Способ получения высокодисперсных порошков неорганических веществ

Изобретение относится к области получения высокодисперсных порошков неорганических веществ путем электрического взрыва заготовок. Токопроводящие заготовки, выполненные из металлов и сплавов, имеющие отношение их удельных сопротивлений в жидком и твердом состоянии, равное 1 или более, предварительно нагревают. Далее взрывают в газовой среде под воздействием импульса тока, подаваемого на заготовки от источника питания. Нагрев осуществляют пропусканием через заготовки электрического тока от дополнительного источника питания в течение времени Δt, выбранного из условия: ,

где Δt - время, в течение которого через заготовку пропускают электрический ток от дополнительного источника питания, с; µ0 - магнитная постоянная, Гн/м; r - радиус токопроводящей заготовки, м; ρn - удельное электрическое сопротивление материала токопроводящей заготовки при нормальных условиях, Ом·м; γж - плотность жидкого металла, кг/м3; α - коэффициент поверхностного натяжения, кг/с2. Обеспечивается повышение производительности за счет увеличения габаритов заготовок. 1 табл.

 

Изобретение относится к области получения высокодисперсных порошков неорганических веществ, таких как металлы, оксиды, карбиды, нитриды, путем электрического взрыва заготовок-проволочек. Получаемые этим способом порошки могут использоваться в качестве активаторов спекания композиционных материалов, модификаторов литья; для изготовления низкотемпературных высокопрочных припоев, магнитных материалов, сорбентов, катализаторов, биопрепаратов, красителей, присадок к маслам и т.п.

Известен способ получения высокодисперсных порошков неорганических веществ (РФ, патент №2115515, МПК 6 B22F 9/14, опубл. 1998.07.20), в котором электрический взрыв заготовок путем пропускания через них электрического тока осуществляют при плотности тока, достаточной для предотвращения неоднородного нагрева заготовок, а именно медных и алюминиевых заготовок при плотности тока 2·107 А/см2 и более, заготовок из платины - 1,4·107 А/см2, заготовок из железа - 107 А/см2 и более.

Одним из основных недостатков этого способа является узкая область его применения, так как фактически он разработан для ограниченного числа видов металлов, сплавы металлов в нем вообще не рассматриваются. Другим важным недостатком является его сравнительно низкая производительность.

Наиболее близким к предложенному способу является способ получения высокодисперсных порошков неорганических веществ (РФ, патент №2048277, МПК 6 B22F 9/14, опубл. 1995.11.20), включающий взрыв заготовок из металлов и сплавов диаметром 0,2-0,7 мм под воздействием импульса тока в газовой среде при давлении 0,5-10,0 атм и при плотности энергии, передаваемой на заготовку, не более 15 мкс, от 0,9 энергии сублимации материала заготовки до энергии его ионизации. При этом используют металлы и сплавы, имеющие отношение удельных сопротивлений металла в жидком и твердом состоянии, равное 1 или более, причем металлы выбраны из ряда: алюминий, олово, медь, серебро, никель, железо, вольфрам, молибден, а сплавы выбраны из ряда: латунь, никель-хром (80 мас.% никеля и 20 мас.% хрома), железо-никель (50 мас.% железа и 50 мас.% никеля). В качестве газовой среды используют газы, выбранные из группы: водород, гелий, аргон, а также из группы: воздух, азот, ацетилен или их смеси с аргоном или гелием.

Основным недостатком способа-прототипа является его сравнительно низкая производительность.

Основным техническим результатом предложенного способа является то, что его производительность, как видно из проведенных нами экспериментов, выше производительности способа-прототипа в 4-10 раз.

Такой эффект удается получить за счет того, что в предложенном изобретении решена задача получения качественного высокодисперсного порошка при увеличенных габаритах (диаметра и длины) взрываемых заготовок.

Основной технический результат достигается тем, что в способе поучения высокодисперсных порошков неорганических веществ, включающем взрыв токопроводящих заготовок в газовой среде под воздействием импульса тока, подаваемого на заготовки от источника питания, причем токопроводящие заготовки выполнены из металлов и сплавов, имеющих отношение их удельных сопротивлений в жидком и твердом состоянии, равное 1 или более, согласно предложенному решению перед взрывом токопроводящих заготовок их предварительно нагревают до плавления путем пропускания через них электрического тока от дополнительного источника питания в течение времени Δt, выбранного из условия:

где Δt - время, в течение которого через заготовку пропускают электрический ток от

дополнительного источника питания, с;

µ0 - магнитная постоянная, Гн/м;

γ - радиус токопроводящей заготовки, м;

ρn - удельное электрическое сопротивление материала токопроводящей заготовки при

нормальных условиях, Ом·м;

γж - плотность жидкого метала, кг/м3;

α - коэффициент поверхностного натяжения, кг/с2.

Эксперименты проводились исходя из условия получения высокодисперсных порошков такого же качества, как в способе-прототипе. Проведение способа иллюстрируется нижеследующими примерами.

