Спосіб отримання чистих нанодисперсних порошків металів

Спосіб отримання чистих нанодисперсних порошків металів, який полягає у встановленні на відстані один від одного електродів, подачі у міжелектродний проміжок струмопровідного матеріалу, замиканні електродів та випаровуванні струмопровідного матеріалу, шляхом утворення високотемпературної плазми, яку отримують, подаючи на електроди імпульси високої напруги, визначаючи 3 електричною дугою, токами індукції чи іншим. В залежності від виду вихідних матеріалів та продукту, що отримують, випаровування і конденсацію проводять у вакуумі, потоці інертного газу або плазмі. Розмір і форма частинок залежать від температури процесу, складу атмосфери та тиску в реакційному просторі. Наприклад, в атмосфері гелію частини порошку мають менший розмір , ніж в атмосфері аргону. У такий спосіб можна отримувати порошки Ni, Mo, Fe, Ті, Аl з розмірами частинок у десятки нанометрів. [Див. Г Алексеев и др. Современные методы производства нанопорошков //Мир технологий № 2, 2010 г. с. 4-5]. Відомий також спосіб електровибухового одержання НДП металів і сплавів в газовому середовищі (повітря, агрон, тощо), який полягає у тому, що заготовки у вигляді стержнів з матеріалу , з якого одержують порошок, розташовують у реакторі між двома електродами, на який подають високу напругу і здійснюють електричний вибух, в результаті чого частинки, що утворюються, зависають у газовому середовищі або осідають на стінках реактора [Азаркевич Е.И., Ильин А.П., Тихонов Д.В., Яблуновский Г.В. Електровзрывной синтез ультрадисперсных порошков сплавов и интерметаллических соединений //ФиХОМ. 1997 г. № 4, с. 85-88]. Недоліком такого способу є висока пірофорність продуктів синтезу, тривалість процесу пасивації та відділення порошків (до 10 діб) та наявність екологічно шкідливих викидів. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб отримання чистих нанодисперсних порошків металів і сплавів, який полягає у тому, що на відстані один від одного встановлюють електроди, у міжелектродний проміжок подають струмопровідні стержні, замикаючи електроди, а випаровування стержнів і утворення високотемпературної плазми здійснюють, подаючи на електроди імпульси високої напруги, стержні виготовлять з струмопровідного матеріалу, визначають їх поперечний переріз, довжину та необхідну величину напруги і накопиченої енергії, причому попередньо струмопровідні стержні виготовляють компактуванням порошків металу і вуглецевмісної сировини (графіт, парофін, органічні смоли та інше), а випаровування стержнів і утворення високотемпературної плазми здійснюють у робочій рідині (дистильована вода, етиловий спирт, гас, тощо). [Див. декл. пат. України на кор. мод. №19650, Мкл C01B 31/00, 2006 р.]. Суттєвим недоліком такого способу отримання нанодисперсних порошків є неможливість отримання відокремлених від інших чистих порошків одного з компонентів, а також підвищена енергомісткість технології. У даній технології суттєві витрати енергії передбачаються для отримання струмопровідних стержнів. Завданням, на вирішення якого спрямована корисна модель, що заявляється, є забезпечення можливості отримання окремого виду чистого порошку при зменшенні енергомісткості процесу, шляхом зміни технологічних операцій. Поставлене завдання вирішується таким чином: 57398 4 У відомому способі отримання чистих нанодисперсних порошків металів, який полягає у встановленні на відстані один від одного електродів, подачі у між електродний проміжок струмопровідного матеріалу, замиканні електродів та випаровуванні струмопровідного матеріалу, шляхом утворення високотемпературної плазми, яку отримують, подаючи на електроди імпульси високої напруги, визначаючи необхідну її величину та величину накопиченої енергії, а також кількості струмопровідного матеріалу, згідно з корисною моделлю, що заявляється, як струмопровідний матеріал використовують попередньо подрібнений агломерат з руди та вуглецевмісної сировини, а утворене у плазмовому потоці середовище обробляють НВЧ-магнітним полем з наступним розподілом та сепаруванням вихідних газів та суміші металевих порошків, при цьому суміш металевих порошків сепарують модуляторами електродних потенціалів з подальшим їх роздрібненням до нанорозмірів в нанокавітаційному пристрої. Спосіб отримання чистих нанодисперсних порошків металів реалізують таким чином. Агломерат, що являє собою суміш металовмісткої сировини (руди) та вуглецевмісної сировини після подрібнення млином шнековим живильником подають у зону дії плазмотрону, де формують плазмове середовище, яке обробляють НВЧмагнітним полем. Оброблене плазмове середовище спрямовують до модуляторів електродного потенціалу з яких далі на охолоджувальний кавітронний дисоціатор рідини, рештки рудного матеріалу після вилучення з нього металів спрямовують на утилізацію. Отриману в процесі обробки плазмотроном газову компоненту за допомогою скруберів очищають від пилу та спрямовують на ректифікаційну колонну для сепарування та доочищення. Фізика способу отримання нанодисперсних порошків металів пояснюється таким чином. При контакті потоку сировини (агломерату) з плазмовим потоком одночасно відбувається нагрів часток агломерату і повітря. При цьому частинки розмірами до 250мкм при темпах підігріву 10^410^5град/с. через виникнення термічних напруг в їх об'ємі отримують тепловий удар, в результаті якого частинки подрібнюються на осколки протягом 0,01-0,05с це призводить до різкого зростання площі поверхні розподілу газової і твердої фаз, а відповідно до збільшення реакційної спроможності агломерату. Тепловий вибух частинок багатократно прискорює вихід літких за рахунок більш розвиненої поверхні реагування і появи інших більш дрібних частинок, які нагріваються до температури вилучення літких набагато швидше, ніж великі частинки. З підвищенням температури газу і частинок починається гетерогенні термохімічні перетворення палива з участю електрично нейтральних, але хімічно активних центрів (радикалів та продуктів дисоціації молекул). З переходом літких руд (СО, Н2, С6Н6, СН4, CO2, H2О та інше) в газову фазу починається їх хімічна взаємодія з повітрям та між собою. Саме на цій стадії газофазних реакцій помітна інтенсифікуюча дія термоелектричної складової низькотемпературної плазми, яка про 5 57398 являється у прискоренні хімічних перетворень за рахунок переходу до реакцій з хімічноактивними центрами і більш низькими значеннями енергії активації. У подальшому руда, проходячи плазмо Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 6 ву обробку у кавітронному деструкторі потрапляє в охолоджувальний потік та у кавітронному млині піддається надвисокоадіабатичній кавітронній деструкції за допомогою нанокавітації. Підписне Тираж 23 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