Спосіб одержання нанопорошків карбідів тугоплавких металів

Реферат: Спосіб одержання нанопорошків карбідів тугоплавких металів шляхом електричного вибуху провідників у вуглеводневому середовищі в міжелектродному проміжку. Як вуглеводневе середовище використовують пастоподібні вуглецеві наноматеріали густиною від 1,1 до 1,4 3 кг/дм , які одержують попередньо при дії на органічну рідину високовольтними імпульсними розрядами, та подають їх разом з металевим провідником у міжелектродний проміжок. UA 95781 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ НАНОПОРОШКІВ КАРБІДІВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛІВ UA 95781 U UA 95781 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель 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 ацетиленаргоновому або пропан-аргоновому середовищах. Ознакою, що збігається з суттєвою ознакою корисної моделі, 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 корисної моделі 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 3 3 (вуглеводневі рідини 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 корисної моделі, 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 корисної моделі, 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 корисної моделі, що заявляється, полягає у тому, що у способі одержання нанопорошків карбідів тугоплавких металів шляхом електричного вибуху провідників у вуглеводневому середовищі в міжелектродному проміжку, згідно з корисною моделлю, що як вуглеводневе середовище використовують пастоподібні вуглецеві наноматеріали густиною від 3 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 вуглеводневе 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" дозволяють збільшити концентрацію активних реагентів наночастинок вуглецю, що забезпечує практично повне перетворення тугоплавких металів у карбіди. При використанні як вуглеводневого середовища 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 вуглеводневого середовища вуглецевих наноматеріалів густиною більше 1,4 кг/дм , неможливо, тому що воно не є пастоподібним за причини втрати ним властивості текучості. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг. 1 - зображено схему експериментального стенду, 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 95781 U 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 С01В31/00, 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 міжелектродний 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 карбідізації, підтверджується дифрактограмою продуктів вибуху вольфрамового провідника в пастоподібному вуглецевому наноматеріалі, що приведена 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 КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Спосіб одержання нанопорошків карбідів тугоплавких металів шляхом електричного вибуху провідників у вуглеводневому середовищі в міжелектродному проміжку, який відрізняється тим, що як вуглеводневе 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 95781 U 3 UA 95781 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4