SU1780242A1 - The method of obtaining ultrafine powders - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам полученияультрадисперсных порошков, преимущественно, с размерами частиц менее 1000 нм. Цель - повышение производительноститехнологического процесса. Расплавленныйметалл, например алюминий, нагревалидо 1000-1100 К и подавали в реактор 10 через патрубок 9 Одновременно с подачейрасплава включали вибратор 11 и электродуговыеплазмотроны 6. Включали подачу газа-реагента (кислорода или азота) В качестве плазмообразующего газа использоваливоздух или азот. Гидродинамическийнапор в плазменных струях составлял 0,5-2000 величины напора струи расплава, разность потенциалов между плазменными струями и струей расплава составляла15-700 В. Получены порошки оксидаили нитрида алюминия с размерами частиц 10-400 нм. При этом производительностьпроцесса в 24-110 раз выше, чем в известном способе. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.The invention relates to powder metallurgy, in particular to methods for producing ultradispersed powders, mainly with particle sizes less than 1000 nm. The goal is to increase the productivity of the technological process. The molten metal, for example, aluminum, was heated to 1000-1100 K and was fed to the reactor 10 through pipe 9. Simultaneously with the supply of the melt, a vibrator 11 and electric arc plasma torches 6 were turned on. Air or nitrogen was used as plasma-forming gas. The hydrodynamic pressure in plasma jets was 0.5–2000 for the pressure of the melt jet, the potential difference between the plasma jets and the melt jet was 15–700 V. Aluminum oxide or aluminum nitride powders with particle sizes of 10–400 nm were obtained. At the same time, the performance of the process is 24-110 times higher than in the known method. 2 hp f-ly, 2 ill., 1 tab.

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению ульрадисперсных (т..е. частиц с размерами менее 1000 нм) порошков металлов, оксидов, нитридов и их смесей путем распыления расплава металла высокоскоростными газо- ’ выми струями и дальнейшей химической реакции продуктов распыления с газовой атмосферой.The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of ultrafine (i.e. particles with sizes less than 1000 nm) powders of metals, oxides, nitrides and their mixtures by spraying a metal melt with high-speed gas jets and further chemical reaction of the spray products with gas atmosphere.

Получаемые порошки могут применяться для создания новых конструкционных материалов, катализаторов, абразивных паст, применяться в качестве пигментов и наполнителей при изготовлении красок и т.п. Известны способы и устройства получения порошков металлов и керамики путем распыления расплава высокотемпературными струями.The resulting powders can be used to create new structural materials, catalysts, abrasive pastes, used as pigments and fillers in the manufacture of paints, etc. Known methods and devices for producing powders of metals and ceramics by spraying the melt with high-temperature jets.

Известен способ получения порошков путем дробления струи расплава оксида высокоскоростными газовыми струями, причем струя расплава вытекает через круглое или щелевое отверстие, а подача газа-диспергатора осуществляется через кольцевое сопло (или несколько сопел) ниже по потоку.A known method of producing powders by crushing a jet of melt of oxide with high-speed gas jets, the jet of melt flowing out through a round or slotted hole, and the gas-dispersant is supplied through an annular nozzle (or several nozzles) downstream.

Недостатком данного способа являются высокие энергозатраты для расплавления оксида, имеющего температуру плавления, намного превышающую температуру плавления металла, а также необходимость выThe disadvantage of this method is the high energy consumption for the melting of an oxide having a melting point much higher than the melting point of the metal, as well as the need

1780242 А1 соких расходов газа-диспергатора для эффективного дробления струи расплава оксида, обладающей высокой вязкостью. Кроме того, данный способ не позволяет получать порошки размером менее 4000 нм.1780242 A1 of the high flow rate of a dispersant gas for efficient crushing of a high viscosity viscosity melt jet. In addition, this method does not allow to obtain powders smaller than 4000 nm.

Известен способ получения порошков металлов, например алюминия, путем диспергирования струи металла газовыми струями.A known method of producing powders of metals, such as aluminum, by dispersing a stream of metal gas jets.

