Устройство для получения металлического порошка



Устройство для получения металлического порошка
Устройство для получения металлического порошка

 


Владельцы патента RU 2532215:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к получению металлических порошков. Устройство содержит водоохлаждаемую рабочую камеру с контролируемой атмосферой, установленный в верхней части рабочей камеры плазмотрон для формирования плазменного потока, одно или несколько устройств для подачи пруткового материала в плазменный поток и сборник порошка, установленный в нижней части рабочей камеры. Рабочая камера выполнена с параллельно ей установленной рабочей ветвью, соединенной с ней при помощи верхнего и нижнего перепускных патрубков, с возможностью обеспечения циркуляции газового потока навстречу движению потока частиц порошка за счет установки вентилятора в нижнем перепускном патрубке. Верхний перепускной патрубок расположен ниже точки пересечения плазменного потока с прутковым материалом. Параллельная рабочая ветвь имеет расположенный в нижней её части дополнительный сборник порошка. Обеспечивается получение порошков сферической формы при отсутствии слипания частиц. 2 ил., 1 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области получения металлических порошков с использованием плазменного распыления.

Уровень техники

Известно устройство для получения металлических порошков плазменным распылением, работающее по способу, описанному в заявке на изобретение №92011252, кл. B22F 9/06, B01J 2/00, опубл. 20.04.1995. Устройство содержит плазмотрон для создания плазменного потока, при помощи которого осуществляется нагрев и распыление материала, подаваемого в плазменный поток.

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что устройство содержит плазмотрон для нагрева и распыления материала.

Причина, препятствующая получению в известном устройстве технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что нагрев и распыление материала осуществляется в открытой атмосфере, что приводит к изменению химического состава распыляемого материала. Кроме того, для отсутствия спекания и деформации частиц порошка требуется большая длина пролета частиц порошка (до 10 метров и более). Частицы порошка имеют большой разброс по размерам и форме.

Известно устройство для получения металлических порошков, содержащее плазмотрон, одно или несколько устройств для подачи пруткового материала в направлении поперечном оси плазменного потока, охлаждаемый водой экран для торможения частиц, сборник частиц (Патент Японии №62270706, кл. B22F 9/08, B01J 2/02, опубл. 25.11 1987).

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии плазмотрона, одного или нескольких устройств, для подачи пруткового материала в направлении, поперечном оси плазменного потока.

Причина, препятствующая получению и известном устройстве технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что нагрев и распыление материала осуществляется в открытой атмосфере, что приводит к изменению химического состава распыляемого материала. Кроме того, при соударении частиц с охлаждаемым экраном, происходит их деформация.

Известно устройство для получения металлических и керамических порошков, содержащее охлаждаемую водой камеру с контролируемой атмосферой, в которой размещено устройство для подачи пруткового материала, один или несколько плазмотронов, расположенных под углом к оси подачи пруткового материала, сборник порошка, установленный в нижней части рабочей камеры (патент США №5707419, кл. B22F 9/22, 13.01.1998 г.).

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии охлаждаемой водой камеры с контролируемой атмосферой; в верхней части камеры установлены один или несколько плазмотронов для формирования плазменного потока, устройство для подачи пруткового материала в плазменный поток; сборник порошка, установленный в нижней части рабочей камеры.

Причина, препятствующая получению в известном устройстве технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что для отсутствия слипания и деформации частиц требуется большая длина их пролета (до 6 метров и более), что приводит к значительным габаритам устройства и требуемым производственным объемам.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для получения металлических порошков плазменным распылением, содержащее водоохлаждаемую рабочую камеру с контролируемой атмосферой, установленный в верхней части рабочей камеры плазмотрон для формирования плазменного потока, одно или несколько устройств, для подачи пруткового материала в плазменный поток и сборник порошка, установленный в нижней части рабочей камеры (патент США №6398125 B1, 04.06.2002, B05B 1/24). В камере создается встречный движению частиц порошка поток газа через установленные в стенках камеры, под углом к оси камеры, патрубки. Встречный поток газа служит для охлаждения и торможения частиц порошка.

