Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология тугоплавких неметаллических материалов

Диссертационная работа:

Корчагин Алексей Иванович. Электронно-лучевая технология получения нанодисперсных порошков диоксида кремния при атмосферном давлении : Дис. ... канд. техн. наук : 05.17.11 : Новосибирск, 2003 152 c. РГБ ОД, 61:04-5/270-3

смотреть содержание
смотреть введение
смотреть литературу
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ

(ОБЗОР) 11

1.1. Ультрадисперсные (-нано) порошки 11

1.2. Методы исследования свойств 12

1.3. Классификация методов получения 13

1.3.1. Пламенный метод (метод газофазного синтеза) 15

1.3.2. Осаждение из растворов 17

1.3.3. Установки и печи электродугового нагрева . 20

1.3.4. Плазмохимический метод 21

1.3.5. Метод электрического взрыва проводников . 25

1.3.6. Электронно-лучевые способы 25

1.3.7. Лазерные методы испарения 29

1.3.8. Механически? методы 30

1.4. Применение нанопорошков 30

1.5. Выводы по главе 1. Постановка задачи

исследования 32

ГЛАВА 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕРАЦИИ

КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ПУЧКА ЭЛЕКТРОНОВ -

ОСНОВНОГО ЭЛЕМЕНТА ТЕХНОЛОГИИ 34

2.1. Ускорители типа ЭЛВ 34

2.2. Система концентрированного выпуска пучка в атмосферу 42

2.2.1. Конструкция и принцип действия системы

концентрированного выпуска 43

2.2.2. Повышение эксплуатационных характеристик

системы концентрированного выпуска 46

2.3. Пучок электронов 56

2.3.1. Характеристика концентрированного пучка

электронов в газах при атмосферном

давлении, потери энергии и поля облучения 56

2.3.2. Проникновение электронов в вещество . 61

2.3.3. Анализ применимости пучка к процессу

испарения материалов 65

2.4. Выводы по главе 2 67

ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ НАНОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО

ПУЧКА ЭЛЕКТРОНОВ 69

3.1. Практическая реализация и экспериментальное

изучение процесса получения порошков 71

3.1.1. Лабораторные испарительные установки 71

3.1.2. Экспериментальная установка 73

3.1.3. Экспериментальное исследование

производительности технологического процесса. 78

3.1.4 .Физические и технологические параметры

управления процессом испарения 81

3.2. Оценка энергобаланса и эффективности электронно

лучевой технологии получения порошков 84

3.2.1. Тепловые процессы, происходящие при

испарении электронным пучком 84

3.2.2. Расчет тепловых характеристик и

производительности установки для получения

Ш нанодисперсного диоксида кремния 89

3.3. Выводы и рекомендации для промышленной

реализации электронно-лучевой технологии получения

нанопорошков 93

3.4. Выводы по главе 3 94

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННЫХ

ПОРОШКОВ 96

4.1. Порошки диоксида кремния 96

4.1.1. Удельная поверхность 96

4.1.2. Электронная микроскопия частиц 97

4.1.3. Текстура образцов 104

4.1.4. Дериватографический анализ 105

4.1.5 Основной и примесный состав 105

4.1.6. Рентгенофазовый анализ 107

4.1.7. Метод высокотемпературной масс

спектрометрии 109

4.1.8. Гранулометрический состав 112

4.2. Нанопорошки других материалов 114

4.2.1. Оксид кремния SiO 114

4.2.2. Оксиды алюминия, магния, циркония, титана 115

4.2.3. Синтез фуллеренов 115

4.2.4. Получение порошков металлов в инертных

средах 117

4.3. Выводы по главе 4 121

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ ПОЛУЧАЕМЫХ

НАНОМАТЕРИАЛОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ 123

5.1. Исследования практических применений порошков диоксида кремния123

5.2. Источники сырья для производства порошков

диоксида кремния 129

5.3. Вопросы защиты окружающей среды 131

5.4. Выводы по главе 5 133

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134

ЛИТЕРАТУРА 137

ПРИЛОЖЕНИЕ. Способ получения ультрадисперсной двуокиси кремния, устройство для его осуществления и ультрадисперсная

двуокись кремния. Патент Российской Федерации №2067077 148 

Введение к работе:

Актуальность настоящей работы. Получение и исследование свойств высокодисперсных порошков различных веществ является актуальным разделом современной науки. Во-первых, это обусловлено практической необходимостью создания новых материалов, что в ряде случаев возможно только с использованием порошкоообразных составляющих; во-вторых, проблема изучения очень малых частиц, особенно имеющих размеры менее 100 нанометров, является составной частью более общей фундаментальной области знания, собирательно называемой "Нанотехнологии".

