RU2033901C1

RU2033901C1 - Process of manufacturing spheric ultradispersed powdery active-metal oxides

Info

Publication number: RU2033901C1
Application number: RU93044502A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Котов; И.В. Бекетов; О.М. Саматов
Original assignee: Институт электрофизики Уральского отделения РАН
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: powder metallurgy. SUBSTANCE: reactor is filled with an acid-containing gas medium and wire is fed into it. The wire section interposed between the reactor electrodes is subjected to pulse current-induced heating. The heat pulse energy is chosen from the range of 0.2-0.7 sublimation energy of the metal to be exploded. The applied wire is over 0.5 mm in diameter. EFFECT: reduced operating time due to pulse current-induced heating, simpler process. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению ультрадисперсных порошков оксидов металлов методом электрического взрыва проволоки, и может использоваться в производстве керамических, металлокерамических и композиционных материалов. The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of ultrafine powders of metal oxides by the method of electric explosion of wire, and can be used in the manufacture of ceramic, cermet and composite materials.

Цель изобретения повышение удельной поверхности порошка, увеличение производительности и снижение энергоемкости процесса получения порошков оксидов металлов. The purpose of the invention is to increase the specific surface of the powder, increase productivity and reduce the energy intensity of the process of producing powders of metal oxides.

В известном способе (авт.св. N 1439854, кл. В 22 F 9/16) порошок оксида алюминия получают из ультрадисперсного порошка алюминия, полученного методом электрического взрыва проволоки, последующей его обработкой в воде при 60-100^оС в течение 24 ч, центрифугированием и сушкой в печи при температуре до 350^оС.In a known method (SU, N 1439854, cl. B 22 F 9/16) alumina powder is prepared from ultrafine alumina powder obtained by wire electrical explosion, followed by treatment with water at 60-100 ^{° C} for 24 h , centrifugation and drying in an oven at temperatures up to 350 ^about C.

Способ действительно позволяет получать порошки с удельной поверхностью до 500 м²/г, но имеет малую производительность (реально можно достичь производительности в десятки г/ч) очень высокую энергоемкость (более 60 МДж/кг) и позволяет получать порошки игольчатой формы, которые не обеспечивают получение керамических изделий высокой плотности.The method really allows you to get powders with a specific surface area of up to 500 m ² / g, but has a low productivity (it is really possible to achieve a performance of tens of g / h), a very high energy intensity (more than 60 MJ / kg) and allows you to get needle-shaped powders that do not provide obtaining high-density ceramic products.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сферических порошков, в котором используется электрический взрыв проволоки в кислородосодержащей среде. Этот способ хорошо известен из литературы. Уже в первых работах по получению порошков методом электрического взрыва проволок отмечалось, что при взрыве в воздухе Al, Cu, Fe и других активных металлов получаются сферические порошки оксидов. Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a method for producing spherical powders, which uses an electric explosion of a wire in an oxygen-containing medium. This method is well known in the literature. Already in the first works on obtaining powders by the method of electric explosion of wires, it was noted that during the explosion of Al, Cu, Fe, and other active metals in the air, spherical oxide powders are obtained.

Для оксида алюминия наиболее полно и подробно исследования этого способа выполнены М.И.Лернером в его кандидатской диссертации "Управление процессом образования высокодисперсных частиц в условиях электрического взрыва проводников", г. Томск, 1988, НИИ высоких напряжений при Томском политехническом институте, с. 148-149. Установлено, что увеличением плотности введенной в металл взрываемого проводника энергии до двух энергий сублимации, что обеспечивается при прочих равных условиях уменьшением диаметра и длины взрываемого проводника, удается получать сферические порошки Al₂O₃ с удельной поверхностью 44 м²/г и с примесью непрореагировавшего алюминия менее 0,2%
Однако данный способ имеет высокую энергоемкость процесса (29 МДж/кг), низкую производительность (0,29 кг/ч), малую удельную поверхность порошка.For alumina, the studies of this method are most fully and thoroughly carried out by M.I. Lerner in his Ph.D. 148-149. It has been established that by increasing the density of energy introduced into the metal of the exploding conductor to two sublimation energies, which is ensured, ceteris paribus, by reducing the diameter and length of the exploding conductor, it is possible to obtain spherical Al ₂ O ₃ powders with a specific surface of 44 m ² / g and an admixture of unreacted aluminum less than 0.2%
However, this method has a high energy intensity of the process (29 MJ / kg), low productivity (0.29 kg / h), small specific surface area of the powder.

В предлагаемом способе для достижения цели электрический взрыв проволоки диаметром более 0,5 мм проводят в кислородосодержащей газовой среде импульсом тока, передающим проволоке энергию 0,2-0,7 энергии сублимации. При этом проволока разлетается в виде жидких капель, которые сгорают в обтекающем их потоке кислородосодержащего газа. Процесс окисления капель идет с поверхности и сопровождается большим выделением тепла (теплота образования Al₂O₃ 16,25 кДж/г, а теплота сублимации Al 12,1 Дж/г). Это приводит к перегреву капель и их взрыву, в результате которого получается порошок с большей дисперсностью, чем в случае перегрева проволоки импульсом тока до двух энергий сублимации.In the proposed method, to achieve the goal, an electric explosion of a wire with a diameter of more than 0.5 mm is carried out in an oxygen-containing gas medium by a current pulse transmitting 0.2-0.7 sublimation energy to the wire. In this case, the wire scatters in the form of liquid droplets that burn in the stream of oxygen-containing gas flowing around them. The process of droplet oxidation proceeds from the surface and is accompanied by a large heat release (the heat of formation of Al ₂ O _{3 is} 16.25 kJ / g, and the heat of sublimation of Al is 12.1 J / g). This leads to overheating of the droplets and their explosion, resulting in a powder with a greater dispersion than in the case of overheating of the wire with a current pulse of up to two sublimation energies.