Однако в этом процессе не достигается температура испарения металла необходимая для получения ультрадисперсного порошка, а получаемые частицы лишь окислены с поверхности.However, in this process the evaporation temperature of the metal necessary to obtain an ultrafine powder is not reached, and the resulting particles are only oxidized from the surface.

Известны также способы получения ультрадисперсных порошков, оксидов, нитридов, и др. соединений путем переработки в низкотемпературной плазме соответствующего состава порошка металлов, полученных другим способом (например, распылением металлического расплава газовой струей). Этот способ позволяет получить порошки необходимой дисперсности, однако имеет высокую энергоемкость, т.к. требует повторного нагрева металлического порошка до температуры плавления и активного химического взаимодействия с другой, более нагретой газовой средой, чем та. которая была использована в первичном процессе распыления металла для получения металлического порошка.There are also known methods for producing ultrafine powders, oxides, nitrides, and other compounds by processing in low-temperature plasma the corresponding composition of metal powder obtained in another way (for example, by spraying a metal melt with a gas stream). This method allows to obtain powders of the required dispersion, but has a high energy intensity, because It requires re-heating of the metal powder to the melting temperature and active chemical interaction with another, more heated gaseous medium than that. which was used in the primary metal atomization process to produce metal powder.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности к достигаемому эффекту является способ получения смеси ультрадисперсных порошков металла или керамики, в котором ванна металла или керамики в расплавленном состоянйи подвергается воздействию плазменных струй, создаваемых электродуговыми или высокочастотными плазмотронами. Процесс проводят в атмосфере, содержащей водород, инертный газ, а также добавки азота, кислорода для получения соответствующего ультрадисперсного порошка с размерами частиц 10-100 нм.Closest to the proposed invention in technical essence, the achieved effect is a method for producing a mixture of ultrafine powders of metal or ceramics, in which a bath of metal or ceramics in the molten state is exposed to plasma jets created by electric arc or high-frequency plasmatrons. The process is carried out in an atmosphere containing hydrogen, an inert gas, as well as nitrogen and oxygen additives to obtain the corresponding ultrafine powder with particle sizes of 10-100 nm.

Недостатком такого способа является низкая скорость образования порошка заданного химического состава, например оксида, так как он образуется путем конденсации паров оксида' металла, возникающих при взаимодействии поверхности ванны расплава и плазменной струи. Скорость образования паров оксида низка из-за малой площади поверхности расплава, с которой происходит интенсивное испарение. Испарение расплава является Стадией, лимитирующей скорость всего процесса получения порошка, Самое интенсивное испарение происходит с той поверхности расплава, над которой наиболее высока температура газовой атмосферы, т.е. области контакта плазменной струи и расплава. Величина площади этой области примерно равна площади поперечного сечения плазменной струи.The disadvantage of this method is the low rate of formation of a powder of a given chemical composition, for example oxide, since it is formed by condensation of metal oxide vapors arising from the interaction of the surface of the molten bath and the plasma jet. The rate of oxide vapor formation is low due to the small surface area of the melt, with which intense evaporation occurs. The evaporation of the melt is a Stage that limits the speed of the entire process of obtaining the powder. The most intense evaporation occurs from the surface of the melt above which the temperature of the gas atmosphere is highest, i.e. areas of contact between the plasma jet and the melt. The size of the area of this region is approximately equal to the cross-sectional area of the plasma jet.

Целью изобретения является повышение производительности процесса получения ультрадисперсных порошков (размер частиц менее 1000 нм) металлов и тугоплавких соединений металлов (нитридов, оксидов).The aim of the invention is to increase the productivity of the process for producing ultrafine powders (particle size less than 1000 nm) of metals and refractory metal compounds (nitrides, oxides).

