УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ МЕТАЛЛОВ И РАСТВОРОВ МЕТАЛЛОВ
INSTALLATION FOR OBTAINING NANODISPERSED POWDER OF METALS AND SOLUTIONS OF METALS

Область техники, к которой относится изобретение
.
Настоящее изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству металлических наноразмерных порошков, а более конкретно к установкам для получения нанодисперсных порошков металлов и растворов металлов, включающая в себя реакционную камеру, заполняемую рабочим газом, первый блок подачи первой проволоки, первый блок подачи электрического тока на первую проволоку и блок электростатического осаждения продуктов реакции и может использоваться в химической промышленности и машиностроении.
Уровень техники.
Известна из уровня техники установка для получения нанодисперсных порошков металлов и растворов металлов, включающая в себя реакционную камеру, заполняемую рабочим газом, первый блок подачи первой проволоки, первый блок подачи электрического тока на первую проволоку и блок электростатического осаждения продуктов реакции, см. описание патента на полезную модель № 103504, опубликован в 2011 г.
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению и взято за прототип. Таким образом, предлагаемое в данном описании устройство будет описано в терминах отличий от прототипа.
Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет получать наночастицы металлов и растворы металла в металле, полученные из разных проволок, каждая из которых выполнена из своего металла. Нужно брать серийно не производимую проволоку из необходимого материала, либо проволоку из одного металла покрывать слоем другого металла.
Раскрытие изобретения.
Настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить установку для получения нанодисперсных порошков металлов и растворов металлов, позволяющую получать наночастицы металлов и растворы металла в металле, полученные из разных проволок, каждая из которых выполнена из своего металла, что и является поставленной технический задачей.
Для достижения этой цели
• установка включает в себя второй блок подачи второй проволоки,
• второй блок подачи электрического тока на вторую проволоку, при этом
• первый и второй блоки подачи электрического тока соединены с микроэлектронным блоком управления, который выполнен с возможностью регулировать энергию взрыва и задержку для каждой из двух проволок в отдельности.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность получать наночастицы металлов и растворы металла в металле, полученные из разных проволок, каждая из которых выполнена из своего металла. Причем одновременно можно менять процентную концентрацию этого раствора путем изменения энергии взрыва и задержки.
Существует еще один возможный, но не обязательный вариант изобретения, в котором первый блок подачи первой проволоки и второй блок подачи второй проволоки расположены с обеспечением пересечения проволок под углом, меньшим 45°.
Углом пересечения можно регулировать соотношение по массе в продукте реакции между частицами раствора и наночастицами металлов в виде отдельных фаз.
Существует также возможный вариант изобретения, в котором каждый блок подачи электрического тока на проволоку выполнен в виде модуля силовых конденсаторов, соединенного с модулем заряда конденсаторов, содержащим стабилизированный повышающий преобразователь, собранный по полномостовой схеме, управляемый микроэлектронный блоком управления, причем повышающий преобразователь питаются от бытовой сети 220В, при этом выход повышающего преобразователя соединен с батареями силовых конденсаторов, напряжение на которых регулируется системой автоматического управления с отрицательной обратной связью, реализованной внутри микроэлектронного блока управления.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность конкретного исполнения блока подачи электрического тока.
Краткое описание чертежей.
Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 изображает схему установки для получения нанодисперсных порошков металлов и растворов металлов, согласно изобретению,
- фигуры 2 и 3 изображают внешний вид полученных растворов металлов, согласно изобретению.
На фигуре 1 обозначено:
1 - первый блок подачи первой проволоки;
2 - второй блок подачи второй проволоки;
3, 4 - электромеханические актуаторы;
5, 6, 7, 8 - подвижные изолированные контакты, приводимые в движение электромеханическими актуаторами;
9, 10, 11, 12 - силовые неподвижные контакты;
13, 14 - полупроводниковые коммутаторы;
15, 16 - батареи конденсаторов;
17 - реакционная камера;
18, 19 - пластины системы электростатического осаждения;
20 - система регулирования плотности среды и напуска рабочего газа. Позволяет изменять размер и состав порошков.
21 - шланг низкого давления;
22 - блок электростатического осаждения;
23 - повышающий преобразователь с системой заряда батарей конденсаторов;
24 - микроэлектронный блок управления;
25 - взрываемые проволоки.
Согласно фигуре 1 установка для получения нанодисперсных порошков металлов и растворов металлов включает в себя реакционную камеру 17, заполняемую рабочим газом, первый блок подачи первой проволоки 1, первый блок подачи электрического тока на первую проволоку и блок электростатического осаждения продуктов реакции 22. Установка включает в себя второй блок подачи второй проволоки 2, второй блок подачи электрического тока на вторую проволоку. Первый и второй блоки подачи электрического тока соединены с микроэлектронным блоком управления 24, который выполнен с возможностью регулировать энергию взрыва и задержку для каждой из двух проволок в отдельности.
Первый блок подачи первой проволоки 1 и второй блок подачи второй проволоки 2 расположены с обеспечением пересечения проволок под углом, меньшим 45°. (На фигурах не показано)
Каждый блок подачи электрического тока на проволоку выполнен в виде модуля силовых конденсаторов 15 и 16, соединенного с модулем заряда конденсаторов 23, содержащим стабилизированный повышающий преобразователь, собранный по полномостовой схеме, управляемый микроэлектронный блоком управления 24, причем повышающий преобразователь питаются от бытовой сети 220В, при этом выход повышающего преобразователя соединен с батареями силовых конденсаторов 15 и 16, напряжение на которых регулируется системой автоматического управления с отрицательной обратной связью, реализованной внутри микроэлектронного блока управления.
Блоки подачи проволок преимущественно выполнена в виде системы двухроликового тянущего типа с электронным управлением.
Осуществление изобретения.
Установка для получения нанодисперсных порошков металлов и растворов металлов работает следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения. Имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.
В реакционную камеру 17 подаются две проволоки разных металлов, они зажимаются контактными зажимами разрядников 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. На проволоки подается импульс тока высокой амплитуды синхронно (в случае проволок из одинакового материала) или, в случае разных материалов, с некоторой разницей во времени, позволяющей обеспечить синхронность подрыва. В случае разных материалов так же может регулироваться энергия взрыва в отдельности для каждой заготовки (также для обеспечения синхронного взрыва (с небольшим допуском отклонения) в результате, если металлы одинаковы, то получается нанопорошок этого металла, если металлы разные - нанопорошок раствора одного металла в другом или интерметаллидного соединения, в зависимости от конкретного материала проволоки и энергии взрыва.
Промышленная применимость.
Установка для получения нанодисперсных порошков металлов и растворов металлов может быть осуществлена специалистом на практике и при осуществлении обеспечивают реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
С целью подтверждения работоспособности данной конструкции в реальных условиях была проведена серия опытных испытаний устройства. В частности, при давлении 102 кПа получены частицы меди (сплав М00б) размером 30-70 нм использовалась проволока диаметром 0,3 мм.
Микрофотографии подтверждают, в первую очередь, возможность получения порошков заданных размеров.
Таким образом было показано, что благодаря новым конструктивным особенностям устройства становится возможным получать наночастицы раствора металла в металле.
Кроме того, появляется возможность регулирования размера частиц путем изменения плотности среды (давления) в реакционной камере (блок 20 на схеме) и возможность изменения химического состава частиц (получение оксидов, нитридов металлов и т. д.) путем заполнения реакционной камеры различными газами