Пристрій для отримання порошкових матеріалів

Пристрій для отримання порошкових матеріалів з різним структурним і фазовим станом при температурах близьких до кімнатних, що містить ультразвуковий генератор, акустичну систему, закріплену за допомогою утримувача на штативі, яка складається з ультразвукового перетворювача з ультразвуковим концентратором, поміщеним в циліндричну робочу камеру, яка охолоджується і має вхідний та вихідний патрубки для подачі газу, розташовані в верхній частині камери, який відрізняється тим, що акустичну систему закріплюють в утримувачі з можливістю їх спільного переміщення в осьовому напрямку, а в нижній частині пустотілої стінки робочої камери розміщений вхідний патрубок для подачі терморегулюючої рідини, в верхній и частині - вихідний патрубок, герметична кришка робочої камери подвійна, з сильфоном і герметизуючими прокладками та отвором для ультразвукового концентратора перемінного перерізу та термопари, з'єднаної з реєструючим пристроєм, торець ультразвукового концентратора, як і дно циліндричної робочої камери, виконані в вигляді увігнутих півсфер, між якими розміщений набір великих і малих куль, зазор між великими кулями і стінками робочої камери заздалегідь визначають з формули Винахід відноситься до пристроїв для подрібнення різних порошкових сумішей шляхом ультразвукової та механічної обробок для отримання порошкових матеріалів з різним структурним і фазовим станом при температурах близьких до кімнатних (аморфні, квазікристалічні, нанокристалічні, нерівноважні тверді розчини заміщення і впровадження) Відома конструкція планетарного кульового млина АГО-2У для отримання порошкових матеріалів у вигляді пересичених твердих розчинів або в інших нерівноважних станах [В В Чердынцев, П Ю Пустов, С Д Калошкин и др Расчет энергонапряженности и температуры в планетарном механоактиваторе Материаловедение, №2, 2000, с 18-23], що містить циліндричну обойму, в якій на водилі, що обертається, розміщені герметичні пустотілі барабани, заповнені металевими кулями При обертанні водила під дією центробіжних сил барабани притискаються до обойми і за рахунок фрикційного зчеплення обертаються відносно своєї осі, втягуючи в обертальний рух кулі (мелючі тіла) Суміш порошків, що обробляється в барабанах, зазнає інтенсивного ударного впливу мелючих тіл Тривалість механічної обробки складає від 100 до 1000 годин Результатом обробки є отримання порошкових матеріалів, які знаходяться в різних структурних станах (аморфному, квазікристалічному, нанокристалічному та ш) Недоліком відомої конструкції є неможливість отримання необхідних структурних станів при малих тривалостях обробки, а при великій тривалості обробки відбувається неконтрольоване забруднення суміші, що обробляється, матеріалом, з якого виготовлені деталі млина Відома також конструкція пристрою [Р В Чурбаев, В Л Колмогоров и др Установка сложного нагружения для исследования материалов при высоких регулируемых давлениях Заводская ла 2h = DK-DHU, де h - зазор між великими кулями і стінками камери , DK - діаметр камери, D-іш - діаметр великих куль, а діаметри малих куль, які розміщують між великими кулями і стінками камери, визначають з формули 2 де - діаметр малих куль 1 ю 59770 боратория, 1989, т 55, №9, с 98-99], що використовується для отримання матеріалів у різному структурному стані і містить гідравлічний прес, що забезпечує осьове квазіпдростатичне стиснення пуансонів з надтвердого сплаву (ВК-6) з плоскими робочими поверхнями, на яких поміщені наковальні, що здійснюють обертальний рух, який задається системою, що містить електродвигун з редуктором Обробка порошкової суміші ведеться при стисненні наковалень в поєднанні з їх обертанням В результаті обробки одержують матеріал у вигляді тонких дисків Недоліком відомої конструкції є неоднорідність по об'єму одержуваного зразка деформації зсуву, яка залежить від відстані до осі обертання наковалень, що викликає незавершеність процесу обробки в центральній частині зразка Крім того, відбувається не контрольоване розігрівання матеріалу і неможливо отримати матеріали в вигляді порошку Найбільш близьким за технічною суттю до пристрою, який заявляється, є пристрій для отримання аморфних і нанокристалічних матеріалів [К S Sushck/Apphcations of ultrasound to materials chemistry // MRS Bulletin, 1995, №4, p 29-34], що складається з ультразвукового генератора, акустичної системи, закріпленої за допомогою утримувача на штативі, яка містить ультразвуковий перетворювач з ультразвуковим концентратором, який поміщений в герметично закриту кришкою циліндричну робочу камеру, що охолоджується, і має вхідний і вихідний патрубки для подачі газу під високим тиском, розташовані в верхній частині камери, заповненої робочою рідиною В результаті ультразвукової кавітаційної обробки одержують порошкові матеріали в різних станах (аморфному, нанокристалічномута ш) Недоліком відомої конструкції є неможливість отримання порошкових матеріалів у вигляді твердих розчинів при температурах близьких до кімнатних, невисока ефективність, а також необхідність проведення обробки тільки в рідкому середовищі Крім того, використання газу під високим тиском (до 10 атм і вище) вимагає дотримання спеціальних мір безпеки Технічною задачею даного винаходу є створення пристрою для отримання порошкових матеріалів, які знаходяться в різних структурних або фазових станах (аморфному, квазікристалічному, нанокристалічному, нерівноважні тверді розчини заміщення та впровадження) за рахунок подрібнення шляхом одночасної ультразвукової, механічної та кавітаційної обробок при