RU2455118C2 - Glass-metal micro balls and method of their production - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to production of composite materials, namely, glass-metal micro balls to be used in engineering, biotechnology, electronics and jewelry. Proposed method comprises making rods, their plasma spraying and entrapping formed glass-metal balls. Note here that rods are used consisting of metal wire coated with paste based on minced glass and binding agent. Plasma spraying is carried out at plasma generator output of 9 kW and rate of electrode feed into plasma torch of 8-12 mm/s.

EFFECT: higher efficiency and power intensity.

3 tbl

Description

Изобретение относится к области получения стеклянных и стеклометаллических микрошариков и может быть использовано в технике, биотехнологии, электронике, а также в ювелирном деле.The invention relates to the field of glass and glass microspheres and can be used in engineering, biotechnology, electronics, as well as in jewelry.

Известен способ получения стеклянных микрошариков ⌀ 5-500 мкм путем оплавления предварительно измельченного стекла [1]. Также известен способ получения стеклянных микрошариков ⌀ 500-1500 мкм из расплава путем диспергации в газовом потоке с последующим охлаждением и улавливанием [1].A known method of producing glass beads ⌀ 5-500 microns by melting pre-ground glass [1]. Also known is a method of producing glass beads ⌀ 500-1500 μm from a melt by dispersion in a gas stream, followed by cooling and trapping [1].

Однако, несмотря на неплохое качество продукта, данные способы имеют следующие недостатки: длительность процесса измельчения и последующего рассева; энергоемкая технологическая стадия получения расплава и сложность аппаратурного оформления, предназначенного для диспергации и улавливания конечного продукта.However, despite the good quality of the product, these methods have the following disadvantages: the duration of the grinding process and subsequent sieving; energy-intensive technological stage of obtaining the melt and the complexity of the hardware designed for dispersion and capture of the final product.

Наиболее близким техническим решением является способ получения стекломикрошариков, заключающийся в смешении компонентов шихты, формовании стержней, их плазменном распылении и улавливании [2].The closest technical solution is the method of producing glass beads, which consists in mixing the components of the charge, forming the rods, their plasma spraying and trapping [2].

Недостатком данного способа является длительность технологического процесса, заключающегося в смешивании компонентов шихты в шаровой мельнице с последующим высушиванием, значительная энергоемкость процесса получения микрошариков и низкая производительность.The disadvantage of this method is the length of the process, which consists in mixing the components of the charge in a ball mill, followed by drying, the significant energy consumption of the process of producing microspheres and low productivity.

Преимуществом предлагаемого способа является ускорение процесса получения стекломикрошариков, снижение энергоемкости, а также возможность получения стеклометаллических микрошариков.The advantage of the proposed method is to accelerate the process of obtaining glass beads, reducing energy intensity, as well as the possibility of obtaining glass metal beads.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе используются стержни на основе металлической проволоки, покрытой пастой, состоящей из молотого стекла и связующего. При этом плазменное распыление производится при мощности работы плазмотрона 9 кВт, а стержни вводятся в плазменную горелку со скоростью 8-12 мм/сек.This goal is achieved by the fact that the proposed method uses rods based on a metal wire coated with a paste consisting of ground glass and a binder. In this case, plasma spraying is carried out with a plasma torch operating power of 9 kW, and the rods are introduced into the plasma torch at a speed of 8-12 mm / sec.

Отличительным признаком предлагаемого способа является увеличение скорости ввода стержней в плазменную горелку, снижение мощности работы плазмотрона до 9 кВт и возможность получения нового композиционного материала - стеклометаллических микрошариков.A distinctive feature of the proposed method is an increase in the speed of introduction of the rods into the plasma torch, a decrease in the power of the plasma torch to 9 kW and the possibility of obtaining a new composite material - glass-metal microspheres.

Таким образом, основным отличительным признаком является использование стержней на основе металлической проволоки, покрытой слоем измельченного стекла.Thus, the main distinguishing feature is the use of rods based on a metal wire coated with a layer of ground glass.