Поставленная цель достигается способом получения ультрадисперсных порошков, преимущественно с размерами частиц менее 1000 нм, включающим диспергирование струи расплава плазменными струями, в котором струю расплава и плазменные струи подвергают колебаниям и одновременно пропускают через них электрический ток; диспергирование проводят при гидродинамическом напоре в каждой плазменной струе 0,5-2000 величины гидродинамического напора струи расплава: диспергирование производят при разности потенциалов между плазменными струями и струей расплава 15-700 В.This goal is achieved by a method of producing ultrafine powders, mainly with particle sizes less than 1000 nm, including dispersing a jet of melt by plasma jets, in which the melt jet and plasma jets are subjected to vibrations and at the same time an electric current is passed through them; dispersion is carried out at a hydrodynamic pressure in each plasma jet of 0.5-2000 the magnitude of the hydrodynamic pressure of the melt jet: dispersion is carried out at a potential difference between the plasma jets and the melt jet of 15-700 V.

'Сущность изобретения заключается в следующем.'The invention is as follows.

При наложении колебаний на струю расплава и плазменные струи (это могут быть колебания, вызванные действием акустического поля, магнитного поля, или вызываемые вибрацией отверстия, из которого вытекает струя расплава) и одновременном протекании через струю расплава электрического тока происходит дробление струи расплава на капли. При создании между плазменными струями и струей расплава определенной разности потенциалов 8 цепи струя расплава - капли расплава - плазменные струи образуются микродуги.When vibrations are superimposed on the melt jet and plasma jets (these can be vibrations caused by the action of the acoustic field, magnetic field, or caused by the vibration of the hole from which the melt jet flows) and the electric current flows through the melt jet, the melt jet splits into droplets. When a certain potential difference 8 of the chain is created between the plasma jets and the melt jet, the melt stream — melt droplets — plasma jets form microarcs.

На фиг.1 показана, физическая картина процесса, где 1 - сопло для запуска струи металла, на которое накладывается колебание вертикального и горизонтального направления и к которому подведен полюс источника тока (не показан); 2 - струя расплавленного металла, разрывающаяся на жидкие фракции-капли 3 под действием вибрации и перегрева протекающим по струе током, создающим зону 4, где протекает ток между каплями металла; 5 - точка встречи воздушных плазменных струй и токовых каналов дуг от электродов плазмотронов 6.Figure 1 shows the physical picture of the process, where 1 is a nozzle for starting a stream of metal, which is superimposed on the oscillation of the vertical and horizontal directions and to which the pole of the current source (not shown) is connected; 2 - a stream of molten metal breaking into liquid droplet fractions 3 under the influence of vibration and overheating by the current flowing along the stream, creating zone 4, where the current flows between the metal droplets; 5 - the meeting point of the air plasma jets and current channels of the arcs from the electrodes of the plasma torches 6.

При протекании тока через капли 3 металла на каждой капле образуются на корот-. кое время до ее разрушения анодное и катодное пятна. Истекающие из катодных и анодных пятен струи пара (т.н. катодные и анодные струи) ускоряют процесс разрушения капли. За счет мощности, выделяющейся в пятнах, каплях практически мгновенно перегревается до температуры кипения и увлекается плазменными струями для дальнейшего диспергирования и протекания химической реакции паров материала капли и газовой атмосферы. Далее в цепь тока включается другая капля и процесс повторяется.When current flows through drops, 3 metals on each drop form for a short time. some time before its destruction, the anode and cathode spots. Steam jets flowing from the cathode and anode spots (the so-called cathode and anode jets) accelerate the process of droplet destruction. Due to the power released in the spots, the droplets almost instantly overheat to the boiling point and are carried away by plasma jets for further dispersion and the chemical reaction of the vapor of the droplet material and the gas atmosphere. Then another drop is included in the current circuit and the process repeats.

Таким образом процесс испарения расплава интенсифицируется за счет увеличения поверхности тепло-массообмена, над которой испарение наиболее интенсивно.Thus, the process of evaporation of the melt is intensified by increasing the surface of heat-mass transfer, over which evaporation is most intense.

Нестационарный характер процесса образования микродуг создает дополнительный источник акустических колебаний, способствующих диспергированию жидких капель и самой струи расплава.The unsteady nature of the microarc formation process creates an additional source of acoustic vibrations that contribute to the dispersion of liquid droplets and the melt jet itself.