Исторически наибольшее распространение и промышленное применение получили нанодисперсные порошки оксидов кремния, алюминия, и некоторых других элементов получаемые, например, при высокотемпературном гидролизе соответствующих галогенидов и при химическом осаждении.

Физико-химические свойства порошков, строение наночастиц и, как следствие, область их применения, во многом зависят от способа их получения. Поэтому, идет совершенствование известных способов получения порошков, интенсивно разрабатываются новые, такие как, лазерные, механохимические, плазмохимические, золь-гель метод, метод электрического взрыва проводников и т.д.

Особое внимание уделяется разработке высокопроизводительных и, в то же время, экономичных и безопасных технологий производства нанопорошков. Существенным недостатком существующих

промышленных технологий получения порошков, является использование хлора, фтора, кислот и других химически активных, опасных и ядовитых жидких и газообразных веществ, неконтролируемые условия получения, проведение синтеза в несколько стадий. Производительность основной массы новых методов мала. Одним из признанных методов получения порошков является испарение твердых неорганических веществ с последующей конденсацией, однако существующие источники мощного нагрева имеют низкий КПД, производительность, либо для их применения требуется специальные вакуумные камеры или неактивные газы, поэтому развитие электроннолучевой технологии получения нанопорошков при атмосферном давлении является актуальным, новым и перспекивным.

Работа выполнена в рамках грантов РФФИ 02-03-32-357 «Синтез, физико-химические и каталитические свойства нанопорошков на основе переходных металлов, оксидов и нитридов металлов», интеграционного проекта СО РАН №159 «Радиационная физико-химия и радиационные технологии наноразмерных материалов» и в соответствием с тематическими планами НИР института ядерной физики им. Г.И.Будкера.

Целью настоящей работы являлась разработка основ электроннолучевой технологии получения нано-размерных порошков диоксида кремния и других тугоплавких неметаллических материалов с использованием концентрированного пучка электронов энергией 1,4 МэВ, выпущенного в воздух при атмосферном давлении.

Научная новизна.

1. Впервые мощный концентрированный пучок электронов, выпущенный в атмосферу, использован для получения нано-дисперсных порошков. Показана высокая стабильность процесса испарения твердых материалов и возможность регулирования и поддержания скорости испарения в лабораторной установке от 2 мг/с до 200 мг/с, а в экспериментальной - до 1,7 г/с при плотности мощности пучка от 10 до 105 кВт/см2.

2. Установлено, что порошки диоксида кремния, полученные по электронно-лучевой технологии испарением кварца при атмосферном давлении, имеют средний размер частиц 30-200 нм, рентгено-аморфную структуру, а первичные частицы порошка имеют сферическую форму. При

з получении порошков по электронно-лучевой технологии обнаружено уменьшение содержания примесей по сравнению с исходным материалом. 3. Установлена зависимость размера частиц от условий испарения. Удельная поверхность порошков диоксида кремния в проточной испарительной камере составила от 20 до 50 м7г (в зависимости от мощности пучка и скорости потока воздуха), а в открытой установке достигает до 120 м"/г при увеличении расхода воздуха через испарительную камеру до 900 м7ч и уменьшении скорости испарения до 0,5 г/с (при мощности пучка 50 кВт, плотности мощности менее 1 кВт/см" и расходе воздуха 900 м7ч).

Практическая значимость работы.

