Электронно-лучевая технология получения нанодисперсных порошков диоксида кремния при атмосферном давлении

• Автор: Корчагин, Алексей Иванович
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 152 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ ОБЗОР. II

1.1. Ультрадисперсные нано порошки

1.2. Методы исследования свойств.

1.3. Классификация методов получения.

1.3.1. Пламенный метод метод газофазного синтеза

1.3.2. Осаждение из растворов.

1.3.3. Установки и печи электроду го во го нагрева .

1.3.4. Плазмохимический метод.

1.3.5. Метод электрического взрыва проводников .

1.3.6. Электроннолучевые способы.
1.3.7. Лазерные методы испарения
1.3.8. Механические методы
1.4. Применение чанопорошков.
1.5. Выводы по главе 1. Постановка задачи исследования.
I ГЛАВА 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕРАЦИИ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ПУЧКА Э.ЧЕКТРОНОВ ОСНОВНОГО ЭЛЕМЕНТА ТЕХНОЛОГИИ
2.1. Ускорители типа ЭЛВ.
2.2. Система концентрированного выпуска пучка в атмосферу
2.2.1. Конструкция и принцип действия системы
концентрированного выпуска.
2.2.2. Повышение эксплуатационных характеристик
системы концентрированного выпуска.
2.3. Пучок электронов
2.3.1. Характеристика концентрированного пучка электронов в газах при атмосферном давлении, потери энергии и поля облучения . .
2.3.2. Проникновение электронов в вещество
2.3.3. Анализ применимости пучка к процессу испарения материалов
2.4. Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ НА НО ДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО
ПУЧКА ЭЛЕКТРОНОВ.
3.1. Практическая реализация и экспериментальное
изучение процесса получения порошков
3.1Л. Лабораторные испарительные установки
3.1.2. Экспериментальная установка.
3.1.3. Экспериментальное исследование
производительности технологического процесса. . .
3.1.4 .Физические и технологические параметры
управления процессом испарения.
3.2. Оценка энергобаланса и эффективности электроннолучевой технологии получения порошков
3.2.1. Тепловые процессы, происходящие при испарении электронным пучком.
3.2.2. Расчет тепловых характеристик и производительности установки для получения
Э нанодисперсного диоксида кремния.
3.3. Выводы и рекомендации для промышленной реализации электроннолучевой технологии получения нанопорошков
3.4. Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННЫХ
ПОРОШКОВ
4.1. Порошки диоксида кремния.
4.1.1. Удельная поверхность.
4.1.2. Электронная микроскопия частиц.
4.1.3. Текстура образцов.
4.1.4. Дериватографический анализ.
4.1.5 Основной и примесный состав.
4.1.6. Рентгенофазовый анализ
4.1.7. Метод высокотемпературной масс спектрометрии
4.1.8. Г ранулометрический состав
4.2. Нанопорошки других материалов.
4.2.1. Оксид кремния БЮ
4.2.2. Оксиды алюминия, магния, циркония, титана
4.2.3. Синтез фуллеренов.
4.2.4. Получение порошков металлов в инертных средах
4.3. Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ ПОЛУЧАЕМЫХ
НАНОМАТЕРИАЛОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
5.1. Исследования практических применений порошков диоксида кремния
5.2. Источники сырья для производства порошков
диоксида кремния
5.3. Вопросы защиты окружающей среды.
5.4. Выводы по главе 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Удельная поверхность порошков диоксида кремния в проточной испарительной камере составила от до м2/г (в зависимости от мощности пучка и скорости потока воздуха), а в открытой установке достигает до 0 м2/г при увеличении расхода воздуха через испарительную камеру до 0 мУч и уменьшении скорости испарения до 0,5 г/с (при мощности пучка кВт, плотности мощности менее 1 кВт/см2 и расходе воздуха 0 мУч). Практическая значимость работы. 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 ^%. Экспериментально установлено, что затраты энергии на испарение диоксида кремния составляют ,5 кВт. Вт. Разработаны и изготовлены лабораторные и экспериментальная установки для получения нанопорошков испарением тугоплавких материалов мощным пучком электронов в атмосфере воздуха. 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. 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. Приоритет способа получения ультрадисперсной двуокиси кремния подтверждается патентом Российской Федерации № 7. Апробация работы. Пермь, ), Научной сессии МИФИ- (Москва, ). ГЛАВА I. К ультрадисперсным материалам можно отнести [1,2,6]: тонкие пленки, чешуйки, нитевидные кристаллы, малые частицы, высокопористые материалы, выделения фаз, а также различные ансамбли, например, ультрадисперсные порошки (УДП), аэрозоли. В последнее время УДП часто называют нано-порошками, т. Согласно стандарту DIN 6 (август ) к микроскопическому строению порошков применимы следующие термины: первичные частицы, агрегаты и агломераты. К первичным частицам относятся распознаваемые индивидуально наименьшие объекты, агрегаты состоят из первичных частиц, граничащих сторонами или гранями и, как правило, не могут быть разрушены, а агломераты состоят из агрегатов и/или первичных частиц и имеют между собой точечный контакт. Форма первичных частиц может быть шаровой, шестигранной, стержневой и т. Аэрозолем называется дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсионной среды и твердой или жидкой дисперсной фазы, иначе говоря, это взвесь твердых или жидких частичек в газе. Аэрозольные частицы характеризуются химической природой, размером, формой, внутренним строением [7]. Один только размер может меняться в очень широких пределах - от нескольких ангстремов до долей миллиметра, т. Основные характеристики нанопорошков определяет их морфология: средний размер частиц, распределение по размерам, наличие и размер пор, химические свойства поверхности (активность, гидрофобность. В ряде случаев поверхность порошков целенаправленно модифицируется для конкретных применений. Э- средний диаметр частиц в ангстремах, р-ллотность образца в г/см^, Б-удсльная поверхность в м'/г [8]. В основном, стандартные характеристики соответствуют тем требованиям, которые предъявляются к химическим веществам. Удельная поверхность определяет дисперсность материала и обязательно указывается для ультрадисперсных материалов. В этом рассмотрении ограничимся способами получения малых частиц тугоплавких материалов. Достаточно условно, известные в настоящее время эти способы можно разделить на две основные группы: химические и физические (электротермические и механические) [3,6]. Основные химические методы: пламенный (пиролитический или газофазный) и золь-гель метод (осаждение из растворов). Эти методы не отличаются высокой производительностью и получением всего спектра материалов, но иногда дают возможность получать порошки более стабильные по химическому составу и со сравнительно узким распределением по размерам.