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 електричний опір локальних мікрооб'ємів металу в приповерхневих шарах металевих гранул і електродів на лініях 3 Canadian Journal of chemistry, 1966, т. 44, 2, с.137142]. Недоліком цього способу є низька продуктивність. Відомий спосіб диспергування металів, зокрема, титану, нікелю, ніобію, вольфраму, молібдену, танталу, заліза шляхом вибуху металевих заготовок під дією імпульсу струму в газовому середовищі (аргоні і гелії) 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 приводить до руйнування провідника в режимі розбризкування розплавленого металу. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб диспергування металів шляхом електричного вибуху заготівки у вигляді дротика при пропусканні через неї електричного струму при щільності струму, достатній для запобігання неоднорідному нагріву заготівки [Патент RU №2115515. Седой B.C. Способ получения высокодисперсных порошков неорганических веществ. МПК 6 B22F9/14. Опубл. 20.07.1998]. Основними недоліками цього способу є низька продуктивність, обумовлена наявністю трудомісткого підготовчого періоду, пов'язаного з складною технологією подачі 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 кристалічних ґрат металу, тобто відбувся поліморфний перехід. Запропонований, як і відомий спосіб ерозійновибухового диспергування металів заснований на пропусканні імпульсного електричного струму через ерозійні проміжки і металеві гранули, які знаходяться в діелектричній рідині в реакторі, що містить електроди, і, відповідно до цієї пропозиції, збільшують електричний опір локальних мікрооб'ємів металу в приповерхневих шарах металевих гранул і електродів на лініях протікання імпульсного електричного струму шляхом перебудови кристалічних ґрат металу за рахунок стрибкоподібного збільшення тиску в діелектричній рідині в зонах ерозійних проміжків, прилеглих до локальних мікрооб'ємів металевих гранул і електродів, і здійснюють електричні вибухи локальних мікрооб'ємів металевих гранул і електродів імпульсами електричного струму з енергією імпульсів, що перевищує енергію сублімації металу в локальних мікрооб'ємах. В пропонованому способі збільшують електричний опір локальних мікрооб'ємів металу в приповерхневих шарах металевих гранул і електродів на лініях протікання імпульсного електричного струму шляхом перебудови кристалічних ґрат ме 26345 4 талу за рахунок різкого збільшення тиску в діелектричній рідині в зонах ерозійних проміжків. Перебудова кристалічних ґрат металу відома як поліморфний перехід металу. При поліморфному переході здійснюється стрибкоподібна зміна питомого електричного опору металу. Різке збільшення тиску в діелектричній рідині в зонах ерозійних проміжків, прилеглих до локальних мікрооб'ємів металевих гранул, здійснюється під дією імпульсів електричного струму і приводить до ударного стиснення металу, що приводить до поліморфного переходу. 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 вздовж лінії протікання електричного струму. В цих локальних мікрооб'ємах металу здійснюється поліморфний перехід. Величина ударного стиснення залежить від потужності імпульсу електричного струму. Поліморфне перетворення розглядається як граничний випадок стиснення для даної модифікації кристалічних ґрат. Величина стиснення для кристалічних тіл має кінцеве значення. При перевищенні цього значення кристалічні грати стають нестійкими, 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 стрибкоподібно змінюється питомий електричний опір металу. Наприклад, у заліза питомий електричний опір змінюється більш ніж в 2,5 рази [В.В. Евдокимов. Некоторые закономерности фазовых превращений элементов при высоких давлениях. Успехи физических наук. Т. 88, вып. 1, 1966.] Збільшення електричного опору локальних мікрооб'ємів металевих гранул і електродів на лініях протікання імпульсного електричного струму призводить до того, що енерговиділення практично повністю робиться сконцентрованим в згаданих локальних мікрооб'ємах металевих гранул і електродів. Переважна частка теплової енергії вивільняється в локальних мікрооб'ємах гранул, що піддалися поліморфному переходу, оскільки з цих зонах електричний опір стає найбільшим в електропровідному ланцюжку металевих гранул. За рахунок високої щільності енергії в локальних мікрооб'ємах металу різко зростає продуктивність диспергування і підвищується дисперсність порошку. Здійснення електричних вибухів тих локальних мікрооб'ємів металевих гранул і електродів, в яких відбувся поліморфний перехід, імпульсами електричного струму з енергією імпульсів, що перевищує енергію сублімації металу, 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, 5 26345 наночастки 8, вібратор 9, умовна лінія 10 протікання струму. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів здійснюють таким чином. Металеві гранули 4, що підлягають диспергуванню, поміщають на дно реактора 1 між електродами 2 і 3. При цьому в якості металевих гранул 4 використовують метали або сплави. Метали вибирають з ряду: алюміній, олово, мідь, срібло, золото, платина, паладій, родій, іридій, нікель, залізо, вольфрам, молібден, кобальт, ванадій, тантал, ніобій, титан, цинк, марганець, магній. Сплави вибирають з ряду: латунь, нікель-хром, залізо-нікель, вольфрам-нікель, вольфрам-нікель-залізо, карбід вольфраму тощо. 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 між гранулами і електродами 2, 3 виникають іскрові розряди 6. Для збільшення інтенсивності іскрових розрядів 6 і кількості розрядних проміжків гранули 4 піддають вібрації вібратором 9. Під дією іскрових розрядів 6 в точках входження струму в гранули 4 і електроди 2, 3 здійснюється ударне стиснення локальних мікрооб'ємів 7 ударними хвилями, що виникають в рідині 5. За рахунок стрибкоподібного збільшення тиску в діелектричній рідині 5 в зонах ерозійних проміжків, прилеглих до локальних мікрооб'ємів 7 металевих гранул 4 і електродів 2, 3, здійснюється перебудова кристалічних ґрат металу, тобто Комп’ютерна верстка І.Скворцова 6 здійснюється поліморфний перехід в локальних мікрооб'ємах 7 на лінії 10 протікання електричного струму. Наслідком поліморфного переходу є стрибкоподібна зміна питомого електричного опору металу в локальних мікрооб'ємах 7 металевих гранул і електродів. Енергію імпульсів електричного струму встановлюють свідомо більше енергії сублімації металу в локальних мікрооб'ємах металевих гранул. При протіканні імпульсного електричного струму по лінії 10 через ті мікрооб'єми 7 металевих гранул 4 і електродів 2, 3, що піддалися стисненню ударними хвилями, переважна частка теплової енергії вивільняється саме в локальних мікрооб'ємах 7 гранул і електродів 2, 3, що піддалися поліморфному переходу, оскільки з цих зонах електричний опір стає найбільшим в електропровідному ланцюжку металевих гранул. Енергія диспергування концентрується в дуже малих мікрооб'ємах металу. Мікрооб'єми 7 металу плавляться і вибухоподібне руйнуються на найдрібніші наночастки 8 і пару. Продукти руйнування розлітаються з швидкостями, що перевищують 1км/с, і дуже швидко охолоджуються в рідині. Оскільки процес утворення наночасток 8 протікає вибухоподібне, то отриманий нанопорошок має високу дисперсність і однорідний гранулометричний склад. Оскільки вибухоподібне диспергування здійснюється безперервно і одночасно в безлічі ерозійних проміжків і на безлічі гранул, а також не потрібні підготовчі операції для подачі заготовок в зону електровибухів, то продуктивність способу значно більше, ніж у прототипу. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601