Механизм и кинетика образования ультрадисперсных порошков при интенсивном испарении в атмосферу инертного газа : На примере системы медь-олово

• Автор: Субботина, Ольга Юрьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 182 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
1. Опыт экспериментального исследования образования УДП меяллов и сплавов при их испарении в атмосферу инертного газа.

Некоторые свойства системы СиБп. Обзор литературы.

1.1. Образование УДП при испарении в атмосферу инертного газа.

1.1.1. Условия и методики исследования

1.1.2 Свойства УДП металлов и сплавов.

1.1.3 Механизмы образования и роста УДП.

1.2. Термодинамические и физикохимические свойства

меди, олова и сплава СиБп

1.3. Особенности испарения и конденсации сплавов .

1.4. Выводы .
2. Разработка экспериментальной методики исследования интенсивного испарения металлов и сплавов в атмосферу инертного газа на примере меди
2.1. Экспериментальная установка
2.2. Порядок и условия проведения опытов
2.3. Методика измерения температур в объеме камеры конденсации.
2.4. Возможности экспериментальной методики и новые данные
по испарениюконденсации меди в облает высоких температур
2.4.1.Визуализация гетерофазных потоков. Факел и струя
2.4.2. Плотность потока и скорость испарения
2.4.3. Давление насыщенного пара меди.
2.4.4. Температура газа и гегерофазного потока
2.4.5. Характер конденсации пара и зональная структура потока.
2.5. Режимы интенсивного испарения меди в атмосферу аргона
2.6. Выводы.
3. Изучение интенсивного испарения металлов и сплавов
системы СиЯп в режимах факела и струн
3.1. Особенности проведения опытов .
3.2 Плотность гстсрофазных потоков.
3.3 Влияние состава расплава на закономерности испарения
сплавов .
3.3.1. Давление насыщенного пара олова и сплавов.
3.3.2 Состав пара над расплавами
3.3.3. Скорость испарения сплавов.
3.4 Расчет термодинамических свойств сплавов
в области высоких температур
3.5 Обсуждение результатов сточки зрения структуры расплавов.
3.6. Выводы
4. Свойств УДП меди, олова н сплав
4.1 Методы исследования.
4.2. Общая характеристика морфологии и дисперсности.
4.3. Зональная структура потока .
4 4 Дисперсность частиц объемного происхождения
4.4.1. Общие результаты и их статистическая обработха
4 4.2 Влияние уровня потока
4.4.3. Влияние режима процесса.
4.4.4. Влияние вида металла и состава сплава
4 5 Фазовый состав порошков сплавов
4.6. Выводы
5. Механизмы образования УДП на основе анализа распределении
частиц по ратмерам
5.1. Образование УДП металлов как процесс конденсации быстрого тина .
5.2. Механизмы роста и их связь с распределением частиц
по размерам анализ литературных данных
5.3. Анализ экспериментальных распределений частиц по размерам.
5.3.1. Методика проверки гипотез о законе распределения
5.3.2. Результаты анализа
5.3.3. Сравнение результатов анализа распределений частиц
по размерам с данными о зональной структуре потока.
5.4. Два механизма роста часгиц УДП
5.5. Выводы
6. Кинетика коагуляции ультрадисперсныя
металлических частиц в гетерофазноч потоке.
6.1. Динамика гетерофазных потоков
6.1.1. Свободноконвективное движение газа
6.1.2. Истечение пара из испарителя.
6.1.3. Движение металлических частиц в газовой среде
6.1 4. Характеристики гегерофазного потока .
6.2 Кинетические уравнения коагуляции обзор литературы
6.3 Определение механизма коагуляции
в изучаемых ультрадисперсных системах
6.4 Обсуждение взаимосвязи коа1уляционного роста частиц
со свойствами дисперсных систем и режимом их получения
6.4.1. Дисперсность частиц и их распределение по размерам.
6.4.2. Режим процесса факел или струя.
6.4.3. Состав сплава и коагуляция.
6.5. Выводы.
Общие выводы
Список литературы


