Устройство для оценки степени трибоактивации измельченных материалов


 


Владельцы патента RU 2468354:

Открытое акционерное общество "ГосНИИсинтезбелок" (RU)

Изобретение предназначено для использования в механохимии с целью упростить и сократить длительность оценки степени активации механическим, химическим или плазменным воздействием. Техническим результатом является организация экспресс-оценки степени трибоактивации с использованием простейшего лабораторного оборудования. Технический результат достигается устройством, содержащим цилиндр с поршнем и отверстием для обеспечения физического контакта с жидкостью, активированного при размоле, находящегося в цилиндре порошка. Степень активации оценивают по скорости подъема жидкости в столбике с порошком (по скорости смещения границы между смоченным и сухим слоями порошка в цилиндре, или(и) по изменению массы порошка за счет сорбции жидкости). 1 ил.

 

Изобретение предназначено для использования в экспериментальной и промышленной механохимии, в частности для оценки степени активации поверхности частиц твердых тел при размоле, при химической или плазменной обработке. Цель достигается использованием устройства, содержащего цилиндр с поршнем и отверстия для обеспечения физического контакта находящегося в цилиндре активированного при размоле порошка с жидкостью.

Механохимическая, плазменная, химическая и, в частности, механоактивационная обработка находит в последнее время все более широкое применение для модификации свойств различных материалов [1, 2, 3]. При этом, направленное изменении свойств обрабатываемых материалов возможно лишь при оптимизации условий механохимической обработки [4].

Практически во всех возможных приложениях трибохимии появляется необходимость в оценке параметров, характеризующих степень активации поверхности измельченного твердого тела. Однако определение степени активации весьма затруднено, так как до настоящего времени механизм этого явления до конца не известен. Несомненно, однако, что эффект механоактивации обусловлен не только образованием новой поверхности при измельчении твердого вещества, но образованием и накоплением дефектов на поверхности частиц, обуславливающих изменение его реакционной способности [5, 6].

Имеется ряд физических явлений, которые сопровождают трибоактивацию поверхности:

- понижение температуры плавления и спекания веществ, прошедших активирующее воздействие;

- снижение энергетического барьера химических реакций.

- изменение кинетики химических реакций с участием активированных веществ;

- изменение растворимости;

- излучение энергии в виде звуковых, световых и электромагнитных волн;

- изменение теплоты смачивания;

- изменение сорбционной способности.

Для регистрации дефектов структуры поверхности используют различные методы: рентгеноструктурный анализ, инфракрасную, радио- и месбаэровскую спектроскопию, электронный парамагнитный и ядерный магнитный резонанс [7], термостимулированную экзоэлектронную эмиссию [8], измерение скорости распространения фронта реакции синтеза [9]. Каждый из этих методов может быть использован для регистрации явлений, сопровождающих активацию, для оценки степени активации и скорости релаксации активации, однако несомненное практическое преимущество имеют способы, основанные на измерении сорбционной способности механоактивированных порошков, так как их реализация доступна персоналу без специального образования и требует простейшего лабораторного оборудования (секундомер, весы).

Настоящее изобретение направлено на реализацию экспресс-оценки степени трибоактивации с использованием простейшего лабораторного оборудования.

Заявленный нами результат достигается использованием устройства в виде цилиндров с поршнями (1) и отверстиями (2) для обеспечения физического контакта находящегося в цилиндре активированного при размоле порошка (3) с жидкостью (4).

Для измерений в цилиндр засыпают определенное количество механоактивированного порошка и сдавливают его, сдвигая поршень в положение, соответствующее количеству засыпанного в устройство порошка. После чего устройство приводят в контакт с жидкостью так, чтобы жидкость через отверстие для осуществления контакта попала внутрь цилиндра и смочила нижнюю поверхность столбика спрессованного в цилиндре активированного порошка.

Степень активации оценивают по скорости подъема жидкости в столбике порошка (по скорости смещения границы между смоченным и сухим слоями порошка в цилиндре), или(и) по изменению массы порошка за счет сорбции жидкости.

Пример реализации изобретения

В качестве стандартного цилиндра с поршнем удобно использовать медицинский шприц (например, на 5 мл), который взвешивают на лабораторных весах, вынимают поршень, засыпают в шприц определенное количество (2 г) механоактивированного порошка, например древесины, осторожно сдавливая порошок, подводят поршень к определенному делению и опускают шприц поршнем вверх в химический стакан с водой, уровень которой подбирают таким, чтобы вода доходила до нижнего слоя порошка в шприце (чертеж)

Для дифференциальной оценки готовят две или больше проб в стандартных шприцах и помещают их одновременно в один и тот же стакан с водой. Скорость смешения границы при пропитке определяют, пользуясь секундомером и градуировкой шприца. После завершения процесса пропитки шприцы вновь взвешивают и определяют сорбционную емкость по разности весов до и после измерения скорости пропитки.

Для предотвращения артефактов конец наконечника шприца перед его взвешиванием срезают наискосок, что обеспечивает свободный доступ воды к образцу, а после смещения поршня к заданному делению, прокалывают поршень или корпус шприца непосредственно под поршнем, для обеспечения выхода воздуха, сжимаемого впитываемой порошком водой.