Изобретательский уровень подтверждается тем, что изменение состава стержней для плазменного напыления позволяет получить стеклометаллические микрошарики, снизить энергозатраты и повысить скорость ввода стержней в плазменную горелку.The inventive step is confirmed by the fact that a change in the composition of the rods for plasma spraying makes it possible to obtain glass-metal microspheres, reduce energy consumption and increase the speed of introduction of rods into the plasma torch.

Проведенный анализ известных способов получения микрошариков позволяет сделать заключение о соответствии заявленного изобретения критерию «новизна».The analysis of known methods for producing microspheres allows us to conclude that the claimed invention meets the criterion of "novelty."

Сопоставительный анализ технологических операций известного и предлагаемого способов позволил определить новизну последнего.A comparative analysis of the technological operations of the known and proposed methods made it possible to determine the novelty of the latter.

Так, в известном способе необходима длительная во времени операция смешивания исходных компонентов в шаровой мельнице. В предлагаемом способе данная технологическая операция отсутствует. Одним из отличительных признаков предлагаемого способа являются принципиально новые технологические операции помола исходного стекла в шаровой мельнице и нанесение пасты на поверхность металлической проволоки (таблица 1).So, in the known method requires a long-time operation of mixing the starting components in a ball mill. In the proposed method, this process step is missing. One of the distinguishing features of the proposed method is a fundamentally new technological operations of grinding the original glass in a ball mill and applying paste to the surface of a metal wire (table 1).

Таблица 1Table 1 Технологические операции известного и предлагаемого способовTechnological operations of the known and proposed methods № п/пNo. p / p Известный способKnown method Предлагаемый способThe proposed method 1one Смешивание исходных компонентов шихты в шаровой мельницеMixing the initial components of the charge in a ball mill Помол исходного стекла в шаровой мельнице и рассев на ситахGrinding the original glass in a ball mill and sieving on sieves 22 Смешивание шихты со связующей добавкой в соотношении 10:1Mixing the mixture with a binder in a ratio of 10: 1 Смешивание стеклопорошка со связующей добавкой в соотношении 10:1Mixing glass powder with a binder in a ratio of 10: 1 33 Формование и сушка стержнейShaping and drying rods Нанесение пасты стеклопорошка со связующей добавкой на поверхность металлической проволоки с последующей сушкойApplication of fiberglass paste with a binder additive on the surface of a metal wire, followed by drying 4four Ввод стержней в плазменную горелкуInsertion of rods into a plasma torch Ввод стержней в плазменную горелкуInsertion of rods into a plasma torch 55 Улавливание микрошариков в специальном сборникеTrapping microspheres in a special collection Улавливание микрошариков в специиальном сборникеBead trapping in a special collection

Технологические параметры известного и предлагаемого способов представлены в таблице 2. Отличительными признаками предлагаемого способа являются мощность работы плазмотрона 9 кВт и скорость ввода стержней в плазменную горелку 8-12 мм/с.The technological parameters of the known and proposed methods are presented in table 2. Distinctive features of the proposed method are the power of the plasma torch 9 kW and the speed of input of the rods into the plasma torch 8-12 mm / s

