RU2798139C1 - Способ получения наночастиц латуни - Google Patents
Способ получения наночастиц латуни Download PDFInfo
- Publication number
- RU2798139C1 RU2798139C1 RU2022106773A RU2022106773A RU2798139C1 RU 2798139 C1 RU2798139 C1 RU 2798139C1 RU 2022106773 A RU2022106773 A RU 2022106773A RU 2022106773 A RU2022106773 A RU 2022106773A RU 2798139 C1 RU2798139 C1 RU 2798139C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- brass
- copper
- ingot
- zone
- nanoparticles
- Prior art date
Links
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- 239000010951 brass Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 15
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 3
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к электронно-лучевой технологии получения наноразмерных материалов, а именно к получению наночастиц латуни. Способ включает размещение слитка меди в центральной зоне двухзонного графитового тигля, а слитка латуни - в периферийной зоне двухзонного графитового тигля. Облучение слитка меди осуществляют непрерывным стационарным сфокусированным электронным пучком с обеспечением испарения цинка путем передачи тепла от слитка меди к необлучаемому слитку латуни через графитовую стенку тигля и одновременного испарения, перемешивания и конденсацию паров меди и цинка в потоке инертного газа в сублиматоре. Обеспечивается условие для формирования однородных наночастиц латуни с равномерным распределением элементов и высокой чистотой. 4 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к нанотехнологиям, в частности к электронно-лучевой технологии получения наноразмерных частиц латуни. Обеспечивается условие для формирования однородных (равномерное распределение элементов) наночастиц латуни в промышленных масштабах.
Уровень техники
Известен способ получения наночастиц латуни методом взрыва проволочки (способ получения нанопорошков оксида цинка, допированных медью, методом электрического взрыва проволоки, патент №RU 2465982 C1. Получение достигается путем электрического взрыва цинковой проволоки, имеющей покрытие из меди, полученное химическим осаждением или электролизом в растворе, содержащем растворимые соли меди. Степень допирования синтезируемых порошков медью однозначно зависит от исходного содержания меди на поверхности взрываемой проволоки. Недостатком этого способа является низкая производительность, присутствие кислорода в реакторе и меди, в виде отдельных фаз (Сu2O и СuО).
Известен способ получения медного или медьсодержащего чешуйчатого порошка из медного или медьсодержащего порошка с частицами сферической формы, который включает подачу инертного газа, исходного порошка и гидрофобизирующей смазки, например стеарата цинка, на расплющивание в центробежном поле до образования смеси в виде чешуек из исходного порошка с расположенной по границам чешуек гидрофобизирующей смазкой и классификацию чешуйчатой смеси (патент RU 2051009 C1). Недостатком способа является большой микронный размер полученных частиц.
Известен высокопроизводительный способ получения композитных нанопорошков, создающихся под облучением релятивистским электронным пучком, в котором мишень для испарения помещали в цилиндрический графитовый однозонный тигель (патент RU №2412784 С2). Недостатком этого способа является невозможность получения наночастиц латуни, вследствие полного испарения цинка при облучении латунного слитка в тигле до начала испарения меди, так как температура плавления меди выше температуры кипения цинка.
Прототипом данной заявки является [П. В. Казакевич, В. В. Воронов, А. В. Симакин, Г. А. Шафеев, “Образование наночастиц меди и латуни при лазерной абляции в жидкости”, Квантовая электроника, 34:10 (2004), 951-956 [Quantum Electron., 34:10 (2004), 951-956]. В данном способе наночастицы латуни создаются методом лазерной абляции латунной мишени в этаноле и в воде. Недостатком данного метода является низкая производительность, не более мг/ч, свойственная для лазерной абляции и наличие примесей в наночастицах, создающихся при реакции металлов с жидкостью при ее нагреве лазерным излучением.
Раскрытие сущности изобретения
Обеспечивается условие для формирования однородных (равномерное распределение элементов) наночастиц латуни в промышленных масштабах и высокая чистота получаемых наноразмерных порошков.
Технический результат достигается тем, что размещают слиток меди в центральной зоне двухзонного графитового тигля, а слиток латуни в периферийной зоне двухзонного графитового тигля, облучают слиток меди непрерывным стационарным сфокусированным электронным пучком с обеспечением испарения цинка путем передачи тепла от слитка меди к необлучаемому слитку латуни через графитовую стенку тигля и одновременного испарения, перемешивания и конденсацию паров меди и цинка в потоке инертного газа в сублиматоре.
