Патент на изобретение №2359784

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области получения высокодисперсных порошков неорганических веществ путем электрического взрыва заготовок. Токопроводящие заготовки, выполненные из металлов и сплавов, имеющие отношение их удельных сопротивлений в жидком и твердом состоянии, равное 1 или более, предварительно нагревают. Далее взрывают в газовой среде под воздействием импульса тока, подаваемого на заготовки от источника питания. Нагрев осуществляют пропусканием через заготовки электрического тока от дополнительного источника питания в течение времени t, выбранного из условия: ,

где t – время, в течение которого через заготовку пропускают электрический ток от дополнительного источника питания, с; µ₀ – магнитная постоянная, Гн/м; r – радиус токопроводящей заготовки, м; _n – удельное электрическое сопротивление материала токопроводящей заготовки при нормальных условиях, Ом·м; _ж – плотность жидкого металла, кг/м³; – коэффициент поверхностного натяжения, кг/с². Обеспечивается повышение производительности за счет увеличения габаритов заготовок. 1 табл.

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.

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 2·10⁷ А/см² и более, заготовок из платины – 1,4·10⁷ А/см², заготовок из железа – 10⁷ А/см² 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 t, выбранного из условия:

где t – время, в течение которого через заготовку пропускают электрический ток от

дополнительного источника питания, с;

µ₀ – магнитная постоянная, Гн/м;

– радиус токопроводящей заготовки, м;

_n – удельное электрическое сопротивление материала токопроводящей заготовки при

нормальных условиях, Ом·м;

_ж – плотность жидкого метала, кг/м³;

– коэффициент поверхностного натяжения, кг/с².

Эксперименты проводились исходя из условия получения высокодисперсных порошков такого же качества, как в способе-прототипе. Проведение способа иллюстрируется нижеследующими примерами.

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 4·10⁴ Па. На заготовку от источника питания подают энергию 80 Дж/мм³. Предварительный нагрев осуществляют от дополнительного источника питания емкостью 7,4 мкФ при зарядном напряжении 30 кВ. Производительность процесса на один импульс составила 300 мм³ (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).

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 4·10⁴ Па. На заготовку от источника питания подают энергию 45 Дж/мм³. Предварительный нагрев осуществляют от дополнительного источника питания, имеющего емкость 3 мкФ, заряжаемую до напряжения 20 кВ. Производительность процесса на один импульс составила 125 мм³ (0,33 г/импульс), что в 10 раз выше производительности способа-прототипа. Площадь удельной поверхности порошка – 28 м²/г (в прототипе 24 м²/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	t, c	d, нм	Примечание
1	6·10-6	120
2	6,3·10-6	78	Заявляемый объект
3	5,5·10-5	80
4	9·10-5	82
5	4,6·10-4	80
6	5·10-4	300

В таблице t, равное 6,3·10^-6, с, является

, с,

a t, равное 4,6·10^-4, 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.

Формула изобретения

Способ получения высокодисперсных порошков неорганических веществ, включающий 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, отличающийся тем, что перед взрывом токопроводящих заготовок их предварительно нагревают до плавления путем пропускания через них электрического тока от дополнительного источника питания в течение времени t, выбранного из условия:

где t – время, в течение которого через заготовку пропускают электрический ток от дополнительного источника питания, с;
µ₀ – магнитная постоянная, Гн/м;
r – радиус токопроводящей заготовки, м;
_n – удельное электрическое сопротивление материала токопроводящей заготовки при нормальных условиях, Ом·м;
_ж – плотность жидкого металла, кг/м³;
– коэффициент поверхностного натяжения, кг/с².