Таблица 2table 2 Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способовComparative analysis of known and proposed methods № п/пNo. p / p ПараметрыOptions Ед. измеренияUnits measuring Известный способKnown method Предлагаемый способThe proposed method 1one ПлазмотронPlasma torch   УПМ-3UPM-3 УПМ-8UPM-8 22 Плазменная горелкаPlasma torch   ГН-5РGN-5R ГН-5РGN-5R 33 Параметры работы плазмотрона:The parameters of the plasma torch:       - ток- current       - напряжение- voltage АBUT 400-450400-450 300300 - мощность- power ВAT 30-3230-32 30-3230-32   кВтkw 12-13,512-13.5 99 4four Плазмообразующий газPlasma gas -- АргонArgon АргонArgon 55 Расход плазмообразующего газаPlasma gas flow rate кг/сkg / s 0,00140.0014 0,00140.0014 66 Давление плазмообразующего газаPlasma gas pressure МПаMPa 0,27-0,290.27-0.29 0,27-0,290.27-0.29 77 Связующее веществоBinder -- Клей ПВАPVA glue Клей ПВАPVA glue 88 Соотношение «шихтаThe ratio of the charge --     - связующее вещество»- binder"   10:110: 1 10:110: 1 99 Стержни для полученияRods for receiving       микрошариков:microspheres:       - диаметр- diameter ммmm 2-42-4 2-42-4 - длина- length ммmm 250-300250-300 250-300250-300 1010 Скорость ввода стержнейRod input speed мм/сmm / s     в плазменную горелкуto a plasma torch   2-32-3 8-128-12 11eleven Диаметр микрошариковThe diameter of the beads ммmm 1100-12501100-1250 300-1100300-1100 1212 Состав микрошариковThe composition of the beads -- Стекло на основе Al₂O₃ и Y₂O₃ Glass based on Al ₂ O ₃ and Y ₂ O ₃ Сортовое стекло и металл (медь и алюминий)Section glass and metal (copper and aluminum)       1313 Гранулометрический состав стеклопорошкаGlass particle size distribution мкмμm -- 50-10050-100      

В предлагаемом способе определены оптимальные технологические параметры получения стекломикрошариков.In the proposed method, the optimal technological parameters for producing glass beads are determined.

При вводе в плазменную горелку стержней на основе металлической проволоки и пасты из молотого стекла и связующего происходит интенсивное плавление композита, смешивание расплавленных частичек металла со стеклом и образование стеклометаллических шариков диаметром 300-1100 мкм. В предлагаемом способе определены оптимальные технологические параметры получения стеклометаллических микрошариков. Интенсивное плавление стержней и образование стеклометаллических микрошариков происходит при скорости их ввода в плазменную горелку 8-12 мм/с и мощности работы плазмотрона 9 кВт (таблица 3).When rods based on a metal wire and a paste of ground glass and a binder are introduced into the plasma torch, the composite is intensively melted, molten metal particles are mixed with glass and glass-metal balls with a diameter of 300-1100 microns are formed. In the proposed method, the optimal technological parameters for the production of glass-metal microspheres are determined. Intensive melting of the rods and the formation of glass-metal microspheres takes place at a speed of their introduction into the plasma torch of 8-12 mm / s and a power of the plasma torch of 9 kW (table 3).

Таблица 3Table 3 Влияние мощности работы плазмотрона и скорости ввода стержней в плазменную горелку на процесс образования стеклометаллических микрошариковThe influence of the power of the plasma torch and the speed of introduction of the rods into the plasma torch on the formation of glass-metal microspheres № п/пNo. p / p Мощность работы плазмотрона, кВтThe power of the plasma torch, kW Скорость ввода стержней в плазменную горелку, мм/сThe speed of entry of the rods into the plasma torch, mm / s Качество конечного продуктаEnd product quality 1one 66 4-74-7 Стеклянная оболочка частично не расплавляетсяGlass casing partially does not melt 22 66 8-128-12 Стеклянная оболочка частично не расплавляетсяGlass casing partially does not melt 33 66 13-1613-16 Стеклянная оболочка частично не расплавляетсяGlass casing partially does not melt 4four 99 4-74-7 Вместе с микрошариками образуются стеклонитиGlass beads are formed together with microspheres 55 99 8-128-12 Образуются стеклометаллические микрошарикиGlass-metal beads are formed 66 99 13-1613-16 Стеклянная оболочка частично не расплавляетсяGlass casing partially does not melt 77 1212 4-74-7 Вместе с стеклометаллическими микрошариками интенсивно образуются стеклонитиGlass filaments are intensively formed together with glass-metal microspheres 88 1212 8-128-12 Вместе с стеклометаллическими микрошариками интенсивно образуются стеклонитиGlass filaments are intensively formed together with glass-metal microspheres 99 1212 13-1613-16 Вместе с стеклометаллическими микрошариками интенсивно образуются стеклонитиGlass filaments are intensively formed together with glass-metal microspheres

Пример. Получение стеклометаллических микрошариков из меди и синего кобальтового стеклаExample. Obtaining glass-metal microspheres from copper and blue cobalt glass

Для получения стеклометаллических микрошариков использовали медную проволоку диаметром 1,0 мм и синее кобальтовое стекло.To obtain glass-metal microspheres, copper wire 1.0 mm in diameter and blue cobalt glass were used.

