- •Міністерство освіти і науки України
- •1. Властивості порошків
- •1.1. Хімічні властивості
- •1.2. Фізичні властивості
- •Методи визначення розміру частинок
- •1.3. Технологічні властивості
- •2. Механічні методи отримання порошків
- •2.1. Загальні положення
- •2.2. Характеристика обладнання для подрібнення
- •Він пропонує у цьому виразі замінити поточні напруги на межу міцностіматеріалу, що дозволить визначити роботу, яка виконується під час подрібнення матеріалу об’ємомза один цикл. Ця робота дорівнює:
- •Витрати роботи залежно від етапу руйнування
- •2.4. Вплив рідин та пар на процес подрібнення матеріалів
- •3. Отримання порошків розпиленням розплавів
- •3.1. Загальні положення
- •Математично залежності можна описати емпіричним рівнянням
- •Значення критеріїв Re та Lp для різних умов розпилення
- •3.2. Вплив різних факторів на процес розпилення розплавів газами
- •Гранулометричний склад порошку заліза, одержаного розпиленнямрозплавів сплавів заліза
- •Поверхневий натяг розплавів заліза з киснем, азотом, сіркою та фосфором
- •Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією можна визначити за виразом
- •Теплофізичні властивості газів
- •3.3. Розпилення рідиною
- •Значення коефіцієнта тепловіддачі для умов розпилення розплавів водою
- •3.4. Формування складу і структури порошків під час розпилення розплавів
- •3.5. Технологічні особливості отримання порошків розпиленням
- •Режими одержання порошків розпиленням
- •4. Отримання порошків металів і сплавів відновленням з оксидів та інших сполук
- •4.1. Основи термодинаміки відновлювальних процесів
- •4.2. Механізм і кінетика відновлювальних процесів.
- •4.3. Закономірності отримання порошків металів їх
- •4.4.1. Отримання металів відновленням
- •Оксиди відновлюють відповідно до принципу послідовності
- •4.4.2. Магнієтермічне відновлення солей металів
- •4.4.3. Натрієтермічне відновлення солей металів
- •4.5. Отримання порошків сплавів
- •4.5.1. Сумісне відновлення оксидів металів воднем
- •Константи рівноваги
- •4.5.2. Сумісне відновлення сумішів оксидів і металевих порошків
- •4.5.3. Метод термодифузійного насичення з точкових джерел
- •1100 С (протягом 6 год) від їх умісту у вихідній шихті:
- •4.6. Технологічні основи отримання порошків металів та сплавів
- •Відновлення
- •5.1.2. Вплив різноманітних чинників на властивості порошків металів під час їх отримання електролізом водних
- •5.1.3. Особливості отримання порошків сплавів
- •5.1.4. Технологічні основи отримання порошків металів електролізом водних розчинів їх солей
- •11 _ Діафрагма
- •5.2. Електроліз розплавлених середовищ
- •5.2.1. Технологічні основи отримання порошків металів електролізом розплавлених середовищ
- •5.3. Автоклавний метод отримання порошків
- •5.4. Отримання порошків цементацією
- •5.5. Отримання порошків міжкристалевою корозією
- •6. Газові методи отримання порошків
- •6.1. Дисоціація карбонілів
- •7. Отримання порошків безкисневих тугоплавких сполук
- •7.1. Властивості та застосування безкисневих
- •Властивості тугоплавких сполук
- •7.2. Отримання порошків карбідів
- •Фази кінцевого продукту
- •Склад карбідів, одержаних методом свс
- •Характеристики карбіду титану отриманогометодомСвс
- •Умови осадження карбідів з газової фази
- •7.3. Отримання порошків нітридів
- •Умови отримання і склад нітридів, одержаних азотизацією металів
- •Умови осадження нітридів з газової фази
- •7.4. Отримання порошків боридів
- •7.5. Отримання порошків силіцидів
- •Температурні режими отримання силіцидів осадженням з газової фази
- •7.6. Отримання порошків неметалевих тугоплавких сполук
- •Газоподібний утворюваний силіцій, взаємодіючи з вуглецем, утворює силіцію
