Спосіб одержання нанопорошків карбідів тугоплавких металів

Реферат: Винахід належить до галузей металургії та нанотехнології. Спосіб одержання нанопорошків карбідів тугоплавких металів здійснюють шляхом електричного вибуху провідників у вуглецевмісному середовищі в міжелектродному проміжку. Як вуглецевмісне середовище 3 використовують пастоподібні вуглецеві наноматеріали густиною від 1,1 до 1,4 кг/дм , які одержують попередньо при дії на органічну рідину високовольтними імпульсними розрядами. Пастоподібні вуглецеві наноматеріали подають разом з металевим провідником у UA 111251 C2 (12) UA 111251 C2 міжелектродний проміжок. Винахід забезпечує практично повне перетворення металів у карбіди і покращення їх фазового складу. UA 111251 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до способів одержання нанопорошків карбідів металів електророзрядним методом і може знайти застосування при виготовленні ріжучого інструменту та деталей, що працюють в умовах високих температур. Відомий спосіб одержання ультрадисперсних порошків карбідів металів (Тихонов Д.В. Электровзрывное получение ультрадисперсных порошков сложного состава. Диссертация к.т.н. - Томск, 1999. - 212 с.), за яким використовують електричний вибух провідників в ацетилен аргоновому або пропан-аргоновому середовищах. Ознакою, що збігається з суттєвою ознакою винаходу, що заявляється, є одержання нанопорошків карбідів металів за допомогою електричного вибуху провідників у вуглеводневому середовищі. Причиною, яка перешкоджає одержанню очікуваного технічного результату є те, що при використанні електричного вибуху провідників в газовому середовищі утворюються продукти, у складі яких збереглися залишки металів, а карбіди мають дефіцит вуглецю (W 2C, WC1-*, Ta2C). Для збільшення виходу карбідів і одержання більш насичених вуглецем фаз необхідно збільшувати тиск у розрядній камері або використовувати конденсовані середовища з більшою густиною. Найбільш близьким за сукупністю ознак до винаходу є спосіб одержання нанопорошків карбідів металів при електричному вибуху провідників у вуглеводневих рідинах (Назаренко О.Б. Влияние условий синтеза на свойства электровзрывных нанопорошков карбидов металлов /О.Б. Назаренко //Известия Томского политехнического университета. - 2003. - Т. 306, № 6. - С. 62-66.), який включає електричний вибух провідника у вуглецевих рідинах і парафіні в міжелектродному проміжку. Завдяки більшій густині цього середовища (вуглеводневі рідини 3 3 0,660,88 кг/дм , парафін 0,9 кг/дм ) в порівнянні з газами, концентрація активних реагентів в ньому, під час електричного вибуху провідників, значно вище, що дозволяє збільшити вихід карбідів металів (для карбіду алюмінію до 40 %). Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є отримання нанопорошків карбідів металів шляхом електричного вибуху провідників у вуглецевому середовищі в міжелектродному проміжку. Причиною, яка перешкоджає отриманню очікуваного технічного результату є те, що в кінцевих продуктах міститься значна кількість залишкового металу. В основу винаходу, що заявляється, поставлено задачу вдосконалення способу одержання нанопорошків карбідів тугоплавких металів шляхом зміни вуглеводневого середовища, що дозволить підвищити концентрацію активних реагентів наночастинок вуглецю, і за рахунок цього забезпечити практично повне перетворення металів у карбіди і покращення їх фазового складу. Суть винаходу, що заявляється, полягає у тому, що у способі одержання нанопорошків карбідів тугоплавких металів шляхом електричного вибуху провідників у вуглецевмісному середовищі в міжелектродному проміжку, згідно з винаходом, що як вуглецевмісне середовище 3 використовують пастоподібні вуглецеві наноматеріали густиною від 1,1 до 1,4 кг/дм , які одержують попередньо при дії на органічну рідину високовольтними імпульсними розрядами, та подають їх разом з металевим провідником у міжелектродний проміжок. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом, необхідно відзначити наступне: Ознаки "як вуглецевмісне середовище використовують пастоподібні вуглецеві 3 наноматеріали густиною від 1,1 до 1,4 кг/дм , які одержують попередньо при дії на органічну рідину високовольтними імпульсними розрядами, та подають їх разом з металевим провідником у між електродний проміжок" дозволяють збільшити концентрацію активних реагентів наночастинок вуглецю, що забезпечує практично повне перетворення тугоплавких металів у карбіди. При використанні як вуглецевмісне середовище пастоподібних вуглецевих наноматеріалів, 3 густиною менше 1,1 кг/дм в отриманих продуктах процесу одержання карбідів зберігаються залишки металів, тобто відбувається неповне перетворення металів у карбіди. Використання як 3 вуглецевмісне середовище вуглецевих наноматеріалів густиною більше 1,4 кг/дм , неможливо, тому що воно не є пастоподібним за причини втрати ним властивості текучості. Суть винаходу пояснюється кресленням, де на фіг. 1 - зображено схему експериментального стенда, що дозволяє реалізувати спосіб одержання нанопорошків карбідів тугоплавких металів, на фіг. 2 - дифрактограма продуктів вибуху вольфрамового провідника в пастоподібному вуглецевому наноматеріалі, на фіг. 3 - наведено вигляд частинки карбіду розміром ~25 нм при вибуху ніобієвого провідника. 1 UA 111251 C2 5 10 Стенд містить генератор імпульсних струмів 1, керований розрядник 2 та електророзрядну камеру, яка складається з корпусу 3 з вмонтованими в нього негативним 4 і позитивним 5 електродами. Позитивний електрод 5 має осьовий канал, по якому за допомогою пристрою подачі металевого провідника 6 і пристрою подачі пасти 7, провідник 8 і пастоподібні вуглецеві наноматеріали 9 подають у міжелектродний проміжок. Спосіб здійснюється таким чином: Попередньо дією на органічну рідину високовольтними імпульсними розрядами одержують пастоподібні вуглецеві наноматеріали густиною від 1,1 до 1,4 кг/дм, які використовують як вуглеводневе середовище. Пастоподібні вуглецеві наноматеріали можуть бути одержані за допомогою установки для одержання вуглецевих наноматеріалів (Патент України на корисну модель № 55578, МПК C01В31 /00, опубл. 10.12.2010, Бюл. № 23). В таблиці наведено густину пастоподібних вуглецевих наноматеріалів, які одержані при дії високовольтними імпульсними розрядами на деякі органічні рідини. № 1 2 3 4 Рідина що оброблювалась бензиловий спирт циклогексан гас дизельне паливо , кг/дм 1,184 1,320 1,204 1,128 3 15 20 25 30 35 Пристрій подачі пасти 7 заповнюють пастоподібними вуглецевими наноматеріалами 9. За допомогою пристроїв 6, 7 в між електродний проміжок подають провідник 8 та пасту 9. При замиканні провідником 8 міжелектродного проміжку на електроди 4 та 5 від генератора імпульсних струмів 1 за допомогою керованого розрядника 2 подають імпульс високої напруги, енергія якого більша за енергію сублімації матеріалу провідника. При проходженні через провідник 8 струму метал випаровується. Після повторного пробою утворюється металева плазма. Паралельно відбувається піроліз та іонізація пастоподібного вуглецевого наноматеріалу, внаслідок чого утворюються активні нановуглецеві радикали, які вступають в реакцію з іонами металу і, в результаті плазмохімічних реакцій, відбувається синтез наночастинок карбіду. При цьому, практично весь метал провідника перетворюється у карбід. Відсутність залишків металу, що вибухнув, після його карбідизації, підтверджується дифрактограмою продуктів вибуху вольфрамового провідника в пастоподібному вуглецевому наноматеріалі, що наведена на фіг. 2. Кінцевий продукт складається з синтезованого карбіду WC1-x і незначної кількості W 2C. Електронно-мікроскопічне дослідження одержаних нанодисперсних порошків карбідів металів дозволяє зробити висновок, що розмір частинок складає десятки нанометрів. На фіг. 3 наведено вигляд частинки карбіду розміром ~25 нм при вибуху ніобієвого провідника. Таким чином, використання способу одержання нанодисперсних порошків карбідів металів дозволить підвищити концентрацію активних реагентів наночастинок вуглецю і за рахунок цього забезпечити практично повне перетворення металів у карбіди і покращення їх фазового складу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 Спосіб одержання нанопорошків карбідів тугоплавких металів шляхом електричного вибуху провідників у вуглецевмісному середовищі в міжелектродному проміжку, який відрізняється тим, що як вуглецевмісне середовище використовують пастоподібні вуглецеві наноматеріали 3 густиною від 1,1 до 1,4 кг/дм , які одержують попередньо при дії на органічну рідину високовольтними імпульсними розрядами, та подають їх разом з металевим провідником у міжелектродний проміжок. 2 UA 111251 C2 3 UA 111251 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4