Предварительно синее кобальтовое стекло мололи в шаровой мельнице с последующим рассевом на фракции 50-100 мкм. Пластическую пасту готовили методом смешивания стеклопорошка со связующей добавкой, которой служил клей ПВА. Соотношение стеклопорошка и связующей добавки составляло 10:1. Медная проволока разрезалась на прутки 300 мм и методом пластического формования проволока заформовывалась в пасту на основе стеклопорошка и связующего.Pre-blue cobalt glass was ground in a ball mill, followed by sieving into fractions of 50-100 microns. A plastic paste was prepared by mixing glass powder with a binder additive, which served as PVA glue. The ratio of glass to binder additive was 10: 1. The copper wire was cut into rods of 300 mm and, by plastic molding, the wire was molded into a paste based on glass powder and a binder.

После сушки стержни вводили в плазменную горелку ГН - 5Р электродугового плазмотрона УПУ - 8М. Оптимальная скорость ввода стержней в плазменную горелку составляла 8-12 мм/с.Мощность работы плазмотрона составляла 9 кВт/час. Плазмообразующим газом служил аргон, расход которого составлял 0,0014 кг/с при давлении 0,27-0,29 МПа.After drying, the rods were introduced into the plasma torch GN - 5P of the electric arc plasma torch UPU - 8M. The optimum speed for introducing the rods into the plasma torch was 8-12 mm / s. The power of the plasma torch was 9 kW / h. Argon served as the plasma-forming gas, the flow rate of which was 0.0014 kg / s at a pressure of 0.27-0.29 MPa.

В процессе распыления в плазменной горелке образовывались стеклометаллические микрошарики ⌀0,3-1,1 мм.In the process of sputtering in a plasma torch, glass-metal microspheres ⌀ 0.3-1.1 mm were formed.

Стеклометаллические микрошарики как композиционный материал получен впервые и не имеет аналогов в мировой практике.Glass-metal microspheres as a composite material were obtained for the first time and have no analogues in world practice.

ЛитератураLiterature

1. Будов В.М., Егорова Л.С. Стеклянные микрошарики. Применение, свойства, технология. // Стекло и керамика. - 1993, №7. с.2-5.1. Budov V.M., Egorova L.S. Glass beads. Application, properties, technology. // Glass and ceramics. - 1993, No. 7. p.2-5.

2. Крохин В.П., Бессмертный B.C., Пучка О.В., Никифиров В.М. Синтез алюмоиттриевых стекол и минералов. // Стекло и керамика. - 1997, №9, с.6-7.2. Krokhin V.P., Immortal B.C., Puchka O.V., Nikifirov V.M. Synthesis of yttrium aluminum glasses and minerals. // Glass and ceramics. - 1997, No. 9, p.6-7.

Claims (1)

Способ получения микрошариков, включающий приготовление стержней, их плазменное распыление и улавливание образовавшихся микрошариков, отличающийся тем, что используют стержни, состоящие из металлической проволоки, покрытой пастой на основе измельченного стекла и связующего, а плазменное распыление с последующим улавливанием стеклометаллических микрошариков производят при мощности работы плазмотрона 9 кВт и скорости ввода стержней в плазменную горелку 8-12 мм/с. A method of producing microspheres, including the preparation of rods, their plasma spraying and trapping of the formed microspheres, characterized in that rods consisting of a metal wire coated with a paste based on ground glass and a binder are used, and plasma spraying with subsequent capture of glass-metal microspheres is carried out with a plasma torch operating power 9 kW and the speed of introduction of the rods into the plasma torch 8-12 mm / s.