- •7.7. Отримання порошків литих тугоплавких сполук
- •Вихідні матеріали
- •Хімічний склад плавлених карбідів титана
- •Властивості плавлених карбідів
- •8. Отримання волокон та вусів
- •8.2. Методи отримання волоконта вусів
Теплофізичні властивості газів
Газ |
Теплопровідність.102, Дж/(м×с×°С) |
Динамічна в’язкість 106, Па×с |
Щільність, кг/м3 |
Параметр П | |
20 |
800 | ||||
Повітря |
2,56 |
18,1 |
1,293 |
6,83 |
5,53 |
Азот |
2,57 |
17,4 |
1,250 |
6,91 |
5,72 |
Аргон |
1,71 |
22,2 |
1,784 |
4,89 |
3,61 |
Гелій |
14,75 |
19,4 |
0,178 |
14,04 |
10,04 |
Оксид вуглецю |
2,46 |
17,7 |
1,250 |
6,56 |
5,34 |
Вуглекислий газ |
1,61 |
14,6 |
1,97 |
5,92 |
4,78 |
Теплофізичні характеристики розплавів і газів-енергоносіїв впливають на час кристалізації τкр і охолодження τохол частинок рідини, що має визначальну роль у формоутворенні частинок. Отримання металевих порошків різної форми і розмірів є важливим завданням, оскільки форма частинок порошку впливає на основні технологічні властивості: насипну щільність, формування, пресування. Для керування процесом формоутворення під час розпилення потрібна інформація про фізико-хімічні фактори, що впливають на форму частинок, оскільки існує взаємозв’язок між цими факторами і механізмом формоутворення. Процес формоутворення треба пов’язувати з часом охолодження продуктів диспергування розплаву і часом їх сфероїдизації.
Якщо час сфероїдизації τсф менший за час охолодження τохол, то продукти диспергування встигають набути форми кулі. Якщо ж τсф більший за τохол, частинка розплаву зберігає деформовану форму, тобто частинки порошку будуть неправильної форми. Час охолодження краплі розпливу, протягом якого можлива її сфероїдизація:
τохол = τ¢+ τ¢¢ (3.7)
де τ¢ – час охолодження краплі рідини до температури початку кристалізації.
Цей час можна визначити за формулою
;
де , – відповідно початкова температура розплаву, температура початку кристалізації, C; – температура дуття; τ¢¢ – час кристалізації, тобто час виділення прихованої теплоти кристалізації.
Час кристалізації визначають за формулою
,
де Q – питома теплота кристалізації, Дж/кг; q – питомий тепловий потік, Дж/(м2с), q = αк(tк – tг).
Час сфероїдизації краплі оцінюється як час, необхідний для утворення кулі з пасма, що виникло в початковий момент диспергування під дією сил поверхневого натягу. О. С. Нечипоренко і Ю. І. Найда отримали вираз для часу сфероїдизації початкового продукту диспергування у вигляді циліндра зі співвідношенням L/D =10, виходячи з рівності сил внутрішнього тертя, що перешкоджають зміні форми розплаву, і сил поверхневого натягу:
,
де ηр – в’язкість розплаву; R – радіус утвореної кулеподібної частинки;
–радіус вихідної прядки.
Однак цей час можна використовувати тільки для попереднього оцінювання співвідношення τсф/τохол. Для точніших розрахунків необхідно врахувати можливість деформації первинної краплі під дією енергії дуття чи її деформації і подрібнення з наступною сфероїдизацією, що збільшує загальний час сфероїдизації τΣ сф у 5 – 6 разів. Таким чином, дійсний час сфероїдизації
,
де – час додаткової деформації і диспергування.
Якщо відношення , близьке до одиниці, крапля не сфероїдизується і кристалізується, зберігаючи неправильну форму. Якщо значення Өо>15, то крапля схильна до сфероїдизації. При цьому, чим більший розмір краплі, тим менша ймовірність її сфероїдизації. Як критерій імовірності сфероїдизації може служити величина
,
де – сила Лапласа.
Залежність критерію М від розміру крапель показано на рис. 3.7. Порошок залишається несферичним, якщо М 5; за значень М > 5 починає сфероїдизуватися.
Для аналізу умов, що сприяють сфероїдизації крапель, можна скористатись спрощеною нерівністю
. (3.8)
Виконання нерівності в наведеному вигляді буде сприяти сфероїдизації крапель розплаву. Для виконання умов утворення частинок неправильної форми необхідно змінити знак нерівності. Для цього потрібно збільшити значення лівої частини на 1–2 порядки, що досягається або збільшенням в’язкості розплаву, або зменшенням його поверхневого натягу чи значним збільшенням коефіцієнта тепловіддачі від розплаву до енергоносія. Поверхневий натяг можна зменшити різними способами, але не більше, ніж на 30...50 %, що недостатньо для змінювання знака нерівності на протилежний.
Рис. 3.7. Імовірність сфероїдизації крапель М різних металів від їх розмірів:
1 – Cu; 2 – Al; 3 – Pb
Щодо цього більш дієве збільшення в’язкості розплаву. Цього можна досягти, знизивши температуру розплаву в зоні розпилення чи перевівши систему в двофазну зону розплав – тверде тіло, зокрема, додаючи до складу сплаву легувальні домішки, які, взаємодіючи із середовищем розпилення, утворюють сполуки (найчастіше оксиди). В умовах розпилення вони тверді і тому значно збільшують в’язкість. Утворення тугоплавких оксидів на поверхні крапель розплаву не змінює в’язкості всередині всього її об’єму, але збільшує опір крапель деформації, що в першому наближенні можна вважати тотожним підвищенню в’язкості двофазної системи розплав – оксид. Незначні домішки легувальних елементів, що утворюють тугоплавкі оксиди, на декілька порядків підвищують в’язкість краплі, особливо малих розмірів, перешкоджаючи тим самим її сфероїдизації під дією сил поверхневого натягу.
Інший фактор, що сприяє зміні знака нерівності (3.8) на протилежний, – є збільшення коефіцієнта тепловіддачі. Це досягається застосуванням холодного дуття чи використанням енергоносія з високими значеннями теплофізичного параметра П. Але найсуттєвішого збільшення коефіцієнта тепловіддачі можна досягти використанням як енергоносія рідини. Так, під час розпилення розплавів водою за рахунок інтенсивного охолодження в зоні розпилення краплі можуть повністю чи частково закристалізуватися, зафіксувавши неправильну форму частинок.
Розміри частинок порошків, поряд з їх формою, впливають на їх технологічні властивості. У зв’язку з цим отримання потрібних розмірів частинок – важливе завдання.
Отриманий під час розпилення розмір частинок порошку залежить від багатьох властивостей розплавів, енергоносія, параметрів процесу і може бути оцінений за допомогою емпірично вставленого рівняння:
.
Крім того, розмір частинок, отриманих розпиленням, зумовлюється ефективністю розпилення, яка визначається співвідношенням енергетичних затрат на диспергування (тобто збільшення вільної поверхневої енергії розплаву ) до всієї кінетичної енергії дуття. Рівняння енергетичного балансу процесу розпилення і його складових елементів у загальному вигляді можна записати у вигляді
,
де – енергія дуття, Дж;– втрата енергії на диспергування (збільшення поверхні розплаву):
;
–дисипація енергії у розплаві (енергія, що втрачається на подолання сил внутрішнього тертя у розплаві під час його диспергування);
;
–витрати енергії на розганяння крапель; енергія втрат ,
;
–витрати енергії на непружний удар та ін.,
.
Ефективність, чи ККД процесу:
, (3.9)
зазвичай θ 60 ... 70 %. Значення ККД процесу диспергування набагато нижче, оскільки визначається тільки енергією, що витрачається на збільшення вільної поверхневої енергії розплаву: і не перевищує для більшості процесів розпилення розплавів 1%. Підставляючи у рівняння (3.8) значенняі, можна отримати вираз
,
що встановлює залежність ККД процесу від властивостей розплаву і параметрів диспергування, які часто взаємопов’язані. Так, зменшення об’єму крапель залежить від підвищення швидкості дуття, вищі значення поверхневого натягу потребують підвищення параметрів дуття і т. ін. Урахування всіх цих факторів можливе в разі зміни геометрії вузла розпилення. Коефіцієнт корисної дії підвищується зменшенням відстані між вихідними отворами сопел газового потоку і розплаву та зі збільшенням кута зустрічі потоку зі струменем розплаву і швидкості його витікання.