1. Показано, что электронно-лучевой способ обладает высоким КПД. Для этого проанализирован энергетический баланс электронно-лучевой технологии и основные параметры процесса испарения тугоплавких соединений. Найдены источники потерь энергии: при прохождении пучка в воздухе -3%, на тормозное рентгеновское излучение - менее 2% и с отраженными электронами -10%. Экспериментально установлено, что затраты энергии на испарение диоксида кремния составляют 12,5 кВт. ч/кг при мощности ускорителя 50 кВт.

2. Разработаны и изготовлены лабораторные и экспериментальная установки для получения нанопорошков испарением тугоплавких материалов мощным пучком электронов в атмосфере воздуха.

3. Показано, что технологический процесс получения порошков диоксида кремния является непрерывным, экологически- чистым, безотходным, в качестве сырья можно использовать минералы из природных месторождений без дополнительной обработки.

4. Приведены примеры практического применения полученных порошков диоксида кремния и показано, что они имеют потребительские свойства соответствующие промышленным аналогам - аэросилам 9

которые в настоящее время покупаются за рубежом. Изученные закономерности изменения среднего размера частиц, в зависимости от мощности пучка, размера пучка электронов и расхода воздуха, позволяют направленно управлять качеством порошков, что существенно расширяет возможности их применений.

5. Приоритет способа получения ультрадисперсной двуокиси кремния подтверждается патентом Российской Федерации № 2067077.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: 8 и 9-м Всероссийских совещаниях по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине (Санкт-Петербург 1995, 1998); іМежрегиональной конференции с международным участием "Ультрадисперсные порошки, материалы и наноструктуры" (Красноярск, 1996); Научно-технической конференции "Физико-химические процессы в композиционных материалах и конструкциях" (Москва, 1996); IV Всероссийской конференции по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц (Томск, 1996); Международной конференции "Компьютерная разработка перспективных материалов и технологий (Байкальск, 1997); V , VI и VII международных конференциях по электронно-лучевым технологиям (Варна, 1997, 2000, 2003); IX Межнациональном совещании "Радиационная физика твердого тела" (1999, Севастополь); VI конференции "Акустика неоднородных сред" (Новосибирск, 2000); XIX конференции стран СНГ "Дисперсные системы" (Одесса, 2000); V Всероссийской конференции "Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем" (Екатеринбург, 2000); Научно-практической конференции материаловедческих обществ России "Новые конструкционные материалы" (Звенигород, 2000); Научно-практической конференции «Керамические материалы: производство и применение» (Москва, 2000); Международном конгрессе (PARTEC) по технологиям частиц (Нюнрберг, 2001); 12-ом Международном симпозиуме "Тонкие пленки в электронике" (Харьков, 2001); Международной конференции "Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика "(Новосибирск, 2001); Международной конференции "Фундаментальные основы механохимической технологии" (Новосибирск, 2001); Международном симпозиуме "Новые перспективы в практике проектирования" (Кванджу, 2002); 13й Зимней школе по механике сплошных сред (Пермь, 2003), Научной сессии МИФИ-2003 (Москва, 2003).

Подобные работы
Строкова Юлия Игоревна
Технология получения оксинитридных керамических материалов в системах "Ti-Al-O-N" и "Ga-Al-O-N" сжиганием смесей грубодисперсных порошков металлов в воздухе
Чухломина Людмила Николаевна
Технология получения нитридов кремния и ниобия из ферросплавов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
Юсупов Рашит Анварбекович
Технология получения пористых проницаемых материалов с использованием природных минералов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
Галлямов Ринат Талгатович
Разработка технологии получения и исследование свойств уплотнительных срабатываемых покрытий на основе стабилизированного диоксида циркония
Адаменко Ольга Евгеньевна
Эксергетический анализ в технологии получения цементного клинкера
Геворкян Аршалуйс Цолаковна
Разработка технологии получения шихты состава сортового стекла на базе ереванита
Пирогов Виктор Иванович
Разработка технологии получения термоантрацита в печах графитации
Шкода Ольга Александровна
Технология получения силицидов ниобия методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с предварительной механической активацией компонентов
Злобин Петр Андреевич
Газофазные процессы в технологии получения кварцевого стекла и изделий из него
Будницкая Юлия Юрьевна
Конструирование и технология получения оксидных покрытий с заданными физико-химическими свойствами в импульсном микроплазменном режиме

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net