度提升，降低了电弧周围蒸汽浓度，使得纳米金属粒子生产质量和产量均可得到提升。

[0038] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0039] 且，以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。