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии охлаждаемой водой рабочей камеры с контролируемой атмосферой; установленного в верхней части камеры плазмотрона для формирования плазменного потока, одного или нескольких устройств для подачи пруткового материала в плазменный поток; сборник порошка, установленный в нижней части рабочей камеры.

Причина, препятствующая получению в известном устройстве технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что в известном устройстве трудно управлять распределением параметров встречного движению частиц порошка потока газа, что приводит к неравномерности охлаждения и торможения частиц порошка, хаотичному их перемещению, что усложняет получение порошков с заданными параметрами. Кроме того, устройство имеет значительные габариты.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности получения порошков материалов заданного химического состава сферической формы при отсутствии слипания частиц, снижение габаритов и массы оборудования, используемого для получения порошков.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном устройстве для получения металлического порошка, содержащем рабочую водоохлаждаемую камеру с контролируемой атмосферой, установленный в верхней части рабочей камеры плазмотрон для формирования плазменного потока, одно или несколько устройств для подачи пруткового материала в плазменный поток и сборник порошка, установленный в нижней части рабочей камеры, согласно изобретению рабочая камера выполнена с параллельно ей установленной рабочей ветвью, соединенной с ней при помощи верхнего и нижнего перепускных патрубков, с возможностью обеспечения циркуляции газового потока навстречу движению частиц порошка за счет установки вентилятора в нижнем перепускном патрубке, при этом верхний перепускной патрубок расположен ниже точки пересечения плазменного потока с прутковым материалом, а параллельная рабочая ветвь имеет расположенный в нижней ее части дополнительный сборник порошка.

Признаки заявляемого устройства, отличительные от прототипа: параллельно рабочей камере установлена рабочая ветвь, соединенная с ней при помощи верхнего и нижнего перепускных патрубков, с возможностью обеспечения циркуляции газового потока навстречу движению частиц порошка за счет установки вентилятора в нижнем перепускном патрубке, при этом верхний перепускной патрубок расположен ниже точки пересечения плазменного потока с прутковым материалом, а параллельная рабочая ветвь имеет расположенный в нижней ее части дополнительный сборник порошка.

Наличие циркулирующего встречного газового потока в камере, с равномерным распределением параметров по сечению камеры, повышает интенсивность охлаждения частиц порошка, обеспечивает торможение частиц и предотвращает деформацию их при соударении со стенками камеры. Повышение скорости охлаждения частиц и их торможение встречным потоком газа позволяет сократить габариты (длину) камеры, уменьшить необходимый производственный объем, снизить стоимость оборудования.

Перечень фигур

На фиг.1 показана функциональная схема устройства для получения металлических порошков плазменным распылением.

На фиг.2 показан внешний вид порошков: c - титан; d - медь; e - высоколегированная сталь.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретений

Устройство для получения металлического порошка (фиг.1) содержит рабочую камеру 1, в которой в верхней ее части установлен плазмотрон 2 для формирования плазменного потока, устройство (одно или несколько) 3 для подачи пруткового материала 4 в направлении, поперечном оси плазменного потока, параллельную рабочей камере рабочую ветвь 5, соединенную верхним 6 и нижним 7 перепускными патрубками с рабочей камерой 1. Верхний 6 перепускной патрубок расположен ниже точки пересечения плазменного потока с прутковым материалом 4. В нижнем перепускном патрубке 7 установлен вентилятор 8, служащий для создания газового потока в навстречу движению потока частиц порошка а. В нижней части рабочей камеры и рабочей ветви установлены сборники частиц порошка 9 и 10 соответственно. Рабочая камера и рабочая ветвь имеют водяное охлаждение (на фиг.1 не показано) с контролируемой атмосферой. Движение полученных частиц а и встречного газового потока в в камере показано стрелками.

Устройство работает следующим образом.

