Способ получения композиционных микрошариков
Владельцы патента RU 2749764:
Автономная некоммерческая организация высшего образования «Белгородский университет кооперации, экономики и права», (RU)
Изобретение относится к области получения микрошариков и может быть использовано в дорожном строительстве. Технический результат предлагаемого изобретения заключается получении микрошариков с высокой микротвердостью. Технический результат достигается тем, что способ получения композиционных микрошариков включает измельчение боя формовочных материалов, формование шихты и ее подачу в плазменную горелку электродугового плазмотрона, образование расплава и его диспергацию, охлаждение микрошариков, накопление микрошариков в сборнике, причем в качестве боя применяют бой свинцового хрусталя и бой фарфора при соотношении 2:3, шихту формуют в виде гранул размером 1,0-2,0 мм, гранулы подают в порошковый питатель электродугового плазмотрона, а из него под действием динамического напора плазмообразующего газа (давление 0,25-0,26 МПа) в плазменную горелку, охлаждение микрошариков выполняют в отходящем потоке плазмообразующих газов. 3 табл.
Изобретение относится к области дорожных покрытий и может быть использовано при получении микрошариков.
Из уровня техники известны способы получения микрошариков на основе силикатных стекол, недостатком которых является низкая микротвердость микрошариков.
Наиболее близким решением к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения микрошариков из сортовых стекол, включающий измельчение стеклобоя, формование шихты с изготовлением стержней, их подачу в плазменную горелку электродугового плазмотрона, образование и диспергация расплава, постепенное остывание микрошариков в потоке отходящих плазмообразующих газов, а затем при их соприкосновении с водоохлаждаемой металлической полусферой, подача микрошариков на вибросито и накопление микрошариков в сборнике. [Бессмертный В.С., Крохин В.П., Ляшко А.А., Дридж Н.А., Шеховцова Ж.Е. Получение стеклянных микрошариков методом плазменного распыления// Стекло и керамика.2001, №8. - с. 6-7].
Недостатком прототипа является низкая микротвердость микрошариков.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается получении микрошариков с высокой микротвердостью.
Технический результат достигается тем, что способ получения композиционных микрошариков включает измельчение боя формовочных материалов, формование шихты и ее подачу в плазменную горелку электродугового плазмотрона, образование расплава и его диспергацию, охлаждение микрошариков, накопление микрошариков в сборнике, причем в качестве боя применяют бой свинцового хрусталя и бой фарфора при соотношении 2:3, шихту формуют в виде гранул размером 1,0-2,0 мм, гранулы подают в порошковый питатель электродугового плазмотрона, а из него под действием динамического напора плазмообразующего газа (давление 0,25-0,26 МПа) в плазменную горелку, охлаждение микрошариков выполняют в отходящем потоке плазмообразующих газов.
Предложенный способ отличается от прототипа тем, что:
- в качестве боя применяют бой свинцового хрусталя и бой фарфора при соотношении 2:3;
- шихту формуют в виде гранул размером 1,0-2,0 мм;
- гранулы подают в порошковый питатель электродугового плазмотрона, а из него под действием динамического напора плазмообразующего газа (давление 0,25-0,26 МПа) в плазменную горелку;
- охлаждение микрошариков выполняют в отходящем потоке плазмообразующих газов.
Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.
Совместное измельчение боя хрусталя и боя фарфора обеспечивает равномерное усреднение шихты. Шихту формуют в виде гранул оптимального размера 1,0-2,0 мм, так как при размере гранул менее 1,0 мм образуются композиционные микрошарики низкого качества, а при размере гранул более 2,0 мм происходит неполный провар шихты и образование микрошариков с низкой микротвердостью. Подачу гранулированной шихты из порошкового питателя в плазменную горелку необходимо осуществлять под давлением плазмообразующего газа аргона 0,25-0,28 МПа (производительность 10-12 г/сек), так как ниже или выше данного порога значений снижается производительность получения микрошариков или наблюдается неполное оплавление шихты и как следствие получение микрошариков низкого качества.
Таблица 1 Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов |
|
Известный способ | Предлагаемый способ |
Измельчение стеклобоя Формование шихты с изготовлением стержней Подача стержней в плазменную горелку электродугового плазмотрона Образование расплава и его диспергация Постепенное охлаждение микрошариков в отходящем потоке плазмообразующих газов, а затем при их соприкосновении с водоохлаждаемой металлической полусферой Подача микрошариков на вибросито Накопление микрошариков в сборнике |
Совместное измельчение боя свинцового хрусталя и боя фарфора при соотношении 2:3 Формование шихты с изготовлением гранул размером 1,0-2,0 мм Подача гранул в порошковый питатель электродугового плазмотрона, а из него под действием динамического напора плазмообразующего газа (давление 0,25-0,28 МПа) в плазменную горелку Образование расплава и его диспергация Охлаждение микрошариков в отходящем потоке плазмообразующих газов Накопление микрошариков в сборнике |
Композиционные микрошарики на основе боя хрусталя и боя фарфора при оптимальном соотношении, полученном экспериментально (таблица 2 и 3), обладают одновременно высокой микротвердостью и показателем преломления.
