Текст научной статьи на тему «ЛЕВИТАЦИОННО-СТРУЙНЫЙ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ МЕТАЛЛОВ, СПЛАВОВ, СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ ГЕНА-МИЛЛЕРА: ИСТОРИЯ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ПЕРСПЕКТИВЫ»
Известия Академии наук Энергетика.
УДК 621. 921. 1; 541. 182. 2/3.
©2012. а. Н. Жигач, М. Л. Кусков, И. О. Лейпунский, Н. И. Сторенко, В. Б. Сторжев.
Метод производства пружинной струи.
В 1960-х годах М. Я. Ген и А. В. Н. Семенов из АН СССР им. Миллера предложили и применили новый тип конденсационного метода получения сверхкодированной металлической крошки с раскачиванием и нагревом металла в электромагнитных полях в токе инертного газа [1-4]. Это решение обеспечило непрерывное производство пыли в чистых условиях и создало серию полупромышленных объектов. Метод позволил провести ряд инновационных работ по изучению свойств хондрометаллургических металлов, сплавов и оксидов и их применению в различных областях науки и техники.
Проект посвящен истории метода, его современному состоянию и перспективам развития в России и за рубежом.
Введение.С 1945 года в Институте химической физики АН СССР проводились теоретические и экспериментальные исследования по созданию и испытанию ядерных и тепловых бомб [5].
К 1959 году обязанности института в регионе были в основном решены, а некоторые институты были свернуты, включая те, которые занимались разработкой твердотопливных межконтинентальных ракет.
Новый рекламный материал из смешанного алюминия, использованный американскими специалистами для ракет Minuteman и Polaris, превосходил отечественные разработки. Лаборатория занималась исследованием процесса сжигания нового твердого топлива и его способности использовать стабильные свободные радикалы и рекомбинантную энергию летательных аппаратов.
Для решения последней задачи в ИХФ АН СССР был создан отдел ФФР под руководством В.Л. Тарлоса, контрагент Российской академии наук. В 1987 году секция была разделена на Институт энергетических проблем энергофизики (ИНЭПК РАН).
В ОСР был создан семинар «Молекулярная физика» на базе М. Я. ГенСеменова, допущенного решением Н. Н. — в его обязанности входило приобретение и изучение замороженных людей и корней, а также тонкого рассеяния и аморфных металлов [5].
В 1930 году М. Дж. Ген начал исследовать механизмы образования аэрозолей металлов и разработал методы изучения супердисперсных систем и их практического применения [6-9]. С 1958 года и до своей смерти М. Дж. Ген занимался получением и характеризацией супердисперсных порошков (UDP) металлов, оксидов металлов и интерметаллических соединений. Он участвовал в следующих научных исследованиях.
Рисунок 1. Схема метода Ген-Миллера для получения аэрозолей частиц металла: 1 — высокочастотный ацетилен с противотоком — 2 — стеклянная или кварцевая трубка — 3 — инертный газ — 4 — питающая проволока — 5 — плавающие капли расплавленного металла — 6 — аэрозоль частиц металла.
AV.Miller и M. J. Gen in Creation, ‘Аэрозольный метод непрерывного диспергирования металлов и получения оксидов металлов’. Впоследствии они создали методику непрерывного синтеза тонкодисперсных соединений металлов методом конденсации.
Термин «аэрозольные частицы» ранее часто использовался для обозначения частиц субмикронного размера, образующихся в результате конденсации атомов в газовой среде. Этот термин широко используется в публикациях лаборатории М. Дж. Ген используется далее в нашей работе.
1 — металлическая капля — 2 — индуктор — 3 — коллектор окисленных частиц — 4 — линия подачи — 5 — зона окисления аэрозольных частиц
Аэрозольные частицы в лаборатории молекулярной физики M. J. Gen.
В первых исследованиях по синтезу супердисперсных частиц металлов использовались методы получения коллоидных растворов щелочных металлов. Она заключалась в испарении металлических образцов в стабильной среде инертного газа путем омического нагрева [6, 8]. Позже эта техника была усовершенствована [10-12].
