Спосіб визначення зовнішньої питомої поверхні надтвердих дисперсних матеріалів

1. Спосіб визначення зовнішньої питомої поверхні надтвердих дисперсних матеріалів, який передбачає вимірювання фізичних характеристик надтвердих дисперсних матеріалів і визначення аналітичним шляхом показника зовнішньої питомої поверхні, який відрізняється тим, що як фізичну характеристику визначають насипну щільність надтвердого дисперсного матеріалу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що визначення аналітичним шляхом показника зовнішньої питомої поверхні шліфпорошку надтвердого дисперсного матеріалу здійснюють за такою залежністю: Т _ а о -О,9756 р2 " ~ рО,24788 . z 0 . 7 О). де FrwT - показник зовнішньої питомої поверхні, м2/г; р - показник насипної щільності, г/см3; z = (z H + z B ) - числовий показник зернистості шліфпорошка, мкм; zH - довжина комірки сита, на якому затримується основна фракція шліфпорошка, мкм; zB - довжина комірки сита, наступного (в сторону збільшення) за ситом, на якому затримується основна фракція шліфпорошка, мкм; Р = (РН + РВ) - числовий показник марки шліфпорошка, Н; Рн - мінімальне значення показника міцності при статичному стисканні для даної марки шліфпорошка і його зернистості, Н; Рв - максимальне значення показника міцності при статичному стисканні для даної марки шліфпорошка і його зернистості, Н; а 0 = 2,4107 - числова стала, що має розмірність м2/(г х Н 0 ' 2 4 7 8 8 х мкм0'7). 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що визначення аналітичним шляхом показника зовнішньої питомої поверхні мікропорошка надтвердого дисперсного матеріалу здійснюють за такою залежністю: Fnnr. = • 1 (2), 2log(zp) де Fnwr - показник зовнішньої питомої поверхні, м/г; р - показник насипної щільності, г/см3; z = (z H + z B ) - числовий показник зернистості мікропорошка, мкм; zH - менша (нижня) межа інтервалу можливих значень середнього розміру для даної зернистості мікропорошка, мкм; zB - більша (верхня) межа інтервалу можливих значень середнього розміру для даної зернистості мікропорошка, мкм, а 0 = 3,4469 - числова стала, що має розмірність г/м2, а-і = 0,0026 - числова стала, що має розмірність г/(мкм2-м2); а 2 = -1,5728 - числова стала, що має розмірність г 1 1 / 4 /(м г -с М " м ). 00 ю со о> 11358 Корисна модель належить до методів діагностики характеристик порошків із надтвердих дисперсних матеріалів (синтетичних і природних алмазів, карбіду кремнію, кубічного нітриду бору та ін ), зокрема - їх зовнішньої питомої поверхні Відомий найбільш близький за технічною суттю до корисної моделі спосіб визначення зовнішньої питомої поверхні порошків надтвердих дисперсних матеріалів методом квазістатичного фільтрування розрідженого газу, згідно з яким як фізичну величину проводять вимірювання коефіцієнта дифузії для кнудсенівського протікання газу через шар порошка, а показник зовнішньої питомої поверхні визначають аналітичним шляхом [див „Порошки и пасты из синтетических алмазов" / Ю И Никитин, С М Уман, Л В Коберниченко и др Киев Наук думка, 1992 - 284 с ] Практична реалізація способу здійснюється із використанням спеціально створеного для цього приладу ДУП-2 Використання такого способу визначення зовнішньої питомої поверхні порошків надтвердих дисперсних матеріалів потребує значних матеріальних, трудових, енергетичних та інших затрат Потрібна ретельна підготовка зразків порошку для випробування Передбачається наявність дефіцитного, дорогого і складного у використанні приладу ДУП-2 В основу корисної моделі поставлено завдання такого удосконалення способу визначення зовнішньої питомої поверхні порошків надтвердих дисперсних матеріалів, при якому за рахунок визначення насипної ЩІЛЬНОСТІ як фізичної характеристики забезпечується визначення зовнішньої питомої поверхні порошків із надтвердих дисперсних матеріалів без застосування приладу ДУП-2 чи інших подібних за функціональним призначенням приладів, зменшення матеріальних, економічних та трудових затрат Означене завдання вирішується завдяки тому, що у способі визначення зовнішньої питомої поверхні порошків надтвердих дисперсних матеріалів, який передбачає вимірювання фізичних характеристик надтвердих дисперсних матеріалів і визначення аналітичним шляхом показника зовнішньої питомої поверхні, згідно корисної моделі як фізичну характеристику визначають насипну ЩІЛЬНІСТЬ надтвердого дисперсного матеріалу, а аналітичне визначення показника зовнішньої питомої поверхні у випадку, коли досліджуваний надтвердий дисперсний матеріал є шліфпорошком, здійснюють