СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МИКРОШАРИКОВ
METHOD FOR PRODUCING GLASS-METALLIC MICROBALLS

Изобретение относится к области получения стеклометаллических микрошариков и может быть использовано в технике, электронике, биотехнологии, а также в ювелирном деле.
Известен способ получения стеклянных микрошариков, заключающийся в смешении компонентов шихты, формовании стержней и их плазменное распыление и улавливание [Крохин В.П., Бессмертный В.С., Пучка О.В., Никифоров В.М. Синтез алюмоиттриевых стекол и минералов // Стекло и керамика. 1997. № 9.С. 6-7.].
Недостатком данного способа является длительность технологического процесса и его высокая энергоемкость.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип,  является способ получения стеклометаллических микрошариков, включающий приготовление стержней на основе металлической проволоки, покрытой пастой, состоящей из молотого стекла и связывающего, при этом распыление производили при мощности работы плазмотрона 9 кВт, а стержни вводили в плазменную горелку со скоростью 8-12 мм/сек [Патент RU2455118 Стеклометаллические микрошарики и способ из получения / Бессмертный В.С., Симачев А.В., Дюмина П.С., Ганцов Ш.К., Платова Р.А., Тарасова И.Д., Крахт В.Б., Бахмутская О.Н., Паршина Л.Н., Гурьева А.А. Заявка от 24.05.2010; Опубл. 10.07.2012. Бюл. № 19. 5с.].
Недостатком данного способа является длительность технологического процесса, его низкая производительность и высокая энергоемкость.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение и ускорение технологического процесса и повышение качества конечного продукта.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в упрощении и ускорении технологического процесса и повышении качества готового продукта.
Технический результат достигается тем, что, способ получения стеклометаллических микрошариков включает отвешивание компонентов, их усреднение, увлажнение, гранулирование, подучу шихты в порошковый питатель, плазменное оплавление шихты с образованием микрошариков и их улавливание; причем для приготовления шихты используют тонкодисперсный порошок меди и стеклобоя при соотношении 1:3,увлажнение шихты производят  до 5-7 %, гранулирование  шихты производят до размера гранул 3-5 мм ,а плазменное плавление гранулированной шихты производят при мощности работы плазмотрона 6 кВт и расходе гранулированной шихты 6,0 гр/сек.
Отличительным признаком предлагаемого способа является:
- увлажнение смеси шихты до влажности 5-7 %;
- приготовление гранулированной шихты из порошков меди и стеклобоя размером 3 -5 мм при соотношении 1:3 соответственно;
- подача гранулированной шихты в порошковый питатель и плазменную горелку.
Проведенный сопоставительный анализ технологических операций представлен в таблице 1.
Таблица 1
Сопоставительный анализ технологических операций
предлагаемого и известного способов
Известный способ
Предлагаемый способ
Помол стеклаСмешение порошка стекла с клеем ПВАФормование стержней из медной проволоки и пастыСушка стержнейВвод стержней в плазменную горелкуРаспыление и улавливание
Помол стеклаСмешение  и увлажнение порошков стекла и меди до 5-7 %Гранулирование шихты до размеров 3-5 ммПодача шихты в порошковый питательВвод шихты в плазменную горелкуРаспыление и улавливание
Увлажнение шихты производят для удовлетворительного гранулирования смеси стекла и порошка меди. При влажности менее 5% гранулы не имеют достаточной прочности и расслаиваются при их подаче в плазменную горелку.
При влажности более 7 % гранулы частично слипаются, что затрудняет их подачу в плазменную горелку. Оптимальным значением влажности шихты, экспериментально полученным, является значение 5-7%. Оптимальные технологические параметры, экспериментально полученные, представлены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Оптимальное соотношение компонентов шихты
Соотношение порошка меди и стекла (мас. частей)
Коэффициент диффузного отражения (КДО, %)
Процент брака, %
1:2
68
2,2
1:3*
72*
1,5*
1:4
69
2,5
* – оптимальный вариант
Таблица 3
Оптимальные технологические параметры
Мощность работы, кВт
Размер шихты, мм
Расход шихты
Качество, органолептическая оценка
5
2
6,0
Непровар шихты
3
6,0
Непровар шихты
4
6,0
Непровар шихты
5
6,0
Непровар шихты
6
6,0
Непровар шихты
6*
2
3,0
Деформация
3*
5,0
Провар шихты
6,0
Провар шихты
7,0
Непровар шихты
4*
5,0
Провар шихты
6,0
Провар шихты
7,0
Непровар шихты
5*
5,0
Провар шихты
6,0
Провар шихты
7,0
Непровар шихты
6
6,0
Непровар шихты
7
3
6,0
Деформация
4
6,0
Деформация
5
6,0
Деформация
6
6,0
Деформация
7
6,0
Деформация
* – оптимальный вариант
2
2
2
3
2
3
3
В качестве исходного материала использовали бой листового стекла следующего химического состава (масс. %): SiO – 72,0; NaO – 14,5; CaO – 6,8; AlO – 3,2; MgO – 3,4; FeO – 0,05; SO – 0,5.
Для приготовления шихты использовали порошок меди по ГОСТ –4960-2017.
Порошок меди и тонкоизмельченный в шаровой мельнице порошок стекла усредняли в лабораторном смесителе при    одновременном увлажнении 5- 7 % при соотношении 1:3 весовых частей в течении 15 минут. Шихту гранулировали в лабораторном грануляторе с получением гранул 3-5 мм. Гранулы помещали в порошковый питатель электродугового плазмотрона УПУ-8м. Зажигали дугу и подавали в плазменную горелку плазмообразующий газ аргон и шихту с расходом 6,0 гр/сек.
В плазменной горелке со средней массовой температурой плазменного факела 6000ºС происходило мгновенное плавление шихты с образованием сферических расплавленных частиц. Под действием отходящего плазмообразующего газа аргона частицы трансформировались в зону накопителя где охлаждались и накапливались в сборнике.
Параметры работы плазмотрона были следующие: мощность 6 кВт; расход плазмообразующего газа аргона – 0,0014 гр/сек при давлении 0,28 МПа.
Количество идеально сферических частиц стеклометаллических микрошариков размером 400-3000 мкм составили 98,5 %.
Коэффициент диффузного отражения, проводимый на приборе ПОС-1 по стандартной методике, составил 72%.
Изобретение относится к области получения композиционных материалов, а именно стеклометаллических микрошариков, которые могут быть использованы в технике, электронике, биотехнологии и в ювелирном деле. Заявленный способ включает отвешивание компонентов шихты, их усреднение , увлажнение до 5-7%, гранулирование до размера гранул 3-5 мм,, подачу в порошковый питатель, плазменное оплавление шихты с образованием микрошариков и их улавливание.
При этом для приготовления шихты используют тонкодисперсный порошок меди и стеклобоя при соотношении 1:3. Плазменное плавление гранулированной шихты производят при мощности работы плазмотрона 6 кВт и расходе гранулированной шихты 6,0 гр/сек.