Способ диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния ультразвуком

Авторы патента:

C23C4/10 - оксиды, бориды, карбиды, нитриды, силициды или их смеси

B22F9/08 - литьем, например через сита или в воде, распылением (с применением электрического заряда B22F 9/14)

Владельцы патента RU 2508963:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния в жидкой среде. Может использоваться в качестве модифицирующей добавки в лакокрасочные материалы, бетоны, клеи для укладки плитки. На жидкость, содержащую порошок диоксида кремния марки Таркосил Т05 В06, воздействуют ультразвуковыми колебаниями диспергатора. Воздействие осуществляют в течение 3 минут с обеспечением в обрабатываемой среде режима акустической кавитации на резонансной частоте ≈23 кГц. Обеспечивается получение устойчивой к расслоению смеси жидкости с равномерно распределенным в ней нанопорошком.

Предлагаемое изобретение относится к способу диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния марки Таркосил разновидности Т05В 06 в жидкой среде, полученный при этом состав может быть использован в качестве функциональной (модифицирующей) добавки в лакокрасочные и другие строительные материалы (бетоны, клеи для укладки керамической плитки и т.д.) для повышения их прочности и износостойкости.

Задачей изобретения является высокоэффективный способ диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния в жидкость с использованием энергии ультразвуковых колебаний в режиме акустической кавитации.

Известен способ получения пористого углеродного материала на основе терморасширенного оксида графита и материал (RU 2009140063А; С04В 35/52, 10.05.2011), согласно которому частицы оксида графита используют в виде суспензии. При этом частицы оксида графита в суспензии до смешивания с солями и оксидами подвергают диспергированию путем воздействия ультразвуком, а затем смешивание суспензии с комплексной солью также осуществляют под воздействием ультразвука. Пористый углеродный композиционный материал на основе терморасширенного оксида графита содержит наночастицы переходных металлов или оксидов переходных металлов с размером, не превышающим 30 нм.

Известен также состав и способ получения нанодисперсного противоизносного состава (НСПС) (RU 2008151517А; С10М 177/00, В82В 1/00, 10.07.2010), причем НДПС представляет собой суспензию из жидкого смазочного материала и взвеси высокодисперсных минералов, при этом взвесь получается следующим образом, - набор природных минералов предварительно измельчают в мельнице до порошка, проводят его магнитную сепарацию, вводят в жидкий смазочный материал, дезинтегрируют до размера частиц минералов не более 1 мкм, полученную смесь отстаивают, а образовавшуюся над отстоем суспензию используют в качестве присадки к смазочному материалу, причем набор природных минералов имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

Серпентин (лизардит и хризотил)	80-87
Хлорит	2-3
Магнетит	1-2
Амакинит	1-2
Кальцит	0,5-1
Рентгеноаморфная фаза	8,5-12

а непосредственно перед дезинтеграцией в жидкий смазочный материал вводятся поверхностно-активные вещества, образующие с частицами минералов в процессе их диспергирования коллоидный раствор. Перед дезинтеграцией в жидком смазочном материале порошок помещают в технологическую жидкость и проводят обработку полученной суспензии порошка и технологической жидкости с помощью ультразвука при мощности излучения не менее 5 кВт при длительности не менее 10 мин, а затем производят удаление технологической жидкости, после чего проводят диспергирование в жидком смазочном материале.

И в первом и во втором способе используется диспергирование ультразвуком. В состав предлагаемых материалов входят наноразмерные вещества.

Наиболее близким к заявленному изобретению относится изобретение США «Наноструктурные сырьевые материалы для термического напыления», запатентованное в России (RU 98111495А; С23С 4/12, В82В 1/00, В82В 3/00, 10.06.2000; заявители: Юниверсити Коннектикут (US); Рутгерс, Стейт Юниверсити Нью-Джерси (US); авторы: Питер Р.Стратт (US), Бернард Х.Кир (US), Росс Ф.Боуленд (US). Формула изобретения состоит из множества пунктов:

1. Способ получения агломерированных наноструктурных частиц, включающий: (а) диспергирование наноструктурного материала в жидкую среду посредством ультразвука; (б) добавление органического связующего к среде с получением раствора; и (в) сушку распылением раствора с получением, агломерированных наноструктурных частиц.

10 (17). Способ получения наноструктурных покрытий, включающий: (а) ультразвуковое диспергирование наноструктурного порошка в жидкую среду; (б) добавление органического связующего к упомянутой среде с образованием раствора; (в) сушку распылением раствора, вследствие чего образуются агломерированные наноструктурные частицы; и (г) напыление покрытия из агломерированных наноструктурных частиц на изделие с образованием наноструктурного покрытия.

12. Способ получения наноструктурного покрытия, включающий: (а) ультразвуковое диспергирование наноструктурного порошка в жидкую среду; (б) инжектирование упомянутого дисперсного раствора непосредственно в питание распылителя для термического напыления; и (в) напыление покрытия из агломерированных наноструктурных частиц на изделие с образованием наноструктурного покрытия.