Полученные результаты показывают, что при уменьшении диаметра проволоки менее 0,5 мм и при увеличении плотности введенной энергии выше 0,7 энергии сублимации резко уменьшается дисперсность порошка, падает производительность установки и возрастает энергоемкость процесса получения порошка. При введении энергии меньше 0,2 энергии сублимации процесс окисления алюминия не проходит достаточно полно. The results obtained show that with a decrease in wire diameter of less than 0.5 mm and an increase in the density of the introduced energy above 0.7, the sublimation energy sharply decreases the dispersion of the powder, decreases the productivity of the installation and increases the energy intensity of the process for producing powder. With the introduction of energy less than 0.2, the energy of sublimation, the oxidation of aluminum does not pass completely enough.

Испытания предлагаемого способа проводились на установке с параметрами:
Индуктивность разрядного
контура 1,1 мкГ
Емкость конденсаторной
батареи 3,13 мкФ
Активное сопротивление
контура 0,04 Ом
Зарядное напряжение
батареи 20-40 кВ
Проволока различных диаметров подавалась в реактор, заполненный смесью аргона с кислородом. Величина введенной в проводник энергии определялась по осциллограммам тока, а удельная поверхность порошка на газометре ГХ-1 методом БЭТ. Форма частиц определялась на просвечивающем электронном микроскопе. Испытания проводились на алюминиевых проволоках с целью получения сферических частиц оксида алюминия.Tests of the proposed method were carried out on the installation with the parameters:
Discharge inductance
1.1 μG
Capacitor capacitance
3.13 uF batteries
Active resistance
0.04 ohm loop
Charging voltage
20-40 kV batteries
A wire of various diameters was fed into a reactor filled with a mixture of argon and oxygen. The amount of energy introduced into the conductor was determined from the current waveforms, and the specific surface area of the powder on the GC-1 gas meter was BET. The shape of the particles was determined using a transmission electron microscope. The tests were carried out on aluminum wires in order to obtain spherical particles of aluminum oxide.

Полученные результаты представлены в таблице. The results are presented in the table.

Содержание металлического алюминия во всех готовых партиях порошка (опыты 1-6) не превышает 0,1 мас. The content of aluminum metal in all finished batches of powder (experiments 1-6) does not exceed 0.1 wt.

В опытах 1-6, представленных в таблице, частота взрывов 1 Гц. В опыте 7 при оценке производительности и энергопотребления частота также принята равной 1 Гц, а масса полученного М.И.Лернером продукта увеличена пропорционально соотношению емкостей генератора предлагаемой установки и установки М.И. Лернера для корректности условий сравнения. In experiments 1-6, presented in the table, the frequency of explosions is 1 Hz. In experiment 7, when evaluating performance and power consumption, the frequency was also taken equal to 1 Hz, and the mass of the product obtained by M.I. Lerner was increased in proportion to the ratio of the capacities of the generator of the proposed installation and M.I. Lerner for the correctness of the conditions of comparison.

Из приведенных результатов видно следующее:
1. Частицы Al₂O₃ имеют сферическую форму, сохраняются во всех режимах взрыва.From the above results, the following can be seen:
1. Al ₂ O ₃ particles have a spherical shape, are preserved in all explosion modes.

2. При снижении удельной энергии, введенной в проволоку, удельная поверхность (дисперсность) получаемых порошков возрастает, удельные энергозатраты на их получение снижаются, а производительность установки повышается. 2. With a decrease in the specific energy introduced into the wire, the specific surface (dispersion) of the obtained powders increases, the specific energy consumption for their production decreases, and the productivity of the installation increases.

3. При равных плотностях введенной энергии (опыты 3 и 4) увеличение диаметра проволоки приводит к росту дисперсности порошка, увеличению производительности установки и снижению энергоемкости процесса. 3. At equal densities of the introduced energy (experiments 3 and 4), an increase in the diameter of the wire leads to an increase in the dispersion of the powder, an increase in the productivity of the installation, and a decrease in the energy intensity of the process.

4. По сравнению с прототипом увеличение диаметра взрываемых проводников и снижение плотности вводимой в проволоку энергии позволяет в 1,5 раза увеличить дисперсность порошка, в 4 раза повысить производительность установки и почти в 5 раз снизить удельную энергоемкость. 4. Compared with the prototype, an increase in the diameter of the exploding conductors and a decrease in the density of the energy introduced into the wire allows a 1.5-fold increase in the dispersion of the powder, a 4-fold increase in the productivity of the installation, and a 5-fold decrease in the specific energy consumption.

Claims

1. METHOD FOR PRODUCING SPHERICAL ULTRA-DISPERSION POWDERS OF ACTIVE METAL OXIDES, including filling the reactor with an oxygen-containing gas medium, feeding the wire into the reactor, heating a section of the wire between the reactor electrodes, passing a pulse current through it, collecting a drop of powder and collecting metal and , characterized in that the energy of the heating pulse is selected in the region of 0.2 - 0.7 from the sublimation energy of the exploding metal.

2. The method according to claim 1, characterized in that they use a wire with a diameter of more than 0.5 mm