за такою залежністю _ а 0 0,9756р2 3 FnMT 3 де верхні, м2/г, 0 24788 ,0,7 (1) - показник зовнішньої питомої по Р - показник насипної ЩІЛЬНОСТІ, Г/СМ3, в "^ н ' - числовий показник зернистості шліфпорошка, мкм, z " - довжина комірки сита, на якому затримується основна фракція шліфпорошка, мкм, в - довжина комірки сита, наступного (в сторону збільшення) за ситом, на якому затримується основна фракція шліфпорошка, мкм, - числовий показник марки шліфпорошка, Н, н - мінімальне значення показника МІЦНОСТІ при статичному стисканні для даної марки шліфпорошка і його зернистості, Н, рв - максимальне значення показника МІЦНОСТІ при статичному стисканні для даної марки шліфпорошка і його зернистості, Н, 0 = 2,4107 - числова стала, що має розмірність м2/(г х Н° 2 4 7 8 8 х мкм0 7) ^ У випадку, коли досліджуваний надтвердий дисперсний матеріал є мікропорошком, аналітичне визначення показника зовнішньої питомої поверхні здійснюють за такою залежністю •"пит з = рЗ де ' '"" ° верхні, м /г, 2 log(z p) (2) - показник зовнішньої питомої по Р - показник насипної ЩІЛЬНОСТІ, Г/СМ3, ~{ н в) . числовий показник зернистості мікропорошка, мкм, ZH - менша (нижня) межа інтервалу можливих значень середнього розміру для даної зернистості мікропорошка, мкм, ZB - більша (верхня) межа інтервалу можливих значень середнього розміру для даної зернистості мікропорошка, мкм, а ° = 3,4469 - числова стала, що має розмірність г/м2, 1 = 0,0026- числова стала, що має розмірність г/(мкм2 м2), а 2 = -1,5728- числова стала, що має розмірн.стьг 11/4 /(м 2 см 11/4 ), 3 = 0,0007 - числова стала, що має розмірсм3) ність Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, і технічними результатами, які досягаються при й реалізації, полягає в наступному Нашими дослідженнями характеристик порошків із надтвердих дисперсних матеріалів встановлений і підтверджений практикою факт існування тісного взаємозв'язку між насипною ЩІЛЬНІСТЮ і показником зовнішньої питомої поверхні порошків надтвердих дисперсних матеріалів В результаті поглибленої математичної обробки великої КІЛЬКОСТІ емпіричних даних, одержаних під час проведення дослідницьких робіт по вивченню характеристик порошків надтвердих дисперсних матеріалів та методів їх діагностики, які проводяться в Інституті надтвердих матеріалів їм 11358 В.М.Бакуля Національної академії наук України, нами одержані аналітичні залежності, які відображають вказаний вище взаємозв'язок у вигляді аналітичних залежностей (1), (2). Використання одержаних залежностей дозволяє проводити менш витратне і більш швидке у часовому вимірі визначення зовнішньої питомої поверхні порошків надтвердих дисперсних матеріалів. Крім того, немає необхідності використовувати дороге у вартісному відношенні і складне у використанні обладнання для проведення необхідних випробовувань. Досить провести значно простіше з точки зору технічної реалізації та затрат часу випробування на визначення показника насипної щільності і скористатися однією із залежностей (1) чи (2), Приклади запропонованого способу визначення зовнішньої питомої поверхні порошків надтвердих дисперсних матеріалів. 1. Проводилось тестове визначення зовнішньої питомої поверхні шліфропорошку синтетичних алмазів марки АС32 зернистістю 160/125 способом, що заявляється, і методом квазістатичного фільтрування розрідженого газу на приладі ДУП-2, який прийнятий за прототип. Відбір проби порошку здійснювали після ретельного перемішування. Маса проби складала 10г. Визначення показника насипної щільності шліфпорошку проводили на приладі валюометрі при насипанні з утрушуванням. Конструкція цього приладу і методика проведення випробувань детально викладені в доступній науково-технічній літературі по технології виготовлення і контролю якості алмазних порошків [див. „Порошки и пасты из синтетических алмазов", Ю. И. Никитин, С. М. Уман, Л. В. Коберниченко и др. Киев: Наук, думка, 1992.