Из рабочей камеры 1 производится откачка воздуха (на схеме не показано), затем производится заполнение камеры 1 требуемым газом, например аргоном. Включается плазмотрон 2, генерирующий плазменную струю или плазменную дугу, включается устройство 3 (одно или несколько) для подачи пруткового материала 4, плазменной струей или дутой прутковый материал плавится и распыляется в виде сферических частиц заданного размера. Включается вентилятор 8, установленный в нижнем патрубке 7, соединяющем рабочую камеру 1 и параллельную рабочую ветвь 5. Распыленные частицы порошка движутся вдоль рабочей камеры 1 (направление движения по стрелкам а). Вентилятор 8 создает циркулирующий встречный газовый поток (циркуляция потока организована посредством наличия параллельной рабочей ветви 5 (направление движения по стрелкам в), который тормозит и охлаждает распыленные частицы порошка. Охлажденные частицы порошка собираются в сборнике 9. Деформация и спекание частиц порошка отсутствуют. Встречный циркулирующий поток может служить для отделения мелких фракций порошка, которые через параллельную рабочую ветвь 5 попадают в сборник 10. Плазмообразующий и распыляющий газ плазмотрона выбирается того же состава, что и газ, заполняющий камеру. В процессе работы дополнительный наддув газа в камеру не требуется.

Пример конкретного исполнения.

По предложенной схеме изготовлена установка с рабочей ветвью камеры диаметром 120 мм и длиной 2800 мм, диаметр параллельной ветви 80 мм. Камера устанавливается вертикально. Плазмотрон, установленный в камере для распыления, обеспечивает работу в диапазоне токов дуги 80-300 А. Скорость встречного газового потока регулируется в диапазоне 10-100 м/с.

На установке получали порошки (фиг.2) из титана (c), меди (d) и высоколегированной стали (e). Размер частиц регулировался в пределах 0,063-0,8 мм. Производительность 2,0-23 кг/ч.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает получение порошков металлов заданного химического состава сферической формы при отсутствии слипания частиц при снижении габаритов и массы оборудования, используемого для их получения.

Устройство для получения металлического порошка, содержащее водоохлаждаемую рабочую камеру с контролируемой атмосферой, установленный в верхней части рабочей камеры плазмотрон для формирования плазменного потока, одно или несколько устройств для подачи пруткового материала в плазменный поток и сборник порошка, установленный в нижней части рабочей камеры, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена с параллельно ей установленной рабочей ветвью, соединенной с ней при помощи верхнего и нижнего перепускных патрубков, с возможностью обеспечения циркуляции газового потока навстречу движению потока частиц порошка за счет установки вентилятора в нижнем перепускном патрубке, при этом верхний перепускной патрубок расположен ниже точки пересечения плазменного потока с прутковым материалом, а параллельная рабочая ветвь имеет расположенный в нижней её части дополнительный сборник порошка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменно-дуговой технологии синтеза наноструктурированных композиционных материалов, в частности полых наночастиц γ-Al2O3. Способ синтеза полых наночастиц γ-Al2O3 реализуют в две стадии, причем на первой проводят плазменно-дуговой синтез алюминий-углеродного материала, включающий откачивание вакуумной камеры, наполнение ее инертным газом, зажигание электрической дуги постоянного тока между графитовым электродом и металл-углеродным композитным электродом и распыление композитного электрода, выполненого в виде графитового стержня с полостью, в которой установлена алюминиевая проволока при весовом соотношении C:Al 15:1, а на второй - отжиг синтезированного материала, в кислородсодержащей среде при атмосферном давлении и температуре 400-950°C в течение одного часа.

Изобретение относится к металлургии. Устройство для извлечения элементов из оксидных руд в виде порошка содержит плазмотрон, подающий канал, реакционный канал, фильтр и емкость для сбора порошка.
Изобретение относится области порошковой металлургии, в частности к шихте электродного материала для электроискрового легирования деталей машин. Шихта содержит порошок карбида вольфрама и карбид титана.
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.

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.

Изобретение относится к плазменной технике и технологии. .

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано при нанесении высокоэффективных каталитических нанопокрытий. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам получения металлических гранул. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству металлических порошков. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошковых материалов с частицами менее 0,2 мкм, в частности, используемых в качестве материалов для синтеза люминофоров.

