Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів

1. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів, заснований на пропусканні імпульсного електричного струму через ерозійні проміжки і металеві гранули, які знаходяться в діелектричній рідині в реакторі, що містить електроди, який відрізняється тим, що збільшують амплітуду імпульсів електричного струму до появи стрибка напруги 3 26014 танталу, заліза, шляхом вибуху металевих заготовок під впливом імпульсу стр уму в газовому середовищі аргону і гелію під тиском 1...100атм. [Вопросы атомной науки и техники. Серия: Атомное материаловедение. Вып.1, М., 1978, с.21-242]. Недоліками цього способу є низька продуктивність способу і великий розкид частинок за розмірами від 0,01 до 1мкм і більш, обумовлений тим, що тривалість імпульсів струму вибрана більше 100мкс, що приводило до руйнування провідника в режимі розбризкування розплавленого металу. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб диспергування металів шляхом електричного вибуху заготівки при пропусканні через неї електричного струму при щільності струму, що достатня для запобігання неоднорідному нагріву заготівки [Патент RU №2115515. Седой B.C. Cпособ получения высокодисперсных порошков неорганических веществ. МПК6 B22F9/14. Оп убл. 20.07.1998]. Основними недоліками цього способу є низька продуктивність, обумовлена наявністю трудомісткого підготовчого періоду, пов'язаного з складною технологією подачі заготівки у вигляді дротика, а також обмеження на частоту вибухів із-за механічних операцій необхідних для подачі заготовок в зону реактора. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення продуктивності способу і поліпшення гранулометричного складу нанопорошків за рахунок зменшення розкиду частинок за розмірами. Поставлена задача вирішується диспергуванням металевих гранул в рідині шляхом вибухів не всієї заготівки, а локальних мікрооб'ємів металевих гранул, в яких відбулася перебудова кристалічної решітки металу, тобто відбувся поліморфний перехід. В запропонованому, як і у відомому способі ерозійно-вибухового диспергування металів диспергування засновано на пропусканні імпульсного електричного струму через ерозійні проміжки і металеві гранули, що знаходяться в діелектричній рідині в реакторі, який містить електроди, а, відповідно до цієї пропозиції, збільшують амплітуду імпульсів електричного струму до появи стрибка напруги на електродах, що свідчить про поліморфний перехід речовини в локальних мікрооб'ємах металевих гранул, здійснюють ударне стиснення локальних мікрооб'ємів металевих гранул ударними хвилями, що виникають від іскрових розрядів в діелектричній рідині в зонах ерозійних проміжків, і пропускають імпульсний електричний струм через мікрооб'єми металевих гранул, що піддалися стисненню ударними хвилями, при цьому енергія імпульсів електричного струму перевищує енергію сублімації металу в локальних мікрооб'ємах металевих гранул, в яких відбувся поліморфний перехід. У пропонованому способі збільшують амплітуду імпульсів імпульсного електричного струму до появи різкого стрибка напруги на електродах. Це дозволяє створити умови для перебудови кристалічної решітки металу, тобто для здійснення поліморфного переходу в локальних мікрооб'ємах металевих гранул. При поліморфному переході здійснюється різка зміна питомого електричного 4 опору металу в локальних мікрооб'ємах металевих гранул, що піддалися ударному стисненню. Момент різкої зміни електричного опору металу фіксується по стрибку напруги на електродах. Ударне стиснення локальних мікрооб'ємів металевих гранул ударними хвилями, що виникають від іскрових розрядів в рідині в зонах ерозійних проміжків, приводить до перебудови кристалічної решітки металу, тобто до поліморфного переходу металу в локальних мікрооб'ємах металевих гранул. Оскільки ударні хвилі, що приводять до ударного стиснення металу, розходяться на всі боки у вигляді сферичних хвиль, то найбільша величина ударного стиснення спостерігається в локальних мікрооб'ємах біля поверхні гранул біля лінії іскрових розрядів. У цих локальних мікрооб'ємах металу здійснюється поліморфний перехід. Величина ударного стиснення залежить від величини амплітуди імпульсного електричного струму. Поліморфне перетворення розглядається як граничний випадок стиснення для даної модифікації кристалічної решітки. Величина стиснення для кристалічних тіл має кінцеве значення. При перевищенні цього значення кристалічна решітка стає нестійкою, і здійснюється поліморфний перехід. Для різних металів точка поліморфного переходу різна. Так, наприклад, для заліза тиск поліморфного переходу складає величину близько 126кбар. Для олова тиск поліморфного переходу складає величину близько 100кбар. При поліморфному переході стрибком змінюється питомий електричний опір металу. Наприклад, у заліза питомий електричний опір змінюється більш ніж в 2,5 разу. [В.В.