Способ получения стеклометаллических микрошариков
Владельцы патента RU 2788194:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (RU)
Изобретение относится к области получения стеклометаллических микрошариков и может быть использовано в технике, электронике, биотехнологии, а также в ювелирном деле. Способ включает приготовление шихты, ее плазменное оплавление, улавливание микрошариков. При этом производят приготовление, увлажнение до 5-7%, гранулированной шихты размером 3-5 мм из смеси тонкодисперсных порошков меди и боя стекла при соотношении 1:3. Плазменное оплавление шихты производят при мощности работы плазмотрона 6 кВт и расходе гранулированной шихты 6 г/с. Техническим результатом является упрощение и ускорение технологического процесса, повышение качества конечного продукта. 3 табл.
Изобретение относится к области получения стеклометаллических микрошариков и может быть использовано в технике, электронике, биотехнологии, а также в ювелирном деле.
Известен способ получения стеклянных микрошариков, заключающийся в смешении компонентов шихты, формовании стержней и их плазменное распыление и улавливание [Крохин В.П., Бессмертный В.С., Пучка О.В., Никифоров В.М. Синтез алюмоиттриевых стекол и минералов // Стекло и керамика. 1997. № 9.С. 6-7.].
Недостатком данного способа является длительность технологического процесса и его высокая энергоемкость.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ получения стеклометаллических микрошариков, включающий приготовление стержней на основе металлической проволоки, покрытой пастой, состоящей из молотого стекла и связывающего, при этом распыление производили при мощности работы плазмотрона 9 кВт, а стержни вводили в плазменную горелку со скоростью 8-12 мм/сек [Патент RU2455118 Стеклометаллические микрошарики и способ из получения / Бессмертный В.С., Симачев А.В., Дюмина П.С., Ганцов Ш.К., Платова Р.А., Тарасова И.Д., Крахт В.Б., Бахмутская О.Н., Паршина Л.Н., Гурьева А.А. Заявка от 24.05.2010; Опубл. 10.07.2012. Бюл. № 19. 5с.].
Недостатком данного способа является длительность технологического процесса, его низкая производительность и высокая энергоемкость.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение и ускорение технологического процесса и повышение качества конечного продукта.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в упрощении и ускорении технологического процесса и повышении качества готового продукта.
Технический результат достигается тем, что, способ получения стеклометаллических микрошариков включает отвешивание компонентов, их усреднение, увлажнение, гранулирование, подучу шихты в порошковый питатель, плазменное оплавление шихты с образованием микрошариков и их улавливание; причем для приготовления шихты используют тонкодисперсный порошок меди и стеклобоя при соотношении 1:3,увлажнение шихты производят до 5-7 %, гранулирование шихты производят до размера гранул 3-5 мм ,а плазменное плавление гранулированной шихты производят при мощности работы плазмотрона 6 кВт и расходе гранулированной шихты 6,0 гр/сек.
Отличительным признаком предлагаемого способа является:
- увлажнение смеси шихты до влажности 5-7 %;
- приготовление гранулированной шихты из порошков меди и стеклобоя размером 3 -5 мм при соотношении 1:3 соответственно;
- подача гранулированной шихты в порошковый питатель и плазменную горелку.
Проведенный сопоставительный анализ технологических операций представлен в таблице 1.
Таблица 1
Сопоставительный анализ технологических операций
предлагаемого и известного способов
| Известный способ | Предлагаемый способ |
| Помол стекла Смешение порошка стекла с клеем ПВА Формование стержней из медной проволоки и пасты Сушка стержней Ввод стержней в плазменную горелку Распыление и улавливание |
Помол стекла Смешение и увлажнение порошков стекла и меди до 5-7 % Гранулирование шихты до размеров 3-5 мм Подача шихты в порошковый питатель Ввод шихты в плазменную горелку Распыление и улавливание |
Увлажнение шихты производят для удовлетворительного гранулирования смеси стекла и порошка меди. При влажности менее 5% гранулы не имеют достаточной прочности и расслаиваются при их подаче в плазменную горелку.
