УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
APPARATUS FOR PRODUCING INORGANIC MATERIALS

Предложенное изобретение относится к процессам получения новых материалов и касается технических средств для производства таких материалов.
Известны устройства для получения материалов и композиций на основе органических и минеральных компонентов, содержащие корпус, рабочую камеру, систему охлаждения, термогенератор, магистрали подачи исходных компонентов и отвода полученного продукта [RU 90062, B01J 20/00, 2009; RU 92654, С01В 31/02, 2009; RU 2270802, С01В 31/00, 2005].
Характерными существенными недостатками отмеченных аналогов являются: низкая производительность и незначительная эффективность ввиду несовершенства конструкции рабочей камеры и комплектующих агрегатов, не позволяющих вести получение принципиально новых материалов и композиций на их основе. Наиболее близким по сущности является технологический комплекс для получения фуллерена и производства фуллеренсодержащего материала (патент RU48529U, опубликовано: 27.10.2005), содержащий корпус в виде полой емкости, в котором размещена камера возгонки исходного углеродсодержащего материала, имеющая магистрали подачи исходного материала и инертного газа, силовой разрядный узел с парой электродов, соединенных с полюсами источника тока, магистраль отвода продукта переработки материала, устройство для подачи хладагента, отличающийся тем, что комплекс дополнительно снабжен парами электродов, все электроды установлены под углом к продольной оси корпуса, противоположно ориентированные электроды соединены с одним полюсом источника тока, а ориентированные к ним под углом другие электроды соединены с другим полюсом источника тока, камера возгонки оснащена вырезанными в нее по касательной к стенке патрубками для подачи вихревого потока инертного газа, а также оснащена бункером, заполненным пылевидным исходным материалом, и бункером для подачи аэрозольной фазы исходного материала в магистраль инертного газа, при этом магистраль отвода продукта переработки материала соединена с полостью электромагнитопневмоциклона, имеющего патрубки для отвода фракций фуллеренсодержащего материала на фильтры и на упаковку.
Техническим результатом заявляемого устройства для получения композиций на основе органических и минеральных компонентов является расширение технологических возможностей аппаратов, предназначенных для тепловой переработки минеральных материалов с их техническим совершенствованием, дающим возможность производства материалов, обладающих спектром таких свойств, как: незначительное энергопотребление при переработке исходного компонента, высокая стойкость к агрессивным средам, эффективность при получении композиции с другими материалами.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлено устройство для получения неорганических материалов, содержащее рабочую камеру, включающий источник высокотемпературной ионизированной среды и источник инертного газа, корпус которой имеет систему охлаждения в виде рубашки, заполненный хладагентом, полость камеры сообщена с контейнером исходного неорганического порошкообразного материала - кремния или углерода, отличающееся тем, что рабочая камера оснащена вакуум-установкой, а в полости камеры размещен теплообменник для аккумулирования перерабатываемого исходного материала, соединенный с источником теплообменной среды и закрепленный на одной из сторон рабочей камеры, соединенной с корпусом посредством шарнира.
Изобретение поясняется чертежом (см. Фиг.).
Устройство для получения композиций на основе органических и минеральных компонентов выполнено в виде рабочей камеры 1, оснащенной источником 2 высокотемпературной ионизированной среды и соединенной с контейнером 3, заполненным порошкообразным кремнием; камера также сообщена с баллоном 4 инертного газа, например аргона, ксенона, криптона, а также соединена с вытяжной вакуум-установкой 5. Полость камеры соединена патрубком 6 с емкостью 7 для аккумулирования получаемой композиции, которую хранят в среде инертного газа или направляют на технологическое использование в качестве материала, напыляемого на различные поверхности: лопатки турбин, резцов, кислотостойкие изделия. Корпус рабочей камеры 1 имеет рубашку 8, заполненную хладагентом, по полости камеры размещен теплообменник 9, закрепленный с помощью шарнира 10 и замка 11 на нижней стороне камеры. Степень чистоты и качество получаемого материала проверяют экспресс-методом с помощью имеющейся аппаратуры анализа, например, с помощью тонкослойной хроматографии. Этот материал также может быть эффективно использован для получения различных композиций.
Работа устройства для получения композиций на основе органических и минеральных компонентов осуществляется следующим образом.
В рубашку 8 и в теплообменник 9 подают хладагент; полость камеры вакуумируют; включают источники 2 высокотемпературной ионизированной среды; из контейнера 3 подают порошкообразный кремний, осуществляют его тепловую переработку, пары кремния аккумулируют на теплообменнике 9, получая новый материал с требуемыми свойствами. Часть материала отводят по патрубку 6 в емкость 7. Материал, осевший на теплообменнике 9, удаляют с него, открыв замок 11 и, поворотом вокруг шарнира 10, освобождают теплообменник из полости камеры 1.
Таким образом, разработанное устройство в комплексе позволяет решить одну из важных задач в технологии получения материалов и композиций на основе органических и минеральных компонентов.
Возможность производства материалов, обладающих спектром таких свойств, как незначительное энергопотребление при переработке исходного компонента, высокая стойкость к агрессивным средам, эффективность при получении композиции с другими материалами, достигается за счет того, что используемый контейнер, соединенный с рабочей камерой, позволяет при его заполнении легко изменять химический состав порошка, его фракции и дисперсность; например, использовать смесь порошков углерода и кремния и/или их соединений и изотопов для получения различных вариантов новых материалов, а также тем, что в устройстве использован источник высокотемпературной ионизированной среды.
Использование высокотемпературной ионизированной среды (то есть, высокотемпературной плазмы), состоящей из ионизированных молекул инертного газа и паров порошка (например, кремния, углерода и/или иных компонент, обладающих высокой стойкостью к агрессивным средам) при вариации ее параметров (например, температуры в камере, давлении паров, состава инертного газа/газов, состава паров порошка, величины и структуры внешнего электрического и магнитного полей и т.д.) обеспечивает возможность и создает условия разнообразного соединения атомов кремния, углерода и иных материалов, например, в цепочечные структуры, кольцевые структуры, сферические структуры и т.д. между собой, образуя новые химические соединения, которые принципиально невозможно получить иными способами. Использование же инертного газа для создания высокотемпературной ионизированной среды с парами исходных порошков исходя из особенностей строения молекул инертных газов, связанных, в том числе, с полным заполнением валентными электронами их внешних электронных оболочек, не требует высоких значений напряжения и тока для создания и поддержания газового разряда, то есть большого энергопотребления.