Кафедра химии и технологии наноразмерных и композиционных материалов

1. Какой характер изменения каждого из перечисленных параметров (увеличение, уменьшение) при постоянных значениях остальных способствует получению более мелких порошков при распылении расплавов газами:

- поверхностное натяжение расплава;

- температура расплава;

- скорость распыляющего газа;

- температура распыляющего газа;

- плотность распыляющего газа.

Ответ: уменьшение поверхностного натяжения расплава, увеличение скорости и плотности распыляющего газа; температура непосредственно не влияет на крупность частиц.

2. Какой характер изменения каждого из перечисленных параметров (увеличение, уменьшение) при постоянных значениях остальных способствует получению более мелких порошков при центробежном распылении расплавов с помощью вращающегося диска:

- диаметр диска;

- скорость вращения диска;

- плотность расплава;

- поверхностное натяжение расплава;

- температура расплава.

Ответ: Увеличение диаметра диска, скорости его вращения и плотности расплава; уменьшение поверхностного натяжения расплава. Температура расплава непосредственно не влияет на крупность частиц.

3. Какой характер изменения перечисленных ниже параметров (уменьшение или увеличение) повышает вероятность получения частиц чешуйчатой формы при распылении расплавов:

- высота распылительной колонны;

- перегрев расплава;

- температура в колонне.

Ответ: Уменьшение высоты колонны, увеличение перегрева расплава и температуры в колонне.

4. Какое изменение перечисленных ниже параметров (увеличение, уменьшение) способствует получению сферической формы частиц распыленных порошков:

- перегрев расплава;

- температура в колонне;

- вязкость расплава;

- поверхностное натяжение расплава.

Ответ: Получению порошков со сферической формой частиц способствуют увеличение перегрева расплава, поверхностного натяжения расплава и температуры в колонне и уменьшение вязкости расплава.

5. Выберите оптимальные способы плавки и распыления расплава для получения особо чистых порошков тугоплавких химически активных металлов (например, титана):

Способы плавки:

- индукционная плавка и сбор расплава в керамическом тигле-приемнике распыляющего устройства;

- постепенное оплавление исходного слитка электронным лучом со стеканием расплава непосредственно в распыляющее устройство;

- электродуговая плавка и сбор расплава в керамическом тигле-приемнике распыляющего устройства.

Способы распыления:

- распыление аргоном чистотой 99,99%;

- распыление с помощью вращающегося перфорированного тигля в вакууме 1×10^-3 мм рт. ст. (0,133 Па);

- распыление с помощью вращающегося диска в вакууме 1×10^-3 мм рт. ст. (0,133 Па);

- распыление с помощью вращающегося перфорированного тигля в атмосфере аргона чистотой 99,99%;

- распыление с помощью вращающегося диска в атмосфере аргона чистотой 99,99%.

Ответ: Постепенное оплавление слитка электронным лучом со стеканием расплава непосредственно в распыляющее устройство; распыление с помощью вращающегося диска в вакууме.

6. Укажите, при каком сочетании условий (высокое или низкое значение каждого из перечисленных параметров) вольфрамовый порошок, полученный восстановлением триоксида вольфрама водородом, будет иметь наибольшую среднюю крупность частиц:

- температура восстановления;

- расход водорода;

- влажность водорода;'

- высота слоя оксида в лодочке.

Ответ: высокая температура восстановления, низкий расход водорода и высокая его влажность, большая высота слоя оксида.

7. Перечислите важнейшие технологические требования к металлу-восстановителю при металлотермическом восстановлении.

Ответ: Достаточно высокое сродство к отнимаемому металлоиду; легкость отделения образующегося соединения восстановителя от восстановленного металла; легкость отделения избытка восстановителя от восстановленного металла.

8. Из какого соединения получают основное количество металлического титана? Каковы преимущества этого соединения перед другими? Какой восстановитель наиболее широко используют при промышленном получении металлического титана? Каким способом отделяют избыток восстановителя и соединения последнего от металлического титана?

Ответ: В промышленности титан получают из тетрахлорида TiCl₄ ; основные достоинства этого соединения - отсутствие твердых растворов Cl в Ti и легкость очистки TiCl₄ от примесей. В качестве восстановителя наиболее широко используют магний. Образующийся MgCl₂ и избыток Mg отделяют вакуумной сепарацией.

9. Из чего складывается напряжение на ванне при электролитическом рафинировании металла?

Ответ: Из суммы катодной и анодной поляризаций и падения напряжения при прохождении тока через электролит (т.е. произведения силы тока на сопротивление электролита).

10. Какова причина катодного перенапряжения при замедленной электрокристаллизации металлов?