При влажности более 7 % гранулы частично слипаются, что затрудняет их подачу в плазменную горелку. Оптимальным значением влажности шихты, экспериментально полученным, является значение 5-7%. Оптимальные технологические параметры, экспериментально полученные, представлены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Оптимальное соотношение компонентов шихты
| Соотношение порошка меди и стекла (мас. частей) | Коэффициент диффузного отражения (КДО, %) | Процент брака, % |
| 1:2 | 68 | 2,2 |
| 1:3* | 72* | 1,5* |
| 1:4 | 69 | 2,5 |
| * – оптимальный вариант |
Таблица 3
Оптимальные технологические параметры
| Мощность работы, кВт | Размер шихты, мм | Расход шихты | Качество, органолептическая оценка |
| 5 | 2 | 6,0 | Непровар шихты |
| 3 | 6,0 | Непровар шихты | |
| 4 | 6,0 | Непровар шихты | |
| 5 | 6,0 | Непровар шихты | |
| 6 | 6,0 | Непровар шихты | |
| 6* | 2 | 3,0 | Деформация |
| 3* | 5,0 | Провар шихты | |
| 6,0 | Провар шихты | ||
| 7,0 | Непровар шихты | ||
| 4* | 5,0 | Провар шихты | |
| 6,0 | Провар шихты | ||
| 7,0 | Непровар шихты | ||
| 5* | 5,0 | Провар шихты | |
| 6,0 | Провар шихты | ||
| 7,0 | Непровар шихты | ||
| 6 | 6,0 | Непровар шихты | |
| 7 | 3 | 6,0 | Деформация |
| 4 | 6,0 | Деформация | |
| 5 | 6,0 | Деформация | |
| 6 | 6,0 | Деформация | |
| 7 | 6,0 | Деформация | |
| * – оптимальный вариант |
В качестве исходного материала использовали бой листового стекла следующего химического состава (масс. %): SiO2 – 72,0; Na2O – 14,5; CaO – 6,8; Al2O3 – 3,2; MgO – 3,4; Fe2O3 – 0,05; SO3 – 0,5.
Для приготовления шихты использовали порошок меди по ГОСТ –4960-2017.
Порошок меди и тонкоизмельченный в шаровой мельнице порошок стекла усредняли в лабораторном смесителе при одновременном увлажнении 5- 7 % при соотношении 1:3 весовых частей в течении 15 минут. Шихту гранулировали в лабораторном грануляторе с получением гранул 3-5 мм. Гранулы помещали в порошковый питатель электродугового плазмотрона УПУ-8м. Зажигали дугу и подавали в плазменную горелку плазмообразующий газ аргон и шихту с расходом 6,0 гр/сек.
В плазменной горелке со средней массовой температурой плазменного факела 6000ºС происходило мгновенное плавление шихты с образованием сферических расплавленных частиц. Под действием отходящего плазмообразующего газа аргона частицы трансформировались в зону накопителя где охлаждались и накапливались в сборнике.
Параметры работы плазмотрона были следующие: мощность 6 кВт; расход плазмообразующего газа аргона – 0,0014 гр/сек при давлении 0,28 МПа.
Количество идеально сферических частиц стеклометаллических микрошариков размером 400-3000 мкм составили 98,5 %.
Коэффициент диффузного отражения, проводимый на приборе ПОС-1 по стандартной методике, составил 72%.
Изобретение относится к области получения композиционных материалов, а именно стеклометаллических микрошариков, которые могут быть использованы в технике, электронике, биотехнологии и в ювелирном деле. Заявленный способ включает отвешивание компонентов шихты, их усреднение , увлажнение до 5-7%, гранулирование до размера гранул 3-5 мм,, подачу в порошковый питатель, плазменное оплавление шихты с образованием микрошариков и их улавливание.
При этом для приготовления шихты используют тонкодисперсный порошок меди и стеклобоя при соотношении 1:3. Плазменное плавление гранулированной шихты производят при мощности работы плазмотрона 6 кВт и расходе гранулированной шихты 6,0 гр/сек.
Способ получения стеклометаллических микрошариков, включающий приготовление шихты, ее плазменное оплавление, улавливание микрошариков, отличающийся тем, что производят приготовление, увлажнение до 5-7%, гранулированной шихты размером 3-5 мм из смеси тонкодисперсных порошков меди и боя стекла при соотношении 1:3, а плазменное оплавление шихты производят при мощности работы плазмотрона 6 кВт и расходе гранулированной шихты 6 г/с.