Количество публикаций по экспериментальному исследованию объемной конденсации меди и олова крайне невелико , , , , , и они относятся к ограниченной области режимов процесса. Для сплавов Си 51 изучалось в основном вакуумное испарение с образованием тонких пленок ,, , , , а данные по их объемной конденсации приводятся в единичных публикациях Условия проведения этих работ представлены в табл. Таблица 1. Вил металла, сплава и инертного газа Температура или скорость испарения Давление инертного газа, Р. Си ь Аг 8x5 гсм2с при Р 0,2 мм рт ст. Си в Не и Аг не более К 0. К 0. Сплавы Сивп с содержанием 1 1,5,0 мас. К вакуум ,. Сплавы Сийп с содержанием Яп ,0,0 мас. Наиболее важное направление большинства исследований изучение свойств получаемых при конденсации частиц, а именно их дисперсности и кристаллической формы габитуса в зависимости от условий процесса. Установлены следующие общие закономерности 6. Частицы разных металлов в изученных условиях имеют размеры 3 1 мкм При прочих равных условиях их днсиерносЬ выше для металлов с более низкой летучестью. Рост температур испарения и газа приводит к образованию более крупного порошка Качественно определено, что более крупные частицы вырастают в том случае, если зарождение частиц началось при высоких плотностях пара . Данные по влиянию на дисперсность давления газа неоднозначны и иногда противоречивы например, сообщается ках об уменьшении 6, так и об увеличении размеров частиц с ростом давления газа в объеме . Повидимому, это связано с тем. Давление газа влияет на образование и рост частиц не напрямую, а через процессы тепло и массообмена в камере, сложным образом зависящими от других параметров и геометрии установки Поэтому формальное определение зависимости дисперсности частиц от Р имеет ценность только в узком диапазоне режимов. Размеры металлических частиц зависят также от зоны потока, в которой они росли и были собраны. Наиболее крупные частицы обнаружены на условной границе пара с холодным газом , Ггот факт имел место и для меди, частицы которой из разных зон факела исследовались в . Морфология и крупноегь собираемых частиц отражает структуру потока. На основании ес исследования в объеме конденсации были определены пространственные зоны пара и конденсации С ростом температуры испарения и уменьшением давления размеры зоны пара возрастают Уменьшение давления газа и сто молекулярной массы, а также повышение температуры испарения увеличивают их размеры, а возрастание температуры испарения вытягивает вдоль вертикальной оси потока 6. Форма образующихся при испарении металлических частиц зависела от температур испарения и конденсации и могла быть сферической или граиной 6, . Тип кристаллической огранки зависит от вида металла и от условий конденсации. Для меди и олова получены следующие данные. Частицы меди, образующиеся при объемной конденсации табл. Очень тонкие частицы меди с диаметром около нм получались в движущихся потоках газа . Характерными кристаллическими формами, обнаруженным для меди являются сложный многогранник и треугольная пластина с усеченными углами, для олова куб или тетрагональная призма со скругленными углами , . При увеличении температуры испарения и ее приближении к К четко выраженная огранка монокристаллической меди постепенно исчезала, а форма частиц приближалась к сферической . Свойства частиц сплавов СиП практически не исследованы. Таким образом, из обзора литературы следует, что большинство результатов исследования свойств УДП металлов и сплавов, имеют преимущественно качественный металлофизический характер. Роль различных механизмов образования металлических частиц и кинетика их роста при объемной конденсации пара эксперимеггтально изучены крайне недостаточно. Конкретные пути их исследования в реальных дисперсных системах были обнаружены нами только в единичных публикациях. Один из них, основанный ка определении закона распределения частиц по размерам, исходя из предположения о его связи с определенным механизмом их образования , , , , более подробно рассматривается в 5 главе. Второй путь изучение кинетики коагуляции частиц с применением известных моделей этого процесса, теоретически рассматриваемых в см.