Ответ: Скорость образования устойчивых трехмерных зародышей при возникновении кристаллов металла на катоде и двумерных зародышей при росте кристаллов тем больше, чем больше поляризация катода; увеличение плотности тока (т.е. скорости осаждения металла) сопровождается ростом поляризации (перенапряжения).

11. Запишите зависимость разности равновесного давления пара DР над плоской поверхно­стью Р₀ и над криволинейной поверхностью с радиусом кривизны r от значения величины r.

Ответ: где s – поверхностное натяжение; w – объем решетки, приходящийся на 1 атом; k - постоянная Больцмана; Т – температура.

12. Запишите зависимость разности равновесной концентрации вакансий DС_в над плоской поверхностью С_в,₀ и над поверхностью с радиусом кривизны r от значения величины r.

Ответ: где s – поверхностное натяжение; w – объем решетки, приходящийся на 1 атом; k – постоянная Больцмана; Т – температура.

13. Перечислите способы измерения размера частиц порошка.

Ответ: ситовой, микроскопический, седиментационный, рентгеновский.

14. Перечислите основные механизмы роста контактного перешейка при припекании твердых частиц.

Ответ: Вязкое течение, объемная диффузия вакансий, поверхностная диффузия вакансий, перенос массы через газовую фазу путем испарения-конденсации, пластическая деформация.

15. Начертите схему диаграммы Эшби для определения степени припекания x/R₀ (x – диаметр контактного перешейка, R₀ – начальный радиус частиц) в зависимости от гомологической температуры плавления частиц Т/T_пл при постоянном времени спекания для одинаковых значений R₀.

О твет:

16. Начертите схему диаграммы в координатах безразмерный радиус пор x – безразмерное давление газа y, иллюстрирующую поведение заполненных газом изолированных пор.

О твет:

17. Перечислите основные формы частиц порошка и методы получения порошка, соответст­вующие этим формам.

Ответ: Сферическая (распыление, карбонильный метод); губчатая (восстановление); осколочная (дробление в барабанах и вибрационных мельницах); тарельчатая (вихревое измельчение); дендритная (электролиз).

18. Перечислите основные методы измерения удельной поверхности порошка.

Ответ: Адсорбционные, седиментационные, фильтрационные методы.

19. Перечислите основные технологические свойства порошка.

Ответ: Насыпная масса , масса утряски, текучесть, прессуемость, формуемость, спекаемость.

20. Перечислите основные виды формования порошка.

Ответ: Одно- и двустороннее прессование в прессформах; гидро- и газостатическое прессо­вание; взрывное и гидростатическое прессование; штамповка, ковка, прокатка порошков; мундштучное прессование; шликерное литьё; инжекционное формование.

21. Выведите и запишите в окончательном виде уравнение зависимости радиуса контактного перешейка от времени припекания по механизму вязкого течения.

Ответ: Х=3R₀t/2

22. Выведите и запишите в окончательном виде уравнение зависимости радиуса контактного перешейка от времени припекания по механизму объёмной диффузии и вакансий.

Ответ: Х=20R₀V_D_C_ot/kT

23. Выведите и запишите в окончательном виде уравнение зависимости радиуса контактного перешейка от времени припекания по механизму поверхностной диффузии вакансий.

Ответ: X⁷=28D_V_R₀³t/kT

24. Выведите и запишите в окончательном виде уравнение зависимости радиуса контактного перешейка от времени припекания по механизму переноса через газовую фазу при >>r.

Ответ: Х³ = (18/π)^0,5(m/kT)^1,5P_R₀t/²

25. Выведите и запишите в окончательном виде уравнение зависимости радиуса контактного перешейка от времени припекания по механизму переноса через газовую фазу при  << r.

Ответ: Х⁵ = 40 D_г (V_/kT )²P_R₀t

26. Выведите и запишите в окончательном виде уравнение зависимости радиуса контактного перешейка от времени припекания по механизму вязкого течения при наличии прижимающего усилия.

Ответ: Х⁴ = 12D_C₀V_Ft/nkT

27. Выведите и запишите в окончательном виде уравнение зависимости уменьшения радиуса поры от времени при залечивании поры по механизму объёмной диффузии вакансий.

Ответ: R³ = R₀³ 6D_C₀V_t/kT

28. Выведите и запишите в окончательном виде уравнение зависимости уменьшения радиуса поры от времени при залечивании поры по механизму вязкого течения

Ответ: R = R₀t/

29. По какому закону происходит рост среднего размера пор при коалесценции ансамбля пор?

Ответ: R(t)  At^1/3

30. Какие зависимости положены в основу реологического описания спекания?

Ответ: В основу реологического описания спекания положены зависимости движущих сил спекания и вязкости от пористости.

31. Каким соотношением связаны коэффициент диффузии и вязкость поликристаллических тел со средним размером зёрен l?

Ответ:  = l²kT/DV_