Изобретение относится к композиционным материалам. Способ получения стеклометаллических микрошариков включает помол стекла и рассев его на ситах с получением гранул заданного зернового состава, плазменное распыление стеклометаллического материала с улавливанием стеклометаллических микрошариков. Гранулы стекла заданного зернового состава покрывают связующим из жидкого стекла и порошком металла при соотношении гранулы стекла : порошок металла : жидкое стекло, равном 10:1:1, с получением стеклометаллического материала. Плазменное распыление стеклометаллического материала ведут при скорости его подачи по объему в плазменную горелку 0,5 см3/с и мощности плазмотрона 6 кВт. Обеспечивается ускорение технологического процесса получения микрошариков, а также возможность регулирования их зернового состава. 3 табл., 1 пр.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению ультрадисперсных металлических порошков. Может использоваться для производства металлических порошков, применяемых в электронной промышленности, приборостроении, машиностроении, ракетной технике, авиастроении и других отраслях промышленности. Способ получения фракционированных ультрадисперсных металлических порошков с размерами частиц 5-500 нм, включающий подачу исходного металлического порошка со средним размером частиц 100-150 мкм потоком инертного плазмообразующего газа в реактор газоразрядной плазмы, испарение исходного металлического порошка, охлаждение продуктов испарения охлаждающим инертным газом и конденсацию полученного металлического порошка в водоохлаждаемых приемных бункерах. Разделение на фракции потока конденсированных металлических частиц регулируется силой тока в электромагните постоянного тока. Магнит расположен с внешней стороны зоны охлаждения реактора так, что полюсы создаваемого электромагнитного поля находятся в горизонтальной плоскости по оси, перпендикулярной оси плазменной струи. Обеспечивается возможность разделения ультрадисперсных порошков металлов на заданные фракции без необходимости зарядки частиц. 5 з.п. ф-лы, 14 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Устройство содержит реактор из диэлектрического материала с сетчатым дном, выполненным съемным, и пластинчатыми электродами, подключенными к электрической системе с генератором электрических импульсов, накопительную емкость из диэлектрика для просыпавшегося через сетчатое дно порошка. При этом устройство также содержит дополнительное сетчатое дно в виде решетки с отверстиями меньшего диаметра, чем у сетчатого дна, выполненного съемным, установленное в реакторе для предотвращения засорения порошка крупными остатками неизмельченного материала, рубашку охлаждения накопительной емкости, выполненную из оцинкованного железа и облицованную теплоизоляционным материалом с низким коэффициентом теплопроводности, и колебательную систему, обеспечивающую вибрацию диспергируемого материала. Устройство выполнено с возможностью контроля уровня жидкой инертной среды в реакторе, вибрации колебательной системы и частоты и длины импульсов напряжения и силы тока в электрической системе посредством числового программного управления. Обеспечивается повышение стабильности работы установки, снижение процентного содержания оксидов в порошке и получение порошка с чистотой 99,99%. 2 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения наноразмерных частиц включает электроплазменную обработку поверхности электролита в виде солевого раствора, содержащего индуцированные ионы металлов или полупроводников с формированием из них частиц заданного размера. Электроплазменную обработку поверхности электролита проводят с использованием зарядного устройства с напряжением до 30 кВ, питающего конденсаторную батарею с емкостью (1,02…75)·10-10 Ф, анода, выполненного в виде кольца и размещенного с зазором 2-4 мм над поверхностью электролита, и катода, размещенного в середине упомянутого кольца без погружения в электролит. Обработку ведут с обеспечением веерного перемещения искрового разряда по поверхности электролита, восстановлением индуцированных ионов до нейтрального состояния атомов и агломерацией их в наноразмерные частицы металлов или полупроводников, изменение размера которых задают изменением параметров емкости конденсаторной батареи и концентрации солевого раствора электролита. Обеспечивается получение наночастиц металла с допуском 10%. 4 ил.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии, биологии и медицине. Способ изготовления коллоидного раствора серебра включает пропускание импульсных электрических разрядов между серебряными электродами в жидкости и получение коллоидного раствора с заданной концентрацией наночастиц металла. При этом периодически уменьшают частоту следования разрядных импульсов и скорость генерации наночастиц путем увеличения зазора между электродами на 10 мкм за 5 минут в процессе пропускания разрядов и последующего сближения электродов до полного их касания. При достижении показателем экстинкции раствора значения не менее 0,75 м-1 в спектральном диапазоне с длиной волны от 195 до 205 нм останавливают процесс пропускания импульсных электрических разрядов. Полученный коллоидный раствор охлаждают до кристаллизации жидкости, выдерживают и подвергают тепловому воздействию до полного разрушения кристаллов. Изобретение позволяет повысить биологическую активность коллоидного раствора серебра. 1 ил.