Следует отметить, что именно одновременное наложение колебаний на струю расплава, плазменные струи протекание электрического тока через струю расплава и плазменные струи обеспечивает возникновение микродуг в цепи плазменные струикапли расплава-струи расплава. В результате выполнения этой операции цель изобретения достигается в решающей степени. Указанные новые отличительные признаки в аналогах и других технических решениях не выявлены.It should be noted that it is precisely the simultaneous superposition of oscillations on the melt jet, plasma jets, the flow of electric current through the melt jet, and plasma jets that causes the emergence of microarcs in the plasma-jet-melt-melt jet plasma circuit. As a result of this operation, the purpose of the invention is achieved to a decisive extent. These new distinguishing features in analogues and other technical solutions are not identified.

При гидродинамическом напоре каждой плазменной струи менее 0,5 гидродинамического напора струи расплава эффективность диспергации струи расплава снижается, т.к. кинетическая энергия плазменной струи при таком соотношении напора не достаточна для сдувания паровой рубашки и испаряющихся капель и их диспергации. При напоре плазменных струй более чем в 2000 раз превышающие напор струи расплава горения микродуг на каплях расплава становится неустойчивым и производительность процесса снижается.When the hydrodynamic pressure of each plasma jet is less than 0.5, the hydrodynamic pressure of the melt jet, the dispersion efficiency of the melt jet decreases, because the kinetic energy of the plasma jet with such a pressure ratio is not sufficient to blow off the steam jacket and evaporating droplets and disperse them. When the pressure of plasma jets is more than 2000 times higher than the pressure of the jet of the melt, the combustion of the microarc on the drops of the melt becomes unstable and the productivity of the process decreases.

При напряжении в системе струи плазмы - струя металла менее 15 В существование даже одной микродуги невозможно. Увеличение напряжения выше 700 В нецелесообразно, т.к. возникающий при таком напряжении ток приводит к разрушению струи металла у ее корня и нарушению процесса диспергации в режиме существования микродуг. В предлагаемом способе, в отличие от прототипа, скорость испарения расплава увеличивается за счет увеличения испарения расплава путем дробления струи расплава на капли с помощью наложения механических колебаний на струю расплава и возрастает скорость испарения с поверхности каждой капли из-за горения микродуг между струей расплава, каплями расплава и плазменными струями.At a voltage in the plasma jet system — a metal jet less than 15 V, the existence of even one micro-arc is impossible. An increase in voltage above 700 V is impractical because the current arising at this voltage leads to the destruction of the metal stream at its root and to the disruption of the dispersion process in the microarc existence mode. In the proposed method, in contrast to the prototype, the melt evaporation rate increases due to an increase in melt evaporation by crushing the melt jet into droplets by applying mechanical vibrations to the melt jet and the evaporation rate from the surface of each droplet increases due to the combustion of microarcs between the melt jet and droplets melt and plasma jets.

Предложенный способ осуществляют следующим образом (фиг. 2).The proposed method is as follows (Fig. 2).

Металл расплавляют в плавильной камере 7, далее расплав подают в дозатор 8, где он перегревается на 10-40% выше температуры плавления. Затем расплав подают через патрубок 9 в реактор 10. Одновременно с подачей расплава включают элёктродуговые плазмотроны 6 и вибратор 11. В реакторе 10 на струю расплава направляют плазменные струи из плазмотронов 6. При протекании электрическбго тока через электроды плазмотронов, плазменные струи, крупные капли расплава металла и струю расплава металла происходит диспергация струи расплава. Перечисленные процессы в зависимости от химического состава газовой атмосферы в реакторе могут сопровождаться как конденсацией паров металла с образованием мётёлличёскйх'^лчастй так и химическими реакциями, ведущими к образованию оксидов, нитридов или других соединений как в газовой, так и в конденсированной фазе. .Затем мелкодисперсные частицы целевого порошка в газодисперсном потоке выходят из реактора и фильтруются известным способом.The metal is melted in the melting chamber 7, then the melt is fed to the dispenser 8, where it overheats 10-40% above the melting temperature. Then, the melt is fed through the pipe 9 to the reactor 10. Simultaneously with the supply of the melt, electric arc plasmatrons 6 and a vibrator 11 are switched on. In the reactor 10, plasma jets from plasmatrons 6 are sent to the melt jet. When electric current flows through the plasma torch electrodes, plasma jets, large drops of metal melt and a stream of molten metal is a dispersion of the jet of melt. These processes, depending on the chemical composition of the gas atmosphere in the reactor can be followed as the condensation of metal vapor to form motollichoskyh ^'l and often chemical reactions leading to the formation of oxides, nitrides or other compounds in the gas and condensed phase. . Then the fine particles of the target powder in the gas stream exit the reactor and are filtered in a known manner.

