Способы получения нанопорошков

Секция ««ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯЛА И КА»

УДК 620.91

Г. В. Кочкина Научный руководитель - Г. Г. Крушенко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПОРОШКОВ

Рассмотрены основные способы и устройства получения нанопорошков.

В последнее время значительное внимание уделяется новому классу материалов - ультрадисперсным порошкам химических соединений, называемых на-норошками (НП). Они представляют собой сверхмелкозернистые кристаллические или аморфные образования с размерами, не превышающими 100 нм (1 нм = 10-9 м). Интерес к ним связан: 1) с проявлением веществом в нанокристаллическом состоянии особых свойств (магнитных, оптических и др.), не характерных для объемных материалов, обусловленных проявлением квантовых эффектов; 2) уменьшение размеров кристаллитов - традиционный способ улучшения таких свойств материала, как каталитическая активность, активность в твердофазных реакциях, процессах спекания.

Существует более 20 способов получения НП [1] и их условно можно разбить на четыре группы: 1) путем химических реакций в растворе или газовой фазе получают молекулярные кластеры; 2) конденсацией в газовой фазе путем первоначального испарения получают газофазные кластеры; 3) в результате протекания твердотельных химических реакций или имплантации ионов возникают твердотельные кластеры; 4) путем нук-леации из растворов и расплавов или путем золь-гель превращений получают коллоидные кластеры.

Метод плазмохимического синтеза, как способ получения НП [2], по своим технологическим возможностям и технико-экономическим показателям является наиболее перспективным из известных способов. Его основными достоинствами являются: возможность переработки любого сырья, включая и самого тугоплавкого; высокая производительность; малая инерционность; непрерывность процесса. Особенно важным является тот факт, что этот способ позволяет [3] управлять размерами частиц, формирующихся в

потоках плазмы по различным макромеханизмам: пар - жидкость - кристалл и пар - кристалл.

Порошки металлов в ультрадисперсном состоянии получают в результате восстановления их оксидов водородом, углеродом или конвертированным газом. Кроме того, ультрадисперсные порошки металлов получают восстановлением хлоридов металлов водородом, переконденсацией массивных порошков. Частицы НП имеют субмикрокристаллические размеры вследствие того, что они кристаллизуются из газовой фазы с высокой скоростью. Коагуляция частиц не происходит из-за малой продолжительности их нахождения в плазмотроне.

Другая технология получения НП - метод электрического взрыва проводника (ЭВП), при котором материал проводника в виде проволочки при прохождении по нему мощного импульса тока разрушается, в результате чего образуются ультрадисперсные частицы [4]. ЭВП - неравновесный процесс, при котором под действием импульсного электрического тока проводник диспергируется, и продукты взрыва перемешиваются с окружающей средой. Достоинствами электровзрывной технологии являются: регулирование свойств конечных продуктов электровзрыва с помощью электрических параметров, низкие энергозатраты - менее 10 кВт-час/кг, достаточно высокая производительность - до 50 г/час по алюминию и до 300 г/час по вольфраму, при этом тугоплавкость металлов не имеет значения. Полученные таким способом НП обладают рядом преимуществ: устойчивы к окислению и спеканию при комнатной температуре, при нагревании характеризуются высокой химической и диффузионной активностью. На рис. 1 представлена схема установки УДП-5 для получения порошков металлов, сплавов и химических соединений.

Рис. 1. Схема установки УДП-5: 1 - реактор, 2 - взрываемая проволока, 3 - высоковольтный электрод, 4 - заземленный электрод,

5 - источник импульсов напряжения, 6 - механизм подачи проволоки с узлом деформации, 7 - система подачи газа в реактор, 8 - вентилятор, 9 - трубопровод для возврата газа в реактор, 10 - трубчатые газоотводы, 11 - узел отделения газа и сбора порошка

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2014. Технические науки

Рис. 2. Узел отделения газа и сбора порошка: 12 - расширители, 13 - накопители порошка

Основной особенностью является то, что система циркуляции газа и сбора порошка выполнена в виде трубчатых газоотводов, которые подсоединены одними концами к реактору напротив межэлектродного промежутка, а другими - к узлу отделения газа и сбора порошка. В трубчатых газоотводах происходит процесс гашения ударной волны. Узел отделения газа и сбора порошка (рис. 2) позволяет осуществить сепарацию частиц по размерам.

Библиографические ссылки

1. Суздалев И. П., Суздалев П. И. Нанокластеры и нанокластерные системы. Организация, взаимодействие, свойства // Успехи химии. 2001. № 70 (3). С. 203240.

2. Колесников А. В., Крушенко Г. Г., Фильков М. Н. Применение ультрадисперсных порошков для повышения качества деталей машин и механизмов. Алма-Ата : КазНИИНТИ, 1991. 72 с.

3. Возможности плазменного синтеза для получения ультрадисперсных порошков, в том числе с предельно малыми размерами частиц / Ю. В. Цветков, Н. В. Алексеев, А. В. Самохин и др. // Физикохимия ультрадисперсных систем : Матер. IV Всерос. конф. М. : МИФИ, 1998. С. 55-56.

4. Назаренко О. Б. Процессы получения нанодис-персных тугоплавких неметаллических соединений и металлов методом электрического взрыва проводников. Томск : Изд-во ТПУ. 2006. 39 с.

© Кочкина Г. В., 2014

УДК 621.438:621.675.001.2

А. М. Лукишин, Н. С. Шогин Научный руководитель - Д. А. Жуйков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ У ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ДИСКА В КОРПУСЕ

Рассмотрены режимы течения в боковых пазухах у диска, вращающегося в корпусе энергоустановок двигателей летательных аппаратов. Приведены зависимости для определения границ существования режимов течения.

В теории турбомашин задача о течении у вращающего диска занимает особое положение, поскольку значительная доля механических потерь в насосах и турбинах относится к так называемым дисковым потерям [1]. Корректное определение потерь является важной задачей при создании современных математических моделей турбомашин различного назначения. Коэффициенты потерь в основном зависят от числа Рейнольдса, который определяет режим течении и характеризует соотношения сил инерции и внутреннего трения (т. е. сил вязкости) при вынужденном течении рабочей жидкости.

Рабочие колеса в центробежных насосах и турбинах обычно вращаются в довольно узких кожухах, ширина которых мала по сравнению с радиусом диска. Использование приближения свободного вращающегося диска приводит к большим погрешностям в случае малых зазоров между статором и ротором.

(статор) и

Ь между корпусом и числа Рейнольдса

Течение вязкой сжижаемой жидкости индуцировано вращением диска радиуса Ь с постоянной угловой скоростью V вокруг оси, перпендикулярной к плоскости диска (рис. 1). В зависимости от относи-

О =

тельной величины зазора

диском

V , вычисленным по угловой скорости

вращения ю и радиуса диска Ь, выделяется четыре характерных режима течения [2] (рис. 2).

Режим I соответствует достаточно малым зазорам, когда толщины ламинарных пограничных слоев на статоре и роторе составляют около полуширины продольного размера полости(пограничные слои на статоре и роторе сливаются), а действие вязких сил распространяется на всю расчетную область. При этом окружная скорость в промежутке между вращающим-