Таблица 2 Микротвердость и показатель преломления композиционных микрошариков |
||||
№ п/п |
Содержание шихты, масс. % | Микротвердость, HV | Показатель преломления | |
Бой свинцового хрусталя | Бой фарфора | |||
1. | 70 | 30 | 850 | 1,53 |
2. | 60 | 40 | 1045 | 1,53 |
3. | 50 | 50 | 1060 | 1,33 |
4. | 40 | 60 | 1085 | 1,52 |
5. | 30 | 70 | 1099 | 1,51 |
Таблица 3 Параметры и свойства микрошариков |
||||
№ п/п |
Наименование параметра | Известный способ | Предлагаемый способ | |
1. | Плазмотрон | УПУ-8М | УПУ-8М | |
2. | Плазменная горелка | ГН-5р | ГН-5р | |
3. | Плазмообразующий газ | Аргон | Аргон | |
4. | Расход плазмообразующего газа, г/с | 0,00093-0,00163 | 0,00093-0,00140 | |
5. | Ток, А | 350-450 | 350-450 | |
6. | Напряжение, В | 30 | 30 | |
7. | Давление газа в порошковом питателе, МПа | - | 0,25-0,26 | |
8. | Производительность, г/сек* | 2-3* | 8-10* | |
9. | Размер микрошариков, мкм | 80-1450 | 900-2100 | |
10. | Состав исходной шихты | Бой сортовых стекол - 100% | Бой свинцового хрусталя и бой фарфора: стекло - 40%; фарфор - 60%. |
|
11. | Микротвердость, HV* | 560* | 1045* | |
12. | Показатель преломления, и* | 1,51* | 1,53* |
* - по собственным исследованиям.
Пример.
Бой свинцового хрусталя и бой фарфора помещали в шаровую фарфоровую мельницу при соотношении 2:3 частей соответственно, что соответствовало 40% боя хрусталя и 60% боя фарфора. Совместный помол производили в течении 2 часов. Мелющими телами служили уролитовые шары. С использованием лабораторного тарельчатого гранулятора гранулировали шихту с получением гранул 1,0-2,0 мм. Затем зажигали плазменную горелку ГН-5р электродугового плазмотрона УПУ-8М. Параметры работы плазмотрона следующие: ток 450А, напряжение 30В, расход плазмообразующего газа 0,00140 гр/с. Расход воды на охлаждение 10 л/мин.
Гранулированную шихту загружали в порошковый питатель. Из порошкового питателя под давлением плазмообразующего газа аргона 0,26 МПа гранулы шихты диаметром 1,0-2,0 мм поступали в плазменную горелку ГН-5р. Под действием высоких температур плазмы в плазменной горелке происходило плавление гранулированной шихты с образованием капель расплава. В процессе охлаждения в каплях расплава происходило образование вторичного муллита, равномерно по всему объему. Муллит обеспечивал высокую микротвердость композиционных микрошариков. Оксид свинца в составе композиционного микрошарика обеспечивал высокий показатель преломления.
В потоке отходящего плазмообразующего газа происходило самопроизвольное остывание композиционных микрошариков. Средний размер микрошариков лежал в пределах 900-2100 мкм.
Микротвердость композиционных микрошариков определяли на микротвердомере Виккерса как среднее пяти измерений: HV = (1026+1076+1052+1037+1045) /5 = 1045, 2 HV
Способ получения композиционных микрошариков, включающий измельчение боя формовочных материалов, формование шихты и ее подачу в плазменную горелку электродугового плазмотрона, образование расплава и его диспергацию, охлаждение микрошариков, накопление микрошариков в сборнике, отличающийся тем, что в качестве боя применяют бой свинцового хрусталя и бой фарфора при соотношении 2:3, шихту формуют в виде гранул размером 1,0-2,0 мм, гранулы подают в порошковый питатель электродугового плазмотрона, а из него под действием динамического напора плазмообразующего газа с давлением 0,25-0,26 МПа в плазменную горелку, охлаждение микрошариков выполняют в отходящем потоке плазмообразующих газов.