На примере частиц алюминия было обнаружено, что средний размер частиц можно изменить, изменяя давление и состав газовой среды, в которой происходит конденсация паров металла [10]. Было показано, что зависимость размера частиц от давления газа не является монотонной и что, начиная с определенного давления, размер частиц становится независимым от давления.
В 1961 году для получения супердисперсных порошков металлов был реализован новый метод непрерывной суспензионной струи [1]; в 1965 году был разработан метод получения супердисперсных порошков оксидов металлов [3] — в его разработке принимал участие М. С. Зискин.
На рисунке 1 показана схема одного из первых применений левитационно-струйного метода Джина-Миллера.
Металлические PDP, полученные по этой технологии, имеют почти сферическую форму частиц со средним размером 20-300 нм и относительно узким распределением по размерам, близким к логнормальному распределению. Помимо проволоки, для доставки взвешенных капель можно использовать относительно грубые металлические порошки.
Рисунок 3. Установка UKDMS-30-IChF: 1 — Плавающие металлические капли — 2 — Питающий провод — 3 — Проволочное устройство — 4 — Уплотнение — 5 — Впуск газа-носителя — 6 — Реакционная трубка — 7 — Индуктор противотока — 8 — Каплесборник — 9 — Охладитель — 10 — Водяная рубашка — 11 — Контейнер для UDP — 12 Щетки — 13 — Фильтр — 14 — Механический механизм для перемешивания фильтра
При получении оксидов металлов кислород вводят в поток инертного газа до или после капель (рис. 2).
Гранулометрический состав порошка, полученного методом Ген-Миллера, как и в других методах конденсации, определяется давлением и составом газовой среды, в которой происходит испарение, и скоростью газового потока. Поток обдувает плавающие расплавленные капли. Увеличение скорости потока уменьшает размер частиц [4].
Для улавливания частиц из потока газа-носителя использовался тканевый фильтр. Первоначальный размер отверстий между нитями ткани был намного больше, чем размер аэрозольных частиц, но вскоре фильтр стал непроницаемым, так как захваченные частицы оседали на поверхности ткани. Фильтр регулярно встряхивали для удаления частиц с поверхности. В некоторых случаях фильтры погружали в жидкую среду, например, замораживали при температуре жидкого азота, и использовали в качестве газа-носителя [1].
Индуцированное растворение взвешенных металлов было впервые предложено в 1952 году в лабораториях корпорации Westinghouse Electric. [13]. Этот метод не нашел широкомасштабного применения, но все еще используется для изучения свойств жидких металлов и процессов испарения металлов.
Рис. 4. схема полупромышленной установки, разработанной в лаборатории M. J. gen. gen. gen: 1 — вытяжная камера — 2 — инжекционная щель — 3 — иностранная малогабаритная дуговая лампа — 4 — зеркало — 5 — колпак проволочный и проволочный силовой механизм — 6 — счастливая силовая система — проволочный или пылевой силовой в Капилляр — 10 — Подача газа — 11 — Индуктор реактора — 12 — Финишная обработка — 13 — Фильтр — 14 — Удаление проскока — 15 — Встряхиватель фильтра — 16 — Переключатель коллектора UDP — 17 — Контейнер.
С 1956 года для испарения металлов в вакууме используются суспензионные индукционные плавители [14, 15], а метод Ген-Миллера позволяет использовать безметалловые металлы для получения сверхпроводимости путем распыления капель холостым газовым током и переноса индукции за пределы несущей нагрузки.
На рисунке 3 показана схема установки металла UDP с помощью метода свинг-питания UKDMS-30-ichf на основе высокочастотного генератора затухания L2-13 (0. 44 МГц). В этой установке был создан шнековый питатель для подачи капель, взвешенных в относительно крупной пыли.
Список металлов, оксидов металлов и соединений медалей, полученных методом левитации-струи Ген-Миллера.
