Способ получения слабоагломерированного алюминиевого 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. Алюминиевую проволоку взрывают в герметичном предварительно вакуумированном реакторе в атмосфере, содержащей инертный газ. Пассивацию осуществляют в процессе взрыва при непрерывной подаче в реактор алюминиевой проволоки и кислорода в количестве от 0,04 до 0,1 грамм на грамм алюминиевой проволоки. Обеспечивается снижение агломерации частиц порошка алюминия и их защита от окисления. 1 табл.
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.
Получение порошка алюминия осуществляется путем нагрева и электрического взрыва отрезка проволоки под действием импульса электрического тока. Из-за низкой температуры плавления Аl сконденсировавшиеся после взрыва частицы коалесцируют, а с некоторого момента агломерируют с образованием прочных спаек. Порошки алюминия пирофорны, поэтому их либо пассивируют либо хранят и перерабатывают в консервантах.
Известен способ получения металлических порошков, патент RU 212053 C1 (6 B22F 9/14), в частности порошка алюминия, в атмосфере азота при пониженном давлении, превышающем 13,3 Па. Предложенный способ позволяет увеличить площадь удельной поверхности порошка за счет увеличения радиальной скорости расширения продуктов взрыва. Однако при этом не исключается возможность агломерации частиц при их образовании в реакторе, что в конечном итоге приводит к ограничению производительности процесса. Кроме того, при снижении давления азота ниже атмосферного уменьшается его электрическая прочность, а также повышаются требования к герметичности реактора для предотвращения натекания атмосферного воздуха.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению является способ получения алюминиевого порошка, патент RU 2325973 С1 (B22F 9/14, В82В 3/00, B22F 1/02), согласно которому порошок, полученный в инертной атмосфере методом электрического взрыва проволоки, без извлечения на воздух смачивают раствором борной кислоты в этиловом спирте. При этом на частицах порошка образуется защитная оболочка, обеспечивающая стабильность порошка на воздухе. Недостатком данного способа является то, что защитная оболочка создается на частицах порошка после его получения, то есть после того, как произошла агломерация частиц порошка.
Задачей изобретения является снижение агломерации частиц порошка алюминия посредством создания на поверхности частиц алюминия защитной оболочки в процессе получения порошка.
Поставленная задача достигается тем, что при получении алюминиевого порошка методом электрического взрыва в инертный газ непрерывно добавляется кислород в количестве, не превышающем 0,1 г на грамм алюминиевой проволоки, непрерывно подаваемой в реактор. При этом на поверхности частиц алюминия образуется оболочка из аморфного оксида алюминия, препятствующая агломерации частиц и предохраняющая их от окисления.
Получение порошка алюминия осуществляется в герметичном реакторе, который предварительно вакуумируется и заполняется аргоном до давления 1,2·105 Па. Алюминиевая проволока диаметром 0,45 мм непрерывно подается в реактор в пространство между двумя электродами. Длина взрываемого отрезка проволоки составляет 147 мм, а частота взрывов - 0,5 Гц. Электрический взрыв проволоки реализуется в LC контуре с параметрами: емкость конденсаторной батареи 3,2 мкФ, индуктивность контура 0,45 мкГн. Конденсаторная батарея заряжается до напряжения 30 кВ, введенная в проволоку энергия в 1,4 раза превышает энергию сублимации алюминия. Непрерывно в реактор подается кислород с расходом 0,05 см3/с, что составляет 0,02 г на грамм алюминиевой проволоки. После получения порошок алюминия пассивируется за счет медленного напуска в реактор кислорода. Порошок имеет площадь удельной поверхности, равную 11,5 м2/г, а массовое содержание алюминия - 93%. В таблице 1 представлены значения площади удельной поверхности и массового содержания алюминия образцов порошка, полученных в условиях, приведенных выше, но при разных количествах добавляемого кислорода.
| Таблица 1 | ||
| Количество O2, г/г Al | Удельная поверхность, м2/г | Содержание алюминия, мас.% |
| 0 | 9 | 94 |
| 0,02 | 11,5 | 93 |
| 0,04 | 12,1 | 92,5 |
| 0,1 | 15 | 88 |
С увеличением количества добавляемого кислорода (табл.1) увеличивается площадь удельной поверхности порошка и закономерно снижается массовое содержание алюминия. При добавке кислорода, равной или большей 0,04 грамм на грамм алюминия, частицы порошка надежно защищены оксидной пленкой от окисления, поэтому пассивация порошка перед его извлечением из реактора на воздух не требуется. По данным рентгенофазового анализа в полученных порошках (табл.1) присутствует только кристаллический алюминий. Оксид алюминия находится в аморфном состоянии и образует оболочку на поверхности частиц алюминия, которая препятствует агломерации частиц в реакторе, что приводит к увеличению площади удельной поверхности порошка. Так порошок, полученный без добавления кислорода, имеет самое низкое значение площади удельной поверхности, равное 9 м2/г. Заметное уменьшение агломерации частиц порошка и увеличение площади удельной поверхности до 11,5 м2/г достигается при добавке кислорода 0,02 г/г Al. Увеличение количества добавляемого кислорода более 0,1 г/г Al приводит к появлению в порошке кристаллических фаз оксида алюминия. В этом случае порошок представляет собой смесь, состоящую из частиц алюминия, покрытых оксидной оболочкой, и кристаллических частиц оксида алюминия.
Таким образом, изобретение позволяет эффективно снизить агломерацию частиц порошка алюминия за счет формирования на частицах защитной оболочки из оксида алюминия. При количестве добавляемого кислорода, превышающем 0,04 г на грамм алюминия, полученный порошок не требует пассивации перед извлечением.
Способ получения слабоагломерированного алюминиевого порошка, включающий электрический взрыв алюминиевой проволоки в герметичном предварительно вакуумированном реакторе в атмосфере, содержащей инертный газ, и пассивирование полученного порошка, отличающийся тем, что пассивацию осуществляют в процессе взрыва при непрерывной подаче в реактор алюминиевой проволоки и кислорода в количестве от 0,04 до 0,1 г на грамм алюминиевой проволоки.