В предложенном способе осуществляется нагрев металлов (меди и латуни) непрерывным стационарным сфокусированным электронным пучком при атмосферном давлении до парофазного состояния, концентрация и перемешивание паров двух металлов (Cu, Zn) в испарительной камере, конденсация паров в камере путем охлаждения в потоке несущего инертного газа и осаждение наночастиц латуни на фильтре. Нагреву подвергают центральную зону в тигле, большая часть энергии затрачивается на плавление и испарение меди. Через графитовый разделитель зон происходит частичная теплоотдача периферийной зоне, в которой латунь нагревается до меньшей температуры. За счет размещения в центре тигля металла, имеющего более высокую температуру кипения по сравнению с материалом в периферийной зоне, происходит параллельное (одновременное) парообразование материалов с различной температурой кипения из обеих зон тигля.
Проведено исследование полученных частиц латуни просвечивающей электронной микроскопией и рентгенофлуоресцентным картированием.
Возможность осуществления изобретения с использованием признаков способа, включенных в формулу изобретения, подтверждается его практической реализацией.
Режимы облучения: энергия электронного пучка 1,4 МэВ и ток электронного пучка 15 мА.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен пример реализации способа.
1 – камера устройства выпуска электронного пучка в атмосферу, 2 – диафрагма, 3- электронный пучок, 4 – вход транспортного газа аргона, 5 – выход аргона с наночастицами, 6 – медь, 7 – латунь, 8 – графитовый двухзонный тигель, 9 – корпус сублиматора с водоохлаждаемыми стенками.
Проходящий через камеру устройства выпуска в атмосферу 1 и диафрагму 2 электронный пучок 3 ускорителя мощностью 1,4 МэВ 10 мА=14 кВт облучает медь, находящуюся в центральной зоне графитового тигля 6 в течении 3 минут. Медь плавится в тигле и испаряется в сублиматоре 9. Латунь, находящаяся в периферийной зоне 7, нагревается от стенки центральной зоны графитового тигля. Цинк испаряется из латуни при достижении температуры латуни, соответствующей температуре испарения цинка в латуни. Несущий инертный газ - аргон 4 уносит пары меди и цинка по газовому тракту 5, проходя через отделитель крупных фракций, которые осаждаются в виде частиц латуни в бокс-фильтре.
На фиг. 2 дана фотография графитового тигля со слитками меди и латуни. В центральной зоне расположен слиток меди, в периферийной зоне - слиток латуни.
На фиг. 3 приведена просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) наночастиц латуни. Размеры частиц латуни варьируются от частиц нанометрового диапазона 60 нм до субмикронных. Частицы обладают, в основном, округлой формой.
На фиг. 4. Просвечивающая электронная микроскопия и рентгенофллуоресцентное картирование получаемых наночастиц латуни. На фиг. 4а показана одна частица округлой формы в ПЭМ изображении. На фиг. 4б приведено распределение атомов меди по округлой частице латуни, на фиг. 4в - распределение атомов цинка по частице латуни, в обоих случаях по результатам рентгенофлуоресцентного картирования (EDX анализ). Видно, что распределение меди и цинка по округлой частице - равномерное по всей частице, что свидетельствует об образовании частиц латуни.