- 284 с ; Никитин Ю. И. „Технология изготовления и контроль качества алмазных порошков", Киев: Наук, думка, 1984., 264 с ] . Протертий спиртом і висушений мірний стакан зважувався на аналітичних вагах з точністю до 0,01г і вставлявся в чашку підставки при додержані співвісності стакана і лійки. Порошок висипався в приймальну лійку, через яку, зсипаючись по нахилених пластинках, гіркою заповнював мірний стакан. Не зрушуючи стакан і не допускаючи ударів та поштовхів, надлишок порошку вилучався разовим рухом пластини із оргскла, повернутої ребром до верхнього торцю стакану. По шкалі, нанесеній на стакан, визначали об'єм, який займає наважка порошку, після чого стакан з алмазним порошком зважувався з точністю до 0,01г. Показник насипної щільності знаходився як частка від ділення маси порошку на об'єм, який він займає. Згідно методики проводилось десять замірів. Насипна щільність обчислювалась як середнє арифметичне значення результатів десяти визначень. Таким чином було одержане значення показника насипної щільності р=2,09г/см3. Процедура визначення показника насипної щільності зайняла 10 хвилин без жодних затрат електричної енергії. Виходячи із зернистості і марки шліфпорошку значення параметрів, які входять у залежність (1) були такими: Z H =125MKM, Z B =160MKM, РН=30Н, РВ=35,5Н. Вказані величини мінімального (Рн) та максимального (Рв) значень показника міцності при статичному стисканні для даної марки шліфпорошку знаходили по табл. 9 (вузький діапазон) стандарту ДСТУ 3292 „Порошки алмазні синтетичні. Загальні технічні умови" [введ. 01.01.96, Київ, Держстандарт України, 1995] на перетині стрічки 160/125 з колонками АС32 та АС50 відповідно. Вирахуване по залежності (1) при вказаних значеннях необхідних параметрів значення зовнішньої питомої поверхні склало 0,028. На цю процедуру було затрачено 1,5 хвилини. Визначення показника зовнішньої питомої поверхні того ж шліфпорошка проводили на приладі ДУП-2. Принцип роботи приладу оснований на вимірюванні коефіцієнта дифузії для кнудсенівського протікання газу при квазістаціонарному протіканні розрідженого газу через шари порошку. Перед вимірюванням питомої поверхні алмазний порошок прогрівався при температурі 200°С на протязі 1 години. Готувалась проба порошку в кількості 10,0г. На дно ретельно протертої і очищеної спиртом від вакуумного мастила кювети вкладали акуратно вирізаний під внутрішній її діаметр кружок із фільтрувального паперу. Потім в кювету засипали порошок, на який зверху накладали ще один кружок фільтрувального паперу, а поверх її металевий циліндр. Після цього кювета закріплювалась на вібраторі. Включали живлення вібратора, поступово збільшуючи напругу до тих пір, поки візуально не спостерігалася вібрація порошку і металевого циліндру. Таким чином було одержане фактичне значення показника зовнішньої питомої поверхні Рпит.з.=0,027м2/г. Процедура визначення тривала 53 хвилини з витратою електричної енергії в кількості 0,96кВт. Порівняння цього фактичного значення зовнішньої питомої поверхні із значенням, одержаним способом, що заявляється, показує, що відносна похибка застосування залежності (1) в даному випадку не перевищує 3% і є допустимою для практики визначення цієї характеристики шліфпорошків. При цьому за способом, що заявляється, досягається скорочення часу, необхідного для одержання кінцевого результату більш ніж у 4 рази і виключається використання електричної енергії. 2. Проводилось тестове визначення зовнішньої питомої поверхні мікропорошку із синтетичних алмазів АСН зернистістю 28/20 способом, що заявляється. Відбір проби порошку здійснювали після ретельного перемішування. Маса проби складала 8г. Визначення показника насипної щільності мікропорошку проводили на приладі валюометрі при вільному насипанні. Методика визначення була такою ж, як і у попередньому випадку. Проводилось десять замірів. Насипна щільність обчислювалась як середнє арифметичне значення результатів десяти визначень. Таким чином було одержане значення показника насипної щільності р=1,32г/мкм3. Процедура визначення показника насипної щільності склала 9 хвилин без затрат електричної енергії. Виходячи із зернистості мікропорошку значення параметрів, які входять у залежність (2) були такими: Z H =20MKM, Z B =28MKM. Вирахуване по залежності (2) при вказаних значеннях необхідних параметрів значення зовнішньої пито 11358 мої поверхні склало 0,2529. Затрати часу на підготовку до розрахунку та власне обчислення склали 2 хвилини. Фактичне значення показника зовнішньої питомої поверхні мікропорошку проводили на приладі ДУП-2 по тій же методиці. Було одержане значення показника зовнішньої питомої поверхні Рпит.з.=0,26м2/г. Процедура визначення показника Комп'ютерна верстка Д. Дорошенко 8 насипної щільності тривала 55 хвилин при затратах електричної енергії 0,98кВт. Порівняння цього фактичного значення зовнішньої питомої поверхні із значенням, одержаним способом, що заявляється, показує, що відносна похибка застосування залежності (3) і в даному випадку не перевищує 3% та є допустимою для практики визначення цієї характеристики мікропорошків. 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