Повышение производительности процесса диспергации достигается увеличением поверхности контакта расплава и газа-диспергатора путем дробления струи металла на капли: более интенсивным испарением капель за счет их перегрева электродными пятнами микродуг, образующихся при протекании тока по зоне протекания струи металла, капель расплава и плазменных струй: из-за непрерывно возобновляющихся поверхностей тепло-массообмена на границе струи расплава, капли металла, плазменные струи; взаимодействием эффектов изменения формы поверхности струи расплава при ее дроблении за счет протекания электрического тока и изменения формы струи при ее дроблении за счет гидродинамического воздействия плазменных струй и наложения колебаний.An increase in the productivity of the dispersion process is achieved by increasing the contact surface of the melt and the dispersant gas by crushing the metal jet into droplets: more intensive evaporation of the droplets due to their overheating by the electrode spots of the microarcs formed when the current flows through the zone of the metal jet, the melt droplets and plasma jets: behind continuously renewing heat and mass transfer surfaces at the boundary of the melt jet, metal droplets, plasma jets; the interaction of the effects of changing the shape of the surface of the jet of the melt when it is crushed due to the flow of electric current and changing the shape of the jet when it is crushed due to the hydrodynamic effects of plasma jets and the imposition of vibrations.

Для получения металлических порошков, а также порошков более сложного химического состава (оксидов, нитридов) газовая атмосфера в реакторе может быть получена добавлением азота, водорода, аргона, воздуха, кислорода.To obtain metal powders, as well as powders of a more complex chemical composition (oxides, nitrides), the gas atmosphere in the reactor can be obtained by adding nitrogen, hydrogen, argon, air, oxygen.

При получении оксидов металлов применяется плазма ки'слород-воздух с содержанием кислорода, обеспечивающим полное окисление паров металла.In the preparation of metal oxides, oxygen-oxygen plasma is used with an oxygen content that ensures complete oxidation of the metal vapor.

Пример. Использовали аппарат, схематически показанный на фиг.2. АлюминийExample. Used the apparatus schematically shown in figure 2. Aluminum

Ί плавили методом индукционного нагрева в плавильной камере 7. далее расплав подавали в дозатор 8. В дозаторе расплав перегревали до 1000—1100 К и подавали затем через патрубок 9 в реактор 10. Одновременно с подачей расплава включили вибратор 11 и три электродуговых плазмотрона 6. Включили подачу газа-реагента (кислорода или азота). При получении порошка оксида алюминия в качестве плазмообразующего газа использовали воздух: при получении ультрадисперсного порошка нитрида алюминия в качестве плазмообразующего газа использовали азот.Или melted by induction heating in the melting chamber 7. Then the melt was fed to batcher 8. In the batcher, the melt was overheated to 1000–1100 K and then fed through pipe 9 to reactor 10. At the same time, the vibrator 11 and three electric arc plasmatrons were turned on. 6. They were turned on. reagent gas supply (oxygen or nitrogen). In the preparation of alumina powder, air was used as a plasma-forming gas: in the preparation of an ultrafine aluminum nitride powder, nitrogen was used as a plasma-forming gas.

Полученные ультрадисперсные порошки оксида алюминия или нитрида алюминия с размерами частиц 10-400 нм улавливали на рукавнбм фильтре. Режимы ведения процесса приведены в таблиц.The obtained ultrafine powders of aluminum oxide or aluminum nitride with a particle size of 10-400 nm were captured on a bag filter. Modes of the process are given in tables.