Claims (1)
- Способ получения наноразмерных частиц латуни, характеризующийся тем, что размещают слиток меди в центральной зоне двухзонного графитового тигля, а слиток латуни - в периферийной зоне двухзонного графитового тигля, облучают слиток меди непрерывным стационарным сфокусированным электронным пучком с обеспечением испарения цинка путем передачи тепла от слитка меди к необлучаемому слитку латуни через графитовую стенку тигля и одновременного испарения, перемешивания и конденсации паров меди и цинка в потоке интертного газа в сублиматоре.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2798139C1 true RU2798139C1 (ru) | 2023-06-15 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2353573C2 (ru) * | 2006-12-18 | 2009-04-27 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Способ получения нанопорошков и устройство для его реализации |
| RU2382734C2 (ru) * | 2008-04-07 | 2010-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Синергия-Св" | Способ получения высокочистых нанопорошков и устройство для его осуществления |
| RU2412784C2 (ru) * | 2009-02-03 | 2011-02-27 | Андрей Валерьевич Номоев | Способ получения композитных нанопорошков |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2353573C2 (ru) * | 2006-12-18 | 2009-04-27 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Способ получения нанопорошков и устройство для его реализации |
| RU2382734C2 (ru) * | 2008-04-07 | 2010-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Синергия-Св" | Способ получения высокочистых нанопорошков и устройство для его осуществления |
| RU2412784C2 (ru) * | 2009-02-03 | 2011-02-27 | Андрей Валерьевич Номоев | Способ получения композитных нанопорошков |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GUISBIERS G. et.al. Cu-Ni nano-alloy: mixed, core-shell or Janus nano-particle. Nanoscale. 2014. V.6. N24. p.14630-14635. * |
| КАЗАКЕВИЧ П.В. и др. Образование наночастиц меди и латуни при лазерной абляции в жидкости. Квантовая электроника. 2004. 34 (N10). с.951-956. НОМОЕВ А.В. и др. Композитные наночастицы: получение под облучением электронным пучком, моделирование процессов их образования молекулярно-динамическим методом. Известия РАН. Серия физическая. 2019. Т.83. N11. с.1563-1567. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2263006C2 (ru) | Плазменно-дуговой реактор и способ получения тонких порошков | |
| Kalyanaraman et al. | Synthesis and consolidation of iron nanopowders | |
| US8491972B2 (en) | Method of producing encapsulated nanopowders and installation for its realization | |
| KR102546632B1 (ko) | 패시베이션 층으로 덮인 코어를 포함하는 나노입자, 그 제조 방법 및 용도 | |
| RU2798139C1 (ru) | Способ получения наночастиц латуни | |
| Li et al. | Metal silicide/silicon nanowires from metal vapor vacuum arc implantation | |
| Nomoev et al. | Synthesis and structure of Ag-Si nanoparticles obtained by the electron-beam evaporation/condensation method | |
| Carenco et al. | Towards nanoscaled gold phosphides: surface passivation and growth of composite nanostructures | |
| CN111570811B (zh) | 一种激光辐照制备纳米合金液滴的方法 | |
| Yildirim | Efficient vapor-liquid-solid synthesis of copper doped zinc oxide (Cu: ZnO) nanonails with highly homogeneous dopant distribution | |
| Sopoušek et al. | Temperature stability of AgCu nanoparticles | |
| Lewis et al. | Growth of ErAs nanoparticles by pulsed laser ablation in an inert environment | |
| Temuujin et al. | Preparation of copper and silicon/copper powders by a gas evaporation-condensation method | |
| Ilves et al. | Investigation of structural, magnetic and luminescent properties of weakly-doped ZnOCu nanopowders, produced by the pulsed electron beam evaporation | |
| Liang | Thermal property and microstructure of Al nanopowders produced by two evaporation routes | |
| Samokhin et al. | Processing of Tungsten Nanopowder into a Micropowder Consisting of Spherical Particles | |
| RU2770102C1 (ru) | Способ получения нанопорошка карбида железа | |
| KR102668228B1 (ko) | 이송식 아크 플라즈마를 활용한 다원계 복합 나노 분말 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 다원계 나노 분말 | |
| Zhang et al. | Formation Mechanism of Amorphous Silicon Nanoparticles Synthesized by Induction Thermal Plasma | |
| Wolff et al. | Transmission Electron Microscopy Investigation of Self‐assembled'Si/Mn4Si7‐Alloy'Janus Nanosphere Architectures Produced by a HelixJet Atmospheric Plasma Source | |
| RU2744089C1 (ru) | Метод получения стабилизированных линейных цепочек углерода в жидкости | |
| Mollah et al. | Continuous-flow laser synthesis of large quantities of iron oxide nanowires in solution | |
| Ushakov et al. | Particular charactristics of the synthesis of titanium nitride nanopowders in the plasma of low pressure arc discharge | |
| Ushakov et al. | Technology Ready Use For Producing Nanomaterials in the Plasma of a Low-Pressure Pulsed Arc Discharge | |
| Busygin et al. | Strengthening of Electrically Conductive Cu–MMNCr Composite Material with a Copper-Based Metal Matrix by Nano-and Micro-Sized Chromium Particles |