Евдокимов. Некоторые закономерности фазовых превращений элементов при высоких давлениях. Успехи физических наук. Т. 88, вып.1,1966.] Протікання імпульсного електричного струму через мікрооб'єми металевих гранул, що піддалися стисненню ударними хвилями, призводить до того, що переважна частка теплової енергії вивільняється саме в тих локальних мікрооб'ємах гранул, що піддалися поліморфному переходу, оскільки з цих зонах електричний опір стає найбільшим в електропровідному ланцюжку металевих гранул. Це дозволяє сконцентрувати енергію диспергування в дуже малих мікрооб'ємах металу, що , у свою чергу, дозволяє отримувати високодисперсний нанопорошок. Оскільки енергія імпульсів електричного струму перевищує енергію сублімації металу в локальних мікрооб'ємах металевих гранул, в яких відбувся поліморфний перехід, то це також збільшує ступінь дисперсності нанопорошку і підвищує продуктивність диспергування. На кресленні приведена схема реалізації способу. На кресленні зображені реактор 1 з електродами 2 і 3, металеві гранули 4, діелектрична рідина 5, іскрові розряди 6, локальні мікрооб'єми 7, наночастки 8, вібратор 9. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів здійснюють таким чином. Металеві гранули 4, що підлягають диспергуванню, розміщають на дно реактора 1 між електродами 2 і 3. При цьому в якості металевих гранул 4 використовують 5 26014 метали або сплави. Метали вибирають з ряду: алюміній, олово, мідь, срібло, золото, платина, нікель, залізо, вольфрам, молібден, кобальт, магній, марганець, цинк, ванадій, хром. Сплави вибирають з ряду: латунь, нікель-хром, залізо-нікель, вольфрам- нікель- залізо, карбід вольфраму і т.п. Для всіх металів і сплавів диспергування здійснюють в діелектричній рідині 5 з великим питомим опором. Під час надходження на електроди 2 і 3 електричних імпульсів від генератора імпульсів (на кресленні не показаний) між металевими гранулами 4 і електродами 2, З виникають іскрові розряди 6. Для збільшення кількості іскрових розрядів б і розрядних проміжків між гранулами гранули 4 піддаються вібрації вібратором 9. Під дією іскрових розрядів б в точках входження струму в гранули 4 здійснюється ударне стиснення локальних мікрооб'ємів 7 металевих гранул 4 ударними хвилями, що виникають в рідині 5. Тиск вибухоподібне збільшується, що приводить до перебудови кристалічної решітки металу, тобто до поліморфного переходу в локальних мікрооб'ємах металевих гранул. Наслідком поліморфного переходу є стрибкоподібна зміна питомого електричного опору металу в локальних мікрооб'ємах металевих гранул. Досягнення точки поліморфного переходу для певного металу здійснюється у міру збільшення амплітуди імпульсного електричного струму до появи стрибка напруги на електродах внаслідок стрибкоподібної зміни питомого електричного опору металу в локальних мікрооб'ємах металевих гранул. Енергію імпульсів електричного струму встановлюють свідомо більше енергії сублімації металу в локальних мікрооб'ємах металевих гранул. При протіканні імпульсного електричного струму через мікрооб'єми металевих гранул 4, що піддалися стисненню ударними хвилями, переважна частка теплової енергії вивільняється в локальних мікрооб'ємах 7 гранул 4, що піддалися поліморфному переходу, оскільки саме в цих зонах Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 6 електричний опір стає найбільшим в електропровідному ланцюжку металевих гранул. Енергія диспергування концентрується в дуже малих мікрооб'ємах металу. Мікрооб'єми металу в зонах ерозійних проміжків плавляться і вибухоподібне руйнуються на найдрібніші наночастки 8 і пару. Продукти руйнування розлітаються з швидкостями, що перевищують 1 км/с, і дуже швидко охолоджуються в рідині. Оскільки процес утворення наночасток 8 протікає вибухоподібне, то отриманий нанопорошок має високу дисперсність і однорідний гранулометричний склад. А оскільки вибухоподібне диспергування здійснюється одночасно в безлічі ерозійних проміжків і не потрібні підготовчі операції для подачі заготовок в зону реактора, то продуктивність способу значно більше, чим у прототипу. Приклад Гранули карбіду вольфраму, завантажені в реактор для ерозійно-вибухового диспергування,під дією сили тяжіння рівномірно розміщувалися на дні реактора між електродами. Енергія сублімації вольфраму Ec=88,7Дж/мм 3. На електроди подавали імпульси електричного струму тривалістю 40мкс з енергією 20Дж, що перевищує енергію сублімації випарованого металу приблизно в 2 рази. Амплітуду імпульсів підвищували до появи стрибка напруги на електродах. У реакторі відбувалися електричні розряди по ланцюжках металевих гранул. Процес носив явно виражений вибуховий характер, що виявлялося у великій інтенсивності звукових хвиль і великій кавітації в рідині і тим самим побічно вказувало на високу концентрацію енергії в локальних мікрооб'ємах металу. При цьому здійснювалось диспергування гранул карбіду вольфраму, а зважений у воді порошок темно-сірого кольору виносився потоком рідини з реактора. Порошок карбіду вольфраму мав частинки сферичної форми однорідного гранулометричного складу. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601