П р и м е р 1. Технологические параметры процесса соответствуют режиму 1 таблицы. Разность потенциалов между струями плазмы и струей расплава устанавливали 100 В, Отношение гидродинамического напора плазменной струи Аг и гидродинамическому напору струи расплава At составило 0.43. т.е. менее 0,5. При таком отношении Α₂/Αι эффективность диспергации струи расплава падает, в получаемом порошке оксида алюминия наблюдаются крупные частицы с размерами более 1000 нм, что дёлает ггрбдукт'нёкон'Дйцйонным.Example 1. Technological process parameters correspond to mode 1 of the table. The potential difference between the plasma jets and the melt jet was set to 100 V, the ratio of the hydrodynamic pressure of the plasma jet Ar and the hydrodynamic pressure of the melt jet At was 0.43. those. less than 0.5. With such a ratio Α ₂ / Αι, the dispersion efficiency of the melt jet decreases, and large particles with sizes greater than 1000 nm are observed in the obtained alumina powder, which makes the hydroelectric product 'nekon' Dyyyonny.

Пример 2. Технологические параметры процесса соответствуют режиму 2 таблицы. Разность потенциалов между струями плазмы и струей расплава устанавливали равной 100 В. Отношение гидродинамического напора плазменной струи А₂ и гидродинамическому напору струи расплава At составило 0.5. При таких параметрах процесса обеспечиваются условия диспергации, при которых в продукте отсутствуют частицы оксида алюминия с размеров более 1000 нм.Example 2. Technological process parameters correspond to mode 2 of the table. The potential difference between the plasma jets and the melt jet was set equal to 100 V. The ratio of the hydrodynamic pressure of the plasma jet A ₂ and the hydrodynamic pressure of the melt jet At was 0.5. With such process parameters, dispersion conditions are ensured under which there are no aluminum oxide particles with sizes greater than 1000 nm in the product.

ПримерЗ. Параметры процесса соответствуют режиму 3 таблицы. Отношение гидродинамических напоров Α₂/Αι составляет 1000, разность потенциалов между струями плазмы и струей расплава 1000 В. При таких параметрах процесса обеспечиваются условия диспергации, при которых в продуктах отсутствует частицы оксида алюминия с размеров более 1000 нм.Example Z. The process parameters correspond to mode 3 of the table. The ratio of the hydrodynamic heads составляет ₂ / Αι is 1000, the potential difference between the plasma jets and the melt jet is 1000 V. With these process parameters, dispersion conditions are ensured under which there are no aluminum oxide particles with sizes greater than 1000 nm in the products.

П р и м е р 4. Параметры процесса соответствуют режиму 4 таблицы. Отношение гидродинамических напоров A₂/At соответствует 200(), разность потенциалов между струей расплава и плазменными струями 1000 В. При таких параметрах ведения процесса весь получаемый порошок является ультрадисперсным, т.е. в продукте отсутствуют частицы размерами более 1000 нм.Example 4. The process parameters correspond to mode 4 of the table. The hydrodynamic pressure ratio A ₂ / At corresponds to 200 (), the potential difference between the melt jet and plasma jets is 1000 V. With these process parameters, the entire powder obtained is ultrafine, i.e. there are no particles larger than 1000 nm in the product.

При мер 5. Параметры процесса соответствуют режиму 5 таблицы. Отношение гидродинамических параметров А2/А1 составляет 2100. т.е. превышает 2000- граничное значение. Разность потенциалов между Струей расплава и плазменными струями поддерживали 100 В. В таком режиме ведения процесса выход ультрадисперсного порошка снижается, т.к. горение микродуг на каплях расплава становится неустойчивым, и в продукте появляются крупные частицы размером более 1000 нм.Example 5. The process parameters correspond to mode 5 of the table. The ratio of the hydrodynamic parameters A2 / A1 is 2100. i.e. exceeds 2000 - the boundary value. The potential difference between the melt stream and the plasma stream was maintained at 100 V. In this mode of process control, the yield of ultrafine powder decreases, because The combustion of microarc on droplets of the melt becomes unstable, and large particles larger than 1000 nm appear in the product.

