СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
METHOD FOR PREPARATION OF FINELY DISPERSED POWDER OF INORGANIC SUBSTANCES

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.
7
2
7
2
7
2
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 2·10А/см и более, заготовок из платины - 1,4·10 А/см, заготовок из железа - 10 А/см 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;
0
µ - магнитная постоянная, Гн/м;
γ - радиус токопроводящей заготовки, м;
n
ρ - удельное электрическое сопротивление материала токопроводящей заготовки при
нормальных условиях, Ом·м;
ж
3
γ - плотность жидкого метала, кг/м;
2
α - коэффициент поверхностного натяжения, кг/с.
Эксперименты проводились исходя из условия получения высокодисперсных порошков такого же качества, как в способе-прототипе. Проведение способа иллюстрируется нижеследующими примерами.
4
3
3
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 4·10 Па. На заготовку от источника питания подают энергию 80 Дж/мм. Предварительный нагрев осуществляют от дополнительного источника питания емкостью 7,4 мкФ при зарядном напряжении 30 кВ. Производительность процесса на один импульс составила 300 мм(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).
4
3
3
2
2
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 4·10 Па. На заготовку от источника питания подают энергию 45 Дж/мм. Предварительный нагрев осуществляют от дополнительного источника питания, имеющего емкость 3 мкФ, заряжаемую до напряжения 20 кВ. Производительность процесса на один импульс составила 125 мм (0,33 г/импульс), что в 10 раз выше производительности способа-прототипа. Площадь удельной поверхности порошка - 28 м/г (в прототипе 24 м/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<sup>-6</sup>
120
2
6,3·10<sup>-6</sup>
78
Заявляемый объект
3
5,5·10<sup>-5</sup>
80
4
9·10<sup>-5</sup>
82
5
4,6·10<sup>-4</sup>
80
6
5·10<sup>-4</sup>
300
-6
В таблице Δt, равное 6,3·10, с, является
, с,
-4
a Δt, равное 4,6·10, 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.