СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МИКРОШАРИКОВ
METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE MICRO-BALLS

Изобретение относится к области дорожных покрытий и может быть использовано при получении микрошариков.
Из уровня техники известны способы получения микрошариков на основе силикатных стекол, недостатком которых является низкая микротвердость микрошариков.
Наиболее близким решением к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения микрошариков из сортовых стекол, включающий измельчение стеклобоя, формование шихты с изготовлением стержней, их подачу в плазменную горелку электродугового плазмотрона, образование и диспергация расплава, постепенное остывание микрошариков в потоке отходящих плазмообразующих газов, а затем при их соприкосновении с водоохлаждаемой металлической полусферой, подача микрошариков на вибросито и накопление микрошариков в сборнике. [Бессмертный В.С., Крохин В.П., Ляшко А.А., Дридж Н.А., Шеховцова Ж.Е. Получение стеклянных микрошариков методом плазменного распыления// Стекло и керамика.2001, №8. - с. 6-7].
Недостатком прототипа является низкая микротвердость микрошариков.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается получении микрошариков с высокой микротвердостью.
Технический результат достигается тем, чтоспособ получения композиционных микрошариков включает измельчение боя формовочных материалов, формование шихты и ее подачу в плазменную горелку электродугового плазмотрона, образование расплава и его диспергацию, охлаждение микрошариков, накопление микрошариков в сборнике, причем в качестве боя применяют бой свинцового хрусталя и бой фарфора при соотношении 2:3, шихту формуют в виде гранул размером 1,0-2,0 мм, гранулы подают в порошковый питатель электродугового плазмотрона, а из него под действием динамического напора плазмообразующего газа (давление 0,25-0,26 МПа) в плазменную горелку, охлаждение микрошариков выполняют в отходящем потоке плазмообразующих газов.
Предложенный способ отличается от прототипа тем, что:
- в качестве боя применяют бой свинцового хрусталя и бой фарфора при соотношении 2:3;
- шихту формуют в виде гранул размером 1,0-2,0 мм;
- гранулы подают в порошковый питатель электродугового плазмотрона, а из него под действием динамического напора плазмообразующего газа (давление 0,25-0,26 МПа) в плазменную горелку;
- охлаждение микрошариков выполняют в отходящем потоке плазмообразующих газов.
Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.
Совместное измельчение боя хрусталя и боя фарфора обеспечивает равномерное усреднение шихты. Шихту формуют в виде гранул оптимального размера 1,0-2,0 мм, так как при размере гранул менее 1,0 мм образуются композиционные микрошарики низкого качества, а при размере гранул более 2,0 мм происходит неполный провар шихты и образование микрошариков с низкой микротвердостью. Подачу гранулированной шихты из порошкового питателя в плазменную горелку необходимо осуществлять под давлением плазмообразующего газа аргона 0,25-0,28 МПа (производительность 10-12 г/сек), так как ниже или выше данного порога значений снижается производительность получения микрошариков или наблюдается неполное оплавление шихты и как следствие получение микрошариков низкого качества.
Таблица 1Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов
Известный способ
Предлагаемый способ
Измельчение стеклобояФормование шихты с изготовлением стержней
<img file="00000001.jpg" he="8" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />Подача стержней в плазменную горелку электродугового плазмотрона
<img file="00000001.jpg" he="8" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />Образование расплава и его диспергация
<img file="00000001.jpg" he="8" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />Постепенное охлаждение микрошариков в отходящем потоке плазмообразующих газов, а затем при их соприкосновении с водоохлаждаемой металлической полусферой
<img file="00000001.jpg" he="8" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />Подача микрошариков на вибросито
<img file="00000001.jpg" he="8" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />Накопление микрошариков в сборнике
Совместное измельчение боя свинцового хрусталя и боя фарфора при соотношении 2:3
<img file="00000001.jpg" he="8" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />Формование шихты с изготовлением гранул размером 1,0-2,0 мм
<img file="00000001.jpg" he="8" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />Подача гранул в порошковый питатель электродугового плазмотрона, а из него под действием динамического напора плазмообразующего газа (давление 0,25-0,28 МПа) в плазменную горелку
<img file="00000001.jpg" he="8" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />Образование расплава и его диспергация
<img file="00000001.jpg" he="8" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />Охлаждение микрошариков в отходящем потоке плазмообразующих газов
<img file="00000001.jpg" he="8" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />Накопление микрошариков в сборнике
Композиционные микрошарики на основе боя хрусталя и боя фарфора при оптимальном соотношении, полученном экспериментально (таблица 2 и 3), обладают одновременно высокой микротвердостью и показателем преломления.
Таблица 2Микротвердость и показатель преломления композиционных микрошариков
№п/п
Содержание шихты, масс. %
Микротвердость, HV
Показатель преломления
Бой свинцового хрусталя
Бой фарфора
1.
70
30
850
1,53
2.
60
40
1045
1,53
3.
50
50
1060
1,33
4.
40
60
1085
1,52
5.
30
70
1099
1,51
Таблица 3Параметры и свойства микрошариков
№п/п
Наименование параметра
Известный способ
Предлагаемый способ
1.
Плазмотрон
УПУ-8М
УПУ-8М
2.
Плазменная горелка
ГН-5р
ГН-5р
3.
Плазмообразующий газ
Аргон
Аргон
4.
Расход плазмообразующего газа, г/с
0,00093-0,00163
0,00093-0,00140
5.
Ток, А
350-450
350-450
6.
Напряжение, В
30
30
7.
Давление газа в порошковом питателе, МПа
-
0,25-0,26
8.
Производительность, г/сек*
2-3*
8-10*
9.
Размер микрошариков, мкм
80-1450
900-2100
10.
Состав исходной шихты
Бой сортовых стекол - 100%
Бой свинцового хрусталя и бой фарфора:стекло - 40%;фарфор - 60%.
11.
Микротвердость, HV*
560*
1045*
12.
Показатель преломления, и*
1,51*
1,53*
* - по собственным исследованиям.
Пример.
Бой свинцового хрусталя и бой фарфора помещали в шаровую фарфоровую мельницу при соотношении 2:3 частей соответственно, что соответствовало 40% боя хрусталя и 60% боя фарфора. Совместный помол производили в течении 2 часов. Мелющими телами служили уролитовые шары. С использованием лабораторного тарельчатого гранулятора гранулировали шихту с получением гранул 1,0-2,0 мм. Затем зажигали плазменную горелку ГН-5р электродугового плазмотрона УПУ-8М. Параметры работы плазмотрона следующие: ток 450А, напряжение 30В, расход плазмообразующего газа 0,00140 гр/с. Расход воды на охлаждение 10 л/мин.
Гранулированную шихту загружали в порошковый питатель. Из порошкового питателя под давлением плазмообразующего газа аргона 0,26 МПа гранулы шихты диаметром 1,0-2,0 мм поступали в плазменную горелку ГН-5р. Под действием высоких температур плазмы в плазменной горелке происходило плавление гранулированной шихты с образованием капель расплава. В процессе охлаждения в каплях расплава происходило образование вторичного муллита, равномерно по всему объему. Муллит обеспечивал высокую микротвердость композиционных микрошариков. Оксид свинца в составе композиционного микрошарика обеспечивал высокий показатель преломления.
В потоке отходящего плазмообразующего газа происходило самопроизвольное остывание композиционных микрошариков. Средний размер микрошариков лежал в пределах 900-2100 мкм.
Микротвердость композиционных микрошариков определяли на микротвердомере Виккерса как среднее пяти измерений: HV = (1026+1076+1052+1037+1045) /5 = 1045, 2 HV