Пример 6. Параметры процесса соответствуют режиму 6 таблицы. Отношение гидродинамических напоров Аг/Αι составило 22,5, разность потенциалов между струей расплава и плазменными струями поддерживали 12 В. В таком режиме ведения процесса образование микродуг на каплях расплава прекращается и интенсивность диспергации расплава резко падает. В продукте наблюдается крупные частицы порошка с размерами более 1000 нм,Example 6. The process parameters correspond to mode 6 of the table. The hydrodynamic pressure ratio Ar / V was 22.5, the potential difference between the melt jet and plasma jets was maintained at 12 V. In this mode of conducting the process, the formation of microarcs in the melt drops ceases and the intensity of melt dispersion drops sharply. The product has large powder particles with sizes greater than 1000 nm,

Пример?. Параметры процесса соответствуют режиму 7 таблицы. Отношение гидродинамических напоров Аг/Αι составляло 22.5. разность потенциалов между струей расплава и плазменными струями 15 В, В таком режиме ведения процесса весь получаемый порошок является ультрадисперсным, т.е. в продукте отсутствуют частицы с размерами более 1000 нм.Example?. The process parameters correspond to mode 7 of the table. The ratio of the hydrodynamic pressures Ar / V was 22.5. the potential difference between the melt jet and plasma jets is 15 V, In this mode of conducting the process, the entire powder obtained is ultrafine, i.e. there are no particles with sizes greater than 1000 nm in the product.

Примере. Параметры процесса соответствуют режиму 8 таблицы. Отношение гидродинамических напоров Α₂/Αι составило22.5. Разность потенциалов между струей расплава и плазменными струями 700 В. При таких параметрах ведения процесса весь полученный порошок является ультрадиспёрсйым, т.е. в продукте отсутствуют частицы размерами более 1000 нм.An example. The process parameters correspond to mode 8 of the table. The hydrodynamic pressure ratio оров ₂ / Αι was 22.5. The potential difference between the melt stream and the plasma stream is 700 V. With these process parameters, the entire powder obtained is ultrafine, i.e. there are no particles larger than 1000 nm in the product.

П р и м е р 9. Параметры процесса соответствуют режиму 9 таблицы. Отношение гидродинамических напоров A₂/At составляло 22.5, разность потенциалов между струей расплава и плазменными струями поддерживали 720 В. При таком режиме ведения процесса происходит разрушение всего объема струи металла (от точки соприкосновения с ней плазменной струи до корня), происходит интенсивное разбрызгивание металла, образование микродуг прекращается. продукт загрязняется крупными частицами металла и его качество снижается. В порошке оксида алюминия появляется фракция частиц с размером более 1000 нм.PRI me R 9. The process parameters correspond to mode 9 of the table. The hydrodynamic pressure ratio A ₂ / At was 22.5, the potential difference between the melt jet and the plasma jets was maintained at 720 V. With this mode of process control, the entire volume of the metal jet is destroyed (from the point of contact of the plasma jet to the root), intense metal spatter occurs, microarc formation ceases. the product is contaminated with large particles of metal and its quality is reduced. A fraction of particles with a size greater than 1000 nm appears in the alumina powder.

ПримерЮ. Параметры процесса соответствуют режиму 10 таблицы. Отноше ние гидродинамических напоров А2/А1 составило 23, разность потенциалов между струей расплава и струями плазмы 120 В. В качестве плазмообразующего газа использовали азот. На выходе сопла плазмотрона 5 к плазменной азотной струе дополнительно примешивали требуемое для химической реакции количество азота.Example. The process parameters correspond to mode 10 of the table. The ratio of the hydrodynamic heads A2 / A1 was 23, the potential difference between the melt jet and plasma jets was 120 V. Nitrogen was used as the plasma forming gas. At the exit of the nozzle of the plasma torch 5, the amount of nitrogen required for the chemical reaction was additionally mixed with the plasma nitrogen stream.

При таких параметрах ведения процесса получили ультрадисперсный порошок нитрида алюминия с размерами 10-80 нм.With such parameters of the process, an ultrafine aluminum nitride powder with sizes of 10-80 nm was obtained.