В последнем варианте используется ультразвук для диспергирования наноструктурного порошка в жидкую среду. Но в нем не указываются:

- устройства для проведения ультразвукового диспергирования;

- использование акустической кавитации для деагломерирования и диспергирования;

- в качестве наноструктурного материала не используется диоксид кремния марки Такркосил.

Суть изобретения:

Предполагаемое изобретение относится к способу диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния марки Таркосил разновидности Т05В 06 в жидкой среде (средний размер частиц порошка Таркосил 53 нм). После смачивания порошка жидкостью процесс деагломерации и диспергирования осуществляется с помощью энергии ультразвуковых колебаний диспергатора ИЛ100-6/1, создающего режим акустической кавитации в обрабатываемой среде на резонансной частоте ≈23 кГц. Мощность ультразвуковой установки 630 Вт. Время озвучивания ≈3 минуты.

Наноразмерный порошок диоксида кремния марки Таркосил получают на базе ИТПМ и ИЯФ СО РАН. Средний размер частиц порошка Таркосил разновидности Т05В 06 составляет 53 нм. Он используется, в частности, в качестве функциональной добавки в краску.

Для интенсификации процесса диспергирования наночастиц в жидкую среду был использован ультразвуковой диспергатор, работающий в режиме эффекта акустической кавитации, возникающей при распространении ультразвука в среде. Ультразвуковая установка ИЛ 100/6 (ООО «Ультразвуковая техника - Инлаб» г. Санкт-Петербург) предназначена для исследования воздействия ультразвука на жидкие среды в кавитационном и до кавитационном режиме. Акустическая кавитация представляет собой мощное средство преобразования энергии звуковой волны низкой плотности в высокую плотность энергии, связанную с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков.

Установка состоит из: ультразвукового генератора ИЛ 10-0,63; магнитострикционного преобразователя; сменных волноводов. В случае диспергирования наночастиц диоксида кремния был использован цилиндрический волновод.

Процесс протекает следующим образом:

- в емкость заливается жидкость;

- подбирается резонансная частота для данной жидкости;

- добавляется порошок диоксида кремния (SiO₂) марки Таркосил разновидности Т05В 06 в необходимом количестве;

- волновод полностью погружается в жидкость;

- проводится процесс диспергирования;

- время озвучивания 3 минуты.

В результате получается устойчивое к расслоению состояние смеси жидкости с нанопорошком диоксида кремния. Например, с водой образуется непрозрачная жидкость («состав»), в которой отсутствуют видимые твердые частицы. При этом жидкость нельзя назвать «раствором», так как диоксид кремния в воде нерастворим, но и «суспензия» также не совсем подходит, так как равномерно распределенные частицы диоксида кремния в жидкости носят наноразмерную величину.

Таким образом, техническим результатом можно считать получение с помощью представленного способа диспергирования высококачественного “состава” нанопорошка диоксида кремния, равномерно распределенного в жидкости с помощью режима акустической кавитации. Установлены режимы проведения процесса диспергирования - время воздействия и резонансная частота ультразвуковых колебаний. При этом другие способы смешивания не достигают такого качества продукта за указанное в предлагаемом способе время.

Способ диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния (SiO₂) в жидкой среде, включающий введение в жидкость нанопорошка диоксида и воздействие на нее ультразвуковыми колебаниями, отличающийся тем, что в жидкость вводят нанопорошок диоксида кремния марки Таркосил Т05В 06, а воздействие ультразвуковыми колебаниями осуществляют в течение 3 мин с обеспечением в обрабатываемой среде режима акустической кавитации на резонансной частоте 23 кГц.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий, а именно покрытий из нитрида титана, и может быть использовано в металлообработке. Способ включает очистку поверхности пескоструйной обработкой и нанесения покрытия детонационным методом.

Способ получения эрозионностойких теплозащитных покрытий // 2499078

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для защиты теплонагруженных узлов и элементов конструкции двигательных установок от теплового и эрозионного разрушения в струе высокотемпературных продуктов сгорания топлива, содержащих, в частности, конденсированную фазу, путем плазменного напыления эрозионностойких теплозащитных покрытий.

Проволока для получения покрытий напылением // 2496908

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нанесению покрытий газотермическим напылением, и может быть использовано для защиты деталей от износа, а также при ремонте деталей.

Композиционные материалы для смачиваемых катодов и их использование при производстве алюминия // 2487956

Изобретение относится к композиционным материалам на основе тугоплавких металлов и может быть использовано в электролизерах при получении алюминия. .

Блок цилиндров и газотермический способ напыления покрытия // 2483139

Изобретение относится к блоку цилиндров двигателя. .

Способ получения неприлипающего покрытия на основе карбида кремния // 2479679

Изобретение относится к технологии производства поверхностного покрытия для тиглей, предназначенных для приведения в контакт с жидкими материалами при высокой температуре, такими как жидкий кремний, с целью их затвердевания, например, в форме цилиндров.