Пример 1. Осуществляют получение высокодисперсного порошка никеля. Используют никелевую проволоку диаметром 1,5 мм и длиной 170 мм. Отношение удельных сопротивлений никеля в жидком и твердом состоянии равно 1,33. Емкость источника питания составляет 70 мкФ, а зарядное напряжение - 30 кВ. Перед получением порошка камеру вакуумируют и заполняют азотом марки Х4 до давления 4·104 Па. На заготовку от источника питания подают энергию 80 Дж/мм3. Предварительный нагрев осуществляют от дополнительного источника питания емкостью 7,4 мкФ при зарядном напряжении 30 кВ. Производительность процесса на один импульс составила 300 мм3 (2,6 г/импульс), что в 6,8 раза выше производительности способа-прототипа. Средний размер частиц получаемого порошка составил 90 нм (в прототипе 220 нм).

Пример 2. Осуществляют получение высокодисперсного порошка алюминия путем взрыва алюминиевой проволоки. Используют алюминиевую проволоку диаметром 0,8 мм и длиной 250 мм. Отношение удельных сопротивлений алюминия в жидком и твердом состоянии равно 2,2. Емкость источника питания составляет 30 мкФ, зарядное напряжение - 20 кВ. Перед получением порошка камеру вакуумируют и заполняют азотом марки Х4 до давления 4·104 Па. На заготовку от источника питания подают энергию 45 Дж/мм3. Предварительный нагрев осуществляют от дополнительного источника питания, имеющего емкость 3 мкФ, заряжаемую до напряжения 20 кВ. Производительность процесса на один импульс составила 125 мм3 (0,33 г/импульс), что в 10 раз выше производительности способа-прототипа. Площадь удельной поверхности порошка - 28 м2/г (в прототипе 24 м2/г). Средний размер частиц d полученного порошка, как и в прототипе, 80 нм.

В приведенной ниже таблице представлены данные по дисперсности порошка алюминия в зависимости от времени предварительного нагрева заготовок с помощью дополнительного источника питания.

№ п/п Δt, c d, нм Примечание
1 6·10-6 120
2 6,3·10-6 78 Заявляемый объект
3 5,5·10-5 80
4 9·10-5 82
5 4,6·10-4 80
6 5·10-4 300

В таблице Δt, равное 6,3·10-6, с, является

, с,

a Δt, равное 4,6·10-4, с, является , с.

Аналогичные результаты получены при использовании заготовок из других металлов и сплавов.

Проведенные нами экспериментальные работы с использованием заготовок различных металлов и сплавов показали, что производительность предложенного способа выше производительности способа-прототипа в 4-10 раз.

Способ получения высокодисперсных порошков неорганических веществ, включающий взрыв токопроводящих заготовок в газовой среде под воздействием импульса тока, подаваемого на заготовки от источника питания, причем токопроводящие заготовки выполнены из металлов и сплавов, имеющих отношение их удельных сопротивлений в жидком и твердом состоянии, равное 1 или более, отличающийся тем, что перед взрывом токопроводящих заготовок их предварительно нагревают до плавления путем пропускания через них электрического тока от дополнительного источника питания в течение времени Δt, выбранного из условия:

где Δt - время, в течение которого через заготовку пропускают электрический ток от дополнительного источника питания, с;
µ0 - магнитная постоянная, Гн/м;
r - радиус токопроводящей заготовки, м;
ρn - удельное электрическое сопротивление материала токопроводящей заготовки при нормальных условиях, Ом·м;
γж - плотность жидкого металла, кг/м3;
α - коэффициент поверхностного натяжения, кг/с2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам и устройствам для получения нанопорошков из различных материалов. .
Изобретение относится к способам получения наночастиц сплава платиновых металлов с железом. .
Изобретение относится к способам получения наночастиц платиновых металлов. .

Изобретение относится к плазменной технологии, а именно к способам получения металлического порошка. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошковых материалов с частицами размером менее 0,2 мкм, используемых для производства металлокерамики, композиционных материалов, а также в качестве горючего термитных и пиротехнических составов.

Изобретение относится к способу получения мелко- и ультрадисперсных легированных порошков металлов и сплавов. .

Изобретение относится к металлургии, к устройствам для изготовления металлических порошков. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, к способам получения металлических и оксидных наночастиц. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению плазменным испарением порошков алюминия субмикронных и нанометровых размеров. .

Изобретение относится к электронно-лучевой технологии и может быть использовано для получения ультрадисперсных оксидных, полупроводниковых и металлических материалов, используемых в качестве сырья в микроэлектронике, модифицирующих добавок и наполнителей
Изобретение относится к получению магнитных жидкостей, а также к синтезу основного компонента магнитной жидкости феррофазы - высокодисперсного магнетита

Изобретение относится к получению нанодисперсных металлов в жидкой фазе

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения сферических порошков и гранул из жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к способам получения наночастиц и может быть использовано при осуществлении процессов нанесения высокоэффективных каталитических нанопокрытий

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к процессам обработки в вакууме исходного порошка тугоплавкого металла

Изобретение относится к области вакуумной электротермии и порошковой металлургии и предназначено для использования в электротермических установках различного назначения, в которых в качестве нагревателя используется сильноионизированная плазма для получения из исходного металлического порошка слитка металла либо мелкодисперсного очищенного порошка
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности получению электролитических порошков

Изобретение относится к области получения металлических порошков для создания композиционных материалов, в том числе материалов с высокой теплопроводностью и высоким электрическим сопротивлением

Изобретение относится к области получения металлических порошков и может быть использовано для создания материалов с высокой теплопроводностью и высоким электрическим сопротивлением
Наверх