МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

(ФГБОУ ВПО КНИТУ)

Кафедра аналитической химии, сертификации и менеджмента качества 

Эссе по физико-химии наночастиц и наноматериалов на тему:

«Электровзрыв в газовой среде»

Выполнила: студентка гр.4301-11

Мухамитова Айгуль

Проверила доцент: Петрова Е.В.

Казань, 2013

Электровзрыв в газовой среде.

При создании материалов с улучшенными и уникальными свойствами в последние годы широко применяются методы, использующие вещества с наноструктурой и наноразмерные порошки. Нанопорошки перспективны, в частности, в катализе, при создании токопроводящих паст и низкотемпературных припоев, в качестве компонентов керамики, при производстве фильтров тонкой очистки газов и жидкостей.

Одним из методов получения таких порошков является электрический взрыв проводников (ЭВП) в различных средах. С точки зрения влияния условий ЭВП на свойства нанопорошков экспериментально и теоретически наиболее изучен ЭВП металлов в инертной атмосфере.

Электровзрыв (англ. electric explosion) — метод получения тонкодисперсных металлических, оксидных, нитридных и карбидных порошков с помощью электрического взрывапроводника (металлической проволоки диаметром 0,1-1,0 мм) при прохождении по нему мощного импульса тока длительностью 10^-5-10^-7 с и плотностью 10⁴-10⁶ А·мм^-2.

Электровзрыв проводника представляет собой резкое изменение физического состояния металла в результате интенсивного выделения энергии при пропускании импульсного тока большой плотности, сопровождающегося генерацией ударных волн и создающего возможность быстрого разогрева металла до температур более 10⁴ К.

На начальной стадии электровзрыва джоулев нагрев проводника сопровождается его линейным расширением с относительно небольшой скоростью 1-3 м·с^-1. На стадии собственно взрыва в результате прохождения импульса тока металл перегревается выше температуры плавления, расширение вещества взрываемого проводника происходит со скоростью до 5·10³ м·с^-1, и перегретый металл взрывообразно диспергируется. Давление и температура на фронте возникающей ударной волны достигают нескольких сотен МПа и ~10⁴ К, соответственно. В результате конденсации в потоке быстро расширяющегося пара образуются частицы очень малых размеров. Регулируя условия взрыва, можно получать порошки, размер частиц которых составляет от 50 нм и более. Средний размер частиц монотонно убывает с ростом плотности тока и сокращением длительности импульса.

Электровзрыв в инертной атмосфере позволяет получать порошки металлов и сплавов. При введении в реактор дополнительных реагентов (воздух, смесь кислорода и инертного газа,азот, дистиллированная вода, декан C₁₀H₂₂, парафин, техническое масло) можно получать ультрадисперсные порошки оксидов, нитридов, карбидов или их смесей.

Нанопорошок (nanopowder, ультрадисперные порошки, УДП) представляет массу из сухих наночастиц (nanoparticle)1 , т.е. твердых объектов с внешними размерами во всех трех измерениях в нанодиапазоне, приблизительно от 1 нм до 100 нм (на рисунке справа наночастицы карбида вольфрама). Различают следующие основные виды наночастиц:

• металлические наночастицы – наночастицы из металлов (сплавов), в частности, титана, железа, меди, алюминия, золота, серебра для катализа, медицины и других применений;

• наночастицы оксидов – наночастицы из оксидов алюминия, титана, железа, цинка, циркония и др. используемых, например, для формирования объемных оксидных керамик и покрытий, в полировочных составах, в косметических составах и другой продукции; в других классификациях иногда группу наночастиц оксидов разбивают на оксиды и сложные оксиды (присутствие двух и более металлов в сплаве);

• наночастицы бескислородных керамик – наночастицы на основе карбидов, нитридов, силицидов и других соединений используемых, например, для формирования объемных бескислородных керамик и покрытий, в полировочных составах, в антифрикционных составах и другой продукции.

В отличие от других видов наноматериалов (нанотрубок, фуллеренов, нанопор и др.) нанопорошки производятся из многих видов сырья. При этом нанопорошки могут обладать как схожими с исходным сырьем характеристиками, так и особыми свойствами, определяемыми их размером и строением

Получить нанопорошки можно с помощью специальной установки – УДП-4ГМ. Она предназначена для получения нанопорошков металлов, оксидов металлов методом электровзрыва. Производительность установки составляет до 300 г/час порошка. Общая производительность участка доходит до 500 кг нанопорошков в год. Размеры получаемых частиц в диапазоне от 30 до 200 нм.

Основными достоинствами метода являются: возможность получения порошков сплавов, возможность получения частиц с практически идеальной сферической формой; возможность получать порошки с частицами композиционного состава. К недостаткам метода следует отнести повышенную энергоемкость и ограниченную производительность единичной установки.

Применение нанопорошков, полученных электровзрывной технологией открывает для учёных, инженеров и технологов широчайшие возможности в области создания новейших материалов и технологий, принципиально новых приборов и устройств.

По мнению экспертов, применение нанопорошков позволит существенно улучшить параметры существующих технологических процессов и создать новые технологии. Используя нанопорошки, например как добавки, можно значительно улучшить качество многих продуктов — лекарств, смазочных материалов, топлив, полимеров, фильтров, геттеров, присадок к смазочным материалам, красящих и магнитных пигментов, компонентов низкотемпературных высокопрочных припоев и др.

Список использованной литературы

1. «Получение нанопорошков вольфрама методом электрического взрыва проводников», научная статья по специальности «металлургия», авторы Ильин А.П., Назаренко О.Б., Тихонов Д.В.,Яблуновский Г.В.

2. http://portal.tpu.ru/SHARED/s/SAVELIEVG/Scientific_work/Research/Avtoreferat_Shamancky.pdf

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Электровзрыв

4. http://www.fimip.ru/shared/projects/1319/PRJ001319_1.pdf

5. http://ckp.tsu.ru/about/structure/ckp_7/equipment_7/65-ustanovka-dlya-polucheniya-nanoporoshkov-metodom-elektrovzryva-udp-4gm.html

6. http://tt.pstu.ru/mnp09/mnp09/s4/porseva.htm