Производительность процесса при указанных режимах его ведения составила 15 680-136 кг/ч по целевому продукту ультрадисперсному порошку. Выход ультрадисперсного порошка оксида алюминия на единицу мощности составил 7,52-1,7 кг/кВт-ч, что примерно в 110-24 раза выше, 20 чем у способа-прототипа.The performance of the process under the indicated modes of its conduct was 15 680-136 kg / h for the target product ultrafine powder. The output of ultrafine alumina powder per unit of power was 7.52-1.7 kg / kWh, which is about 110-24 times higher, 20 than that of the prototype method.

Claims (3)

Формула изобретенияClaim 1. Способ получения ультрадисперсных порошков, преимущественно с размерами частиц менее 1000 нм, включающий диспергирование струи расплава плазменными струями, отличающийся тем. что. с целью повышения производительности технологического процесса, струю расплава и плазменные струи подвергают колебаниям1. The method of producing ultrafine powders, mainly with particle sizes less than 1000 nm, including the dispersion of a jet of melt by plasma jets, characterized in that. what. in order to increase the productivity of the process, the melt jet and plasma jets are subjected to vibrations 10 и одновременно пропускают через них электрический ток.10 and simultaneously pass electric current through them. 2. Способ поп.1,отличающийся тем, что диспергирование осуществляют при гидродинамическом напоре в каждой плазменной струе, равном 0,5-2000 величины гидродинамического напора струи расплава.2. The method of pop. 1, characterized in that the dispersion is carried out with a hydrodynamic pressure in each plasma jet equal to 0.5-2000 of the hydrodynamic pressure of the melt jet. 3. Способ по п.п.1 и 2, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что диспергирование осуществляют при разности потенциалов между струей расплава и плазменными струями, равной 15-700 В.3. The method according to claims 1 and 2, with the fact that the dispersion is carried out at a potential difference between the melt jet and plasma jets equal to 15-700 V. NiNf пп Ninf pp Технологические параметры процесса Process parameters Номер режимы Number Modes 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 1. 1. Мощность подведения к плазмотронам. кВт The power of bringing to the plasmatrons. kw 50.4 50.4 50.4 50.4 60.0 60.0 60.0 60.0 60.0 60.0 32.4 32.4 32.4 32.4 32.4 32.4 32.4 32.4 33 33 2. 2. Мощность подведения к плавильной камере и до* затору, кВт Power to the melting chamber and up to * mash, kW 40.0 40.0 40.0 40.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20 20 3. 3. Расход плазмообразующего газа, т/с The consumption of plasma-forming gas, t / s 2.1 2.1 2.1 2.1 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 4. 4. Расход реагента (кислород’режим 1*9. азот-реΖ жим 10). г/с Reagent consumption (oxygen’s mode 1 * 9. Nitrogen-mode 10). g / s 90 90 90 90 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 10 10 5. 5. Расход алюминия г/с Aluminum consumption g / s 100 100 100 100 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 6. 6. Разность потенциалов между струями плазмы и струей расплава. В The potential difference between the plasma jets and the melt jet. IN 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 12 12 15 fifteen 700 700 720 720 120 120 7. 7. Отношение гидродинамического напора плазменной струи Аг к гидродинамическому напору струи расплава At The ratio of the hydrodynamic pressure of the plasma jet Ar to the hydrodynamic pressure of the melt jet At 0.43 0.43 0.5 0.5 1000 1000 2000 2000 2100 2100 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 23 23 8. 8. Выход продукта на единицу мощности. кг/кВт-ч Product output per unit of power. kg / kWh 7.52 7.52 7.52 7.52 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.02 2.02 9. 9. Производительность но целевому порошку, кг/ч Productivity but to the target powder, kg / h 680 680 680 680 136 136 136 136 136 136 136 136 136 136 136 136 136 136 108 108 Примечание В режимах 1.5. 6.9 в продукте появляются частицы оксида алюминия с'размером более 1000 нм.Note In modes 1.5. 6.9 particles of alumina with a size of more than 1000 nm appear in the product.