Следует отметить, что точность измерений скорости пропитки увеличивается при уменьшении соотношения диаметра цилиндра к высоте образца. В связи с этим удобно пользоваться шприцами для инсулина. Однако введение исследуемого порошка в такие, довольно тонкие и длинные шприцы, требует навыка.

Калибровка устройства возможна сравнением результатов, полученных заявленным и одним из известных [7, 8] методов.

Таким образом, совокупность отличительных признаков описываемого устройства обеспечивает достижение указанного результата.

В результате проведенного анализа уровня техники оценки степени трибоактивации, источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, не обнаружен, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна". Простота решения, не реализованного до сегодняшнего дня, свидетельствует о соответствии предлагаемого устройства условию "изобретательский уровень".

Таким образом, изложенные выше сведения свидетельствуют о том, что заявленное изобретение, предназначенное для использования в экспериментальной и промышленной механохимии, в частности для оценки степени активации поверхности частиц твердых тел при размоле, при химической или плазменной обработке обладает заявленными выше свойствами. Для заявленного устройства в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, нет препятствий его осуществления на практике с использованием распространенных и доступных средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Источники информации

1. Авакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск, Наука. Сибирское отделение, 1986, 305 с.

2. Lee, S.-J., B.-G. Paik, G.-B. Kim, Y.-G. Jang. Self-Cleaning Features of Plasma-Treated Surfaces with Self-Assembled Monolayer Coating. Jpn. J. Appl. Phys. 2006, 45, 912-918.

3. Ломовский, О.И. Механохимия в решении экологических задач Новосибирск. ГПНТБ СО РАН, Сер. Экология. 2006. Вып.7, 221 с.

4. Болдырев В.В. Механохимический синтез в неорганической химии. Новосибирск, Наука. Сибирское отделение, 1991, 3-32 с.

5. Хренкова Т.М. Механохимическая активация углей. М., Недра, 1999, 175 с.

6. Болдырев В.В. Экспериментальные методы в механохимии твердых неорганичеких веществ. Новосибирск, Наука. Сибирское отделение, 1983, 64 с.

7. Вартапетян, Р.Ш., Волощук, А.М., Плавшин Г.М., Топоров Ю.П., Хрусталева Г.Н. Журнал физической химии, 1995, 69, №10, с 1831-1835.

8. Клюев В.А., Кутузова О.А., Ревина Е.С., Топоров Ю.П. Влияние механоактивации на экзоэмиссионные свойства активированного угля. Письма в ЖТФ, 2001, 27, №5, с.32-35.

9. Овсянникова Н.Ю. Исследование активности порошковых механоактивированных смесей путем измерения скорости распространения фронта реакции. 65-е ДНИ НАУКИ СТУДЕНТОВ МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции молодых ученых. Москва, 2010, с.67-68.

Устройство для оценки степени трибоактивации измельченных материалов, содержащее цилиндр с поршнем и отверстием для обеспечения физического контакта с жидкостью, активированного при размоле, находящегося в цилиндре порошка, степень активации оценивают по скорости подъема жидкости в столбике порошка, или(и) по изменению массы порошка за счет сорбции жидкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для использования в диагностике состояния механизмов и машин, испытывающих статические и динамические нагрузки и требующих повышенных мер контроля и обеспечения безопасности, например, погрузо-разгрузочных строительных машин (башенных кранов).

Изобретение относится к неразрушающему контролю упругих твердых тел акустическими методами и может найти применение в строительстве и в машиностроении, в частности авиадвигателестроении.

Изобретение относится к методам использования вакуумных датчиков для выполнения "мониторинга за техническим состоянием структуры" (SHM) и способам несъемного соединения материала чувствительного элемента с корпусом согласно преамбуле пунктов формулы 1, 15, 46 и 47.

Изобретение относится к неразрушающему контролю внутренних дефектов изделий, а именно к способам контроля валов, в частности для обнаружения накопленных усталостных повреждений коленчатых валов автотракторной и компрессорной техники.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в микроэлектронике при производстве интегральных микросхем на активных и пассивных подложках и в дифракционной оптике при производстве элементов дифракционной оптики.

Изобретение относится к активным методам акустического контроля упругих конструкций, использующих вынужденные механические колебания, и может найти применение в машиностроении, в частности авиадвигателестроении.

Изобретение относится к средствам для контроля целостности конструкции, расположенной в окружающей среде, содержащей текучую среду под давлением окружающей среды.