Изобретение относится к получению титановых гранул. Осуществляют вращение цилиндрической заготовки вокруг горизонтальной оси, оплавляют торец заготовки плазменной струей дугового плазмотрона с обеспечением распыления расплавленных частиц под действием центробежных сил и затвердевания частиц при полете в среде рабочих газов. Горячую смесь рабочих газов забирают из камеры распыления, далее направляют в фильтр первичной очистки, далее направляют в фильтр сверхтонкой очистки, после чего очищенную смесь рабочих газов направляют через теплообменник в компрессор, оттуда ее направляют в ресивер, после чего смесь рабочих газов направляют в охладитель смеси рабочих газов, после охлажденную смесь рабочих газов подают в формирователь охлаждающего потока смеси рабочих газов и далее формируют поток смеси охлажденных рабочих газов путем направления его через формирователь охлаждающего потока смеси рабочих газов в камеру распыления с обеспечением охлаждения расплавленных частиц потоком охлажденной смеси рабочих газов, после чего предварительно охлажденные частицы гранул ссыпают в приемный бункер. Обеспечивается снижение температуры в камере распыления, увеличение скорости охлаждения гранул, улучшение теплоотвода с внутренних поверхностей приемной трубы и приемного бункера. 1 ил.
Изобретение относится к получению гранул пенометаллов. Способ включает смешивание порошка металла с порофором, прессование полученной смеси с получением компактного образца в виде стержня или прутка, диспергирование полученного образца путем пропускания короткого импульса электрического тока с заданными амплитудой и длительностью. Используют порофор, температура разложения которого меньше температуры плавления металла. Обеспечивается получение гранул любых металлических материалов с заданной пористостью. 5 пр.

Изобретение может быть использовано в биологии и медицине. Способ изготовления коллоидного раствора серебра включает проведение электроразрядов в жидкой среде и определение концентрации раствора серебра. Электроразряды в жидкой среде проводят в виде затухающих разрядных импульсов длительностью 1-2 мкс с частотой 0,2-0,5 кГц до достижения показателем экстинкции раствора значения не менее 0,75 м-1 в спектральном интервале с длиной волны 195-205 нм. Изобретение позволяет повысить биологическую активность коллоидного раствора. 1 ил.

Изобретение может быть использовано в биологии и медицине. Определение концентрации металла в коллоидном растворе металла в воде проводят путем определения показателя экстинкции раствора в спектральном интервале с длиной волны 195-205 нм. Изобретение позволяет повысить биологическую активность коллоидных растворов металлов, таких как серебро, золото, железо, алюминий. 1 ил.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения наночастиц диоксида титана проводят откачивание вакуумной камеры, наполнение ее инертным газом, зажигание электрической дуги постоянного тока между графитовым электродом и металл-углеродным композитным электродом. Композитный электрод представляет собой графитовый стержень с просверленной по центру полостью, которая заполнена спрессованной смесью порошков титана и графита. Весовое соотношение титан/графит составляет 1/2. В плазме электрического дугового разряда распыляют композитный электрод. Отжиг синтезированного материала проводят путем нагрева в кислородсодержащей среде при атмосферном давлении до температуры 900-1000°С и выдержки в течение 1 ч. Изобретение позволяет получить диоксид титана со структурой рутила с высокоразвитой поверхностью, без затрат на коррозионностойкое оборудование и высоких требований к качеству сырья. 1 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.
Наверх