Способ получения полимерного нанокомпозиционного материала // 2477763

Изобретение относится к плазменной технологии, а именно к способу плазменной обработки дисперсного материала. .

Способ нанесения покрытия из оксида алюминия на подложку, покрытую карбидом кремния // 2468361

Изобретение относится к способу нанесения покрытия из оксида алюминия на деталь, имеющую поверхность из карбида кремния (SiC) и используемую в высокотемпературных областях техники.

Способ нанесения покрытия на покрытую карбидом кремния подложку // 2466116

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на деталь с выполненной из карбида кремния (SiC) поверхностью. .

Способ плазменного напыления износостойких покрытий // 2462533

Изобретение относится к технологии газотермического напыления, а именно к плазменным способам напыления износостойких покрытий на детали, работающие при одновременном воздействии износа и коррозионных сред, и может быть использовано в машиностроении, металлургии, энергетике и других сферах производства.

Способ получения объемных сложнопрофильных наноструктурных конструкционных и функциональных материалов // 2508961

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению объемных наноструктурных материалов. Пористую металломатричную основу формируют путем спекания в состоянии свободной засыпки полиморфных порошковых материалов дисперсностью 1-10 мкм.

Способ получения коллоидов металлов // 2508179

Изобретение относится к получению коллоидов металлов электроконденсационным методом. Может использоваться для создания каталитических систем, модификации волокнистых и пленочных материалов, например, для изготовления экранов защиты от электромагнитного излучения.

Противосудорожное средство и способ его получения // 2508098

Изобретение относится к области медицины, в частности к фармакологии и фармацевтике, и касается противосудорожного средства, представляющего собой аминокислоту глицин, иммобилизованную на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, и способа его получения.

Способ профилактики гнойно-воспалительных осложнений при лечении травматолого-ортопедических пациентов с использованием аппаратов внешней фиксации // 2508062

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для профилактики гнойно-воспалительных осложнений при использовании аппаратов внешней фиксации в процессе лечения пациентов в травматологии и ортопедии.

Способ получения наночастиц магнетита, стабилизированных поливиниловым спиртом // 2507155

Изобретение может быть использовано в магнитной наноэлектронике для магнитных регистрирующих сред с высокой плотностью записи, для магнитных сенсоров, радиопоглощающих экранов, а также в медицине.

Способ получения фуллеренов // 2507152

Изобретение может быть использовано при электрохимической очистке сточных вод, имеющих сложный состав органического происхождения и ряд неорганических компонентов.

Магниторезистивная головка-градиометр // 2506665

Изобретение относится к области магнитных наноэлементов. В магниторезистивной головке-градиометре, содержащей подложку с диэлектрическим слоем, на котором расположены соединенные в мостовую схему немагнитными низкорезистивными перемычками четыре ряда последовательно соединенных такими же перемычками в каждом плече мостовой схемы тонкопленочных магниторезистивных полосок, содержащих каждая верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка, первый изолирующий слой поверх тонкопленочных магниторезистивных полосок, на котором сформирован первый планарный проводник с рабочими частями, расположенными над тонкопленочными магниторезистивными полосками, и второй изолирующий слой, второй планарный проводник, проходящий над и вдоль рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоски, и защитный слой, при этом все тонкопленочные магниторезистивные полоски расположены в один ряд, во всех тонкопленочных магниторезистивных полосках ОЛН ферромагнитной пленки направлена под углом 45° относительно продольной оси тонкопленочной магниторезистивной полоски, а рабочее плечо мостовой схемы, ближайшее к краю головки-градиометра, удалено от трех балластных плеч мостовой схемы, ширина балластной тонкопленочной магниторезистивной полоски в N раз меньше ширины рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоски, а балластный ряд мостовой схемы состоит из набора N параллельно соединенных тонкопленочных магниторезистивных полосок.

Металломатричный композит // 2506335

Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к металломатричным композитам, и может быть использовано при производстве подшипников скольжения.

Прозрачные, бесцветные, поглощающие инфракрасное излучение композиции, содержащие наночастицы нестехиометрического оксида вольфрама // 2506284

Изобретение относится к прозрачным и бесцветным композициям, поглощающим инфракрасное излучение. Композиция содержит связующее, содержащее композицию, отверждаемую под действием излучения, и не более 500 частей на миллион, относительно общей массы композиции, частиц нестехиометрического оксида вольфрама общей формулы WO2,2-2,999 со средним размером первичных частиц не более 300 нанометров, диспергированных в связующем.

Способ получения монодисперсных наноразмерных порошков веществ // 2506143

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению монодисперсных наноразмерных порошков с заданными структурами и составом. Может использоваться в фармацевтической, пищевой, текстильной промышленности и других областях науки.

Способ получения металлического порошка // 2492028

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению мелкодисперсных металлических порошков заданного гранулометрического состава. .