Изобретение относится к области испытания материалов на усталость и предназначено для определения момента появления в металле необратимых повреждений, характеризующегося образованием в металле микротрещин в процессе его нагружения. Сущность: осуществляют вырезку образца из испытываемого металла, его термообработку, вырезку из термообработанного образца серии базовых образцов, испытание этих образцов на ударную вязкость, обработку полученных значений ударной вязкости методом наименьших квадратов с получением среднего значения ударной вязкости, которое принимается за базовое. Из листа испытываемого металла вырезают другую серию образцов для проведения усталостных испытаний, при этом первый образец из этой серии испытывают до разрушения, второй образец нагружают в течение количества циклов, равных половине количества циклов до разрушения первого образца, третий и последующие образцы из этой серии нагружают, изменяя количество циклов нагружения от образца к образцу. Каждый образец, кроме первого, после нагружения термообрабатывают на режимах, которые применялись при получении базового значения ударной вязкости, после чего из каждого из них вдоль направления прикладываемой нагрузки вырезают серии образцов с размерами, аналогичными размерам базовых образцов для испытания на ударную вязкость. Осуществляют испытания полученных образцов на ударную вязкость, полученные значения ударной вязкости обрабатывают методом наименьших квадратов с получением среднего значения ударной вязкости для каждой из серий. Анализируют полученные средние значения ударной вязкости, сравнивая их с базовым, и определяют диапазон количества циклов нагружения металла, в котором начинается падение значений ударной вязкости термообработанных образцов, который характеризует момент образования в металле микротрещин. Технический результат: возможность получать сведения не только об общей долговечности металла при определенных параметрах нагружения, но и о моменте образования в металле необратимых повреждений. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в микроэлектронике при производстве интегральных микросхем на активных и пассивных подложках и в дифракционной оптике при производстве дифракционных микропрофилей. Способ заключается в том, что производят сдвиг подложки-зонда по поверхности исследуемой подложки, которые расположены под углом друг к другу. Этот угол создают в сторону движения подложки-зонда. Сдвиг подложки-зонда осуществляют путем увеличения угла между исследуемой поверхностью и плоскостью горизонта, по углу, при котором происходит сдвиг подложки-зонда, судят о чистоте поверхности подложки, при этом в процессе скольжения подложки-зонда выполняют неравенство γ≤±16°, где γ - угол между биссектрисой угла при вершине контактирующей грани подложки-зонда и траекторией скольжения. Техническим результатом является обеспечение возможности устранения механических разрушений поверхности и увеличение точности процесса измерения. 6 ил.

Изобретение относится к диагностике технического состояния стальных деталей, а именно к способам выявления микротрещин, обусловленных наличием водорода в сталях. Указанный технический результат достигается тем, что способ выявления микротрещин в виде флокенов в стали включает изготовление ударных образцов с надрезом, закалку образцов на мартенсит, их разрушение и выявление на изломе методами световой и/или сканирующей микроскопии мартенситного микрорельефа, свидетельствующего о наличии внутренних трещин, обусловленных водородной хрупкостью. Технический результат изобретения - обеспечение простого и достоверного способа выявления микротрещин - флокенов, обусловленных наличием водорода в стали. 6 ил.

Изобретение относится преимущественно к области исследований материалов, а именно к обнаружению локальных дефектов или нерегулярностей на подвергнутых механической обработке поверхностях деталей машин, в частности на поверхности цилиндра двигателя внутреннего сгорания, далее ДВС, после обработки хонингованием. Технический результат изобретения - повышение точности и достоверности оценки качества поверхности цилиндра ДВС после операции хонингования. Задача решается за счет способа, в котором в качестве критерия используют разность высот канавки и поверхности за пределами канавки, отличающегося тем, что производится инструментальное трехмерное измерение поверхности цилиндра, выбирают поле для измерений таким, чтобы его противолежащие стороны пересекали, по меньшей мере, две канавки, измерения высот точек микропрофиля производят в сечении по дну канавки параллельно образующей канавки, результаты измерений (поле измерений) сохраняют в виде двумерного массива (А0), рассчитывают (Аср) - среднее значение высот массива (А0), затем по высотной диаграмме массива (А0) определяют координаты пересечения наиболее глубокой части канавок с границами поля измерений, для каждой канавки выбирают из двумерного массива (А0) высотные координаты части измеренных точек поверхности, принадлежащих сечению по дну канавки параллельно образующей канавки в массив (А), состоящий из N точек, далее рассчитывают (N1) - число точек массива (А), для которых выполняется условие A(i)>Аср, где А(i) - высота точки входящей в массив (А), затем рассчитывают частные коэффициенты вырождения канавок (KBKj) для выделенных канавок по выражению: KBKj=Nj/N, и (КВК) измеренного поля рассчитывают как среднее от частных коэффициентов вырождения канавок (KBKj), и по их величинам судят о качестве поверхности цилиндра двигателя внутреннего сгорания после операции плосковершинного хонингования. 2 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля валов турбоагрегатов, преимущественно турбоагрегатов электростанций, включающих турбину и электрический генератор. Для достижения поставленной цели на работающем турбоагрегате с помощью известных устройств измеряют частоту крутильных колебаний вала первой и/или второй и последующих форм собственных колебаний, дополнительно измеряют параметры режима работы турбоагрегата, например активную мощность генератора, определяют эталонную зависимость частоты и/или частот крутильных колебаний вала от параметров режима работы турбоагрегата и судят о появлении усталостного повреждения вала и уровне повреждений по отклонению измеряемого значения частоты крутильных колебаний вала от эталонной зависимости. Технический результат заключается в возможности обнаружения появления усталостных трещин вала на работающем турбоагрегате на начальном этапе их развития. 1 ил.
Наверх