температурах близьких до кімнатних Поставлена технічна задача вирішується за рахунок того, що пристрій, містить ультразвуковий генератор, акустичну систему, закріплену за допомогою утримувача на штативі, яка складається з ультразвукового перетворювача з ультразвуковим концентратором, поміщеним в циліндричну робочу камеру, яка охолоджується і має вхідний та вихідний патрубки для подачі газу, розташовані в верхній частині камери, причому акустичну систему закріплюють в утримувачі з можливістю їх спільного переміщення в осьовому напрямку, а в нижній частині пустотілої стінки робочої камери розміще ний вхідний патрубок для подачі терморегулюючої рідини а в верхній и частині вихідний патрубок, герметична кришка робочої камери - подвійна, з сильфоном і герметизуючими прокладками та отвором для ультразвукового концентратора перемінного перерізу та термопари, з'єднаної з реєструючим пристроєм, торець ультразвукового концентратора, як і дно циліндричної робочої камери, виконані в вигляді увігнутих напівсфер, між якими розміщений набір великих (D-іш) і малих (D2LU) куль, зазор між великими кулями (D-іш) і стінками робочої камери заздалегідь визначають з формули 2h=DK-D1m, (1) а діаметри малих куль (D2m), які розміщують між великими кулями діаметром D-іш і стінками камери, визначають з формули D 2m =((D 1m /2) 2 /(D 1m +h))+h (2) де DK - діаметр камери, h - зазор між великими кулями діаметром D-іш і стінками камери, О2ш діаметр малих куль Такий підбір діаметрів куль забезпечує торкання великих куль D-іш, між собою та з малими кулями D2m, які в свою чергу торкаються стінок камери Введення акустичного поля здійснюють піджиманням акустичної системи (ультразвукового перетворювача з ультразвуковим концентратором перемінного перерізу) з силою, достатньою для контакту, до великих куль D-іш, що призводить до взаємного обертання всього набору куль, що забезпечує інтенсивну одночасну ультразвукову та механічну обробку, і подрібнення порошкової суміші при попаданні часток порошкової суміші в зони контактів торця ультразвукового концентратора, куль, стінок і дна камери при проведенні обробки в газовій атмосфері При заповненні робочого об'єму робочої камери рідиною подрібнення відбувається і за рахунок ультразвукової кавітації Поєднання ультразвукової, механічної та кавітаційної обробок в одному пристрої дозволяє одержувати порошкові матеріали в різних структурних станах (аморфному, квазікристалічному, нанокристалічному, нерівноважні тверді розчини заміщення і впровадження) за незначний час обробки і при температурах близьких до кімнатних Перелік фігур графічних зображень Винахід пояснюється кресленням, де схематично зображений загальний вигляд пристрою (фіг 1) Приклад конкретного виконання Пристрій складається з ультразвукового генератора 1, ультразвукового перетворювача 2 з ультразвуковим концентратором перемінного перерізу З, наприклад з загартованої сталі, поміщеним в робочу камеру 4, наприклад з загартованої сталі, яку герметизують подвійною кришкою 5 з сильфоном 6 і герметизуючими прокладками 7, наприклад з вакуумної гуми, в верхній частині робочої камери розміщений вхідний патрубок 8 для подачі газу в и робочий об'єм і вихідний патрубок 9, а також вхідний патрубок 10 для подачі терморегулюючої рідини і вихідний патрубок 11, причому вся акустична система (ультразвуковий перетворювач 2 і ультразвуковий концентратор 3) закріплена за допомогою утримувача 12 на штативі 13 і притиснута з силою, достатньою для контакту, до набору куль 59770 діаметром D-іш 14 і діаметром D2m 15 в ній Робоча камера 4 обладнана системою контролю температури, яка складається з термопари 16 і реєструючого приладу (на схемі не показаний) Можливе розташування робочої камери в магнітному полі Пристрій може працювати як в газовій атмосфері при пропусканні газу, наприклад гелію, через вхідний патрубок 8, робочий об'єм робочої камери 4 і вихідний патрубок 9, так і в рідкому середовищі, наприклад воді, якою заповнюється робоча камера 4 перед її герметизацією Пристрій працює наступним чином вхідну порошкову суміш, наприклад вуглець - а -залізо, поміщають в робочу камеру 4 діаметром 14,5 мм, в якій розміщені кулі 14, 15, діаметри яких DILU=12,1 мм і D2LU-3,95 MM, ВІДПОВІДНО ПІСЛЯ ЦЬОГО в робочу камеру 4 поміщають ультразвуковий концентратор 3 Робочу камеру 4 герметизують кришкою 5 з сильфоном 6, де розміщені відводи термопари 16 і після цього включають циркуляцію терморегулюючої рідини через вхідний патрубок 10, пустотілі стінки робочої камери 4 і вихідний патру Комп'ютерна верстка М Клюкш бок 11 Через вхідний патрубок 8 подають робочий газ - гелій в робочу камеру 4 для витиснення повітря Після ЦЬОГО ВСЮ акустичну систему, закріплюють в утримувачі 12 на штативі 13, переміщують в осьовому напрямку і притискають з силою, достатньою для контакту, до набору куль 14, 15 в робочій камері 4 Включають ультразвуковий генератор 1 Час обробки порошкової суміші і параметри створюваного в робочій камері акустичного поля вибирають в залежності від вихідного порошкового матеріалу і необхідного структурного стану кінцевого продукту Наприклад, порошок в стані твердого розчину впровадження в системі вуглець - альфа-залізо за 20 годин обробки в гелієвій атмосфері, порошок в стані твердого розчину заміщення в системі мідь - нікель - залізо за 12 годин обробки в етиловому спирті, порошок в аморфному стані в системі нікель - титан одержують за 10 годин обробки в етиловому спирті і тд Пристрій може бути виготовлений як в лабораторних, так і в виробничих умовах Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна