- •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
3. Отримання порошків розпиленням розплавів
3.1. Загальні положення
Метод одержання порошків розпиленням розплавів – один з основних, застосовний для виробництва порошків на основі заліза та кольорових металів, особливо міді, бронзи, олова, свинцю та ін. Він має багато переваг перед іншими промисловими способами виробництва металевих порошків: високу продуктивність і технологічність процесу, можливість його автоматизації, малі енергозатрати, високу якість отримуваних порошків.
Процес отримання порошків з розплавів грунтується на руйнуванні струменя рідини на пучки чи краплі та подальшому їх диспергуванні енергоносієм – газом чи рідиною до одержання дрібних частинок порошку. Різноманітні технологічні варіанти диспергування розплавів можна поділити на дві основні групи: центробіжне диспергування (механічна дія на струмінь металу) і форсункове розпилення. Крім того, використовуються ультразвуковий, електроімпульсивний, детонаційний методи, а також методи із застосуванням електромагнітних полів й електронного випаровування – іонним чи лазерним променем.
Найбільш поширене форсункове розпилення за допомогою газів чи рідини високого тиску. У разі використання газів застосовують тиск від 0,2 до 2,0 МПа, а рідини – від 2,0 до 10,0 МПа.
Принципову схему розпилення струменя розплавленого металу показано на рис. 3.1 і 3.2. Руйнування струменя металу газом можна описати так. За малих відносних швидкостей (близько 5 м/с) струмінь металу розпадається на окремі краплі (рис. 3, а) під дією капілярних сил і вісесиметричних коливань, інтенсивність яких зростає зі збільшенням швидкості газу до 25 м/с; довжина струменя, що не розпався, зменшується (рис. 3.1, б). Подальше збільшення швидкості (до 100 м/с) приводить до того, що під дією газового потоку струмінь набуває хвилеподібних коливань (рис. 3.1, в) і його розпадання прискорюється. Збільшення відносної швидкості понад 150 м/с зумовлює інтенсивне диспергування струменя металу й утворення металогазового факела (рис. 3.1, г), схему якого показано на рис. 3.2.
Швидкість руху газу, за якої починається інтенсивне диспергування струменя металу, називають критичною, яку можна оцінити виразом
де – поверхневий натяг розплаву;gг – густина газоенергоносія; dк – діаметр першопочаткової краплі розплаву.
Рис. 3.1. Схема руйнування струменя розплаву
Рис. 3.2. Схема диспергування струменя розплаву:
1 – струмінь розплаву; 2 – форсунка; 3 – первинні краплі;
4 – фокус розпилення
Швидкість руху газу, за якої починається інтенсивне диспергування струменя металу, називають критичною, яку можна оцінити виразом
де – поверхневий натяг розплаву;gг – густина газоенергоносія;
dк – діаметр першопочаткової краплі розплаву.
Згідно зі схемою розпилення (рис. 3.2) збурення струменя металу починається у першій зоні і закінчується розпадом на пучки чи краплі розміром 0,5…2,0 мм у нижній його частині. Подальше диспергування пучків і крапель на дещо менші частинки відбувається в другій зоні, а найінтенсивніше – в зоні фокуса розпилення, який характеризується найвищими показниками швидкостей, густини та кінетичної енергії газового потоку.
У нижній частині другої зони (зона 2, б) відбувається завершення диспергування великих крапель і починається охолодження дрібних. Процес охолодження і формування частинок порошку відбувається у третій зоні.
Механізм розпаду струменя розплавленого металу чи сплаву на первинні елементи дробіння (пучки, краплі) і подальшого їх диспергування залежить від властивостей розплавів та параметрів процесу, серед яких істотну роль відіграє кут зіткнення струменя розплаву з газовим потоком. Залежно від кута зіткнення струмінь може розпадатись від удару струменя газу об розплав чи сил тертя на межі між газом і розплавом. У разі малих кутів переважає процес руйнування струменя над механізмом тертя, а в разі більших – над ударним механізмом. Якщо значення тиску газу та швидкості його витікання великі, процес руйнування струменя металу набуває характеру вибуху, в процесі якого з однієї великої краплі розплаву утворюється багато дрібних. Параметри процесу розпилення, за яких реалізується вибуховий механізм диспергування розплавів, називають критичними, які найбільш часто застосовуються на практиці. Це зумовлено тим, що в цьому випадку поряд з інтенсивним диспергуванням крапель спостерігається якісний стрибок властивостей отримуваних порошків (збільшення гомогенності та виходу придатної фракції).
Перегріті металеві розплави зазвичай розглядають як типові ньютонівські рідини процесів диспергування, у зв’язку з чим їх взаємодія зі струменем газового потоку можна в загальному випадку описати критеріальним рівнянням:
де We – критерій Вебера, що характеризує співвідношення сил інерції і сил поверхневого натягу;
Lp – критерій Лапласа, що характеризує співвідношення сил поверхневого натягу і сил в’язкості рідини:
М – критерій, що характеризує співвідношення густини газу і рідини
N – критерій, що характеризує співвідношення в'язкості газу і рідини
де Uг – швидкість газу, hр , hг – динамічна в’язкість відповідно розплаву і газу; gр, gr – густина відповідно рідини й газу; s – поверхневий натяг; dк – початковий діаметр краплі; d – кінцевий розмір частинок.
Якщо як визначальний параметр процесу розпилення припустити відносні швидкості руху струменя розплаву і енергоносія, то кількісно процес диспергування можна подати у вигляді функціональних залежностей між критеріями Лапласа (Lp) і Рейнольдса (Re), які відповідно дорівнюють:
і ,
де rг – густина газу; Vг– швидкість газу; Dр – діаметр газового сопла.