RU191334U1 - Устройство для получения порошка на основе карбида вольфрама - Google Patents

Устройство для получения порошка на основе карбида вольфрама Download PDF

Info

Publication number
RU191334U1
RU191334U1 RU2019111856U RU2019111856U RU191334U1 RU 191334 U1 RU191334 U1 RU 191334U1 RU 2019111856 U RU2019111856 U RU 2019111856U RU 2019111856 U RU2019111856 U RU 2019111856U RU 191334 U1 RU191334 U1 RU 191334U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tungsten carbide
anode
cathode
tungsten
powder
Prior art date
Application number
RU2019111856U
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Яковлевич Пак
Юлия Захаровна Васильева
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2019111856U priority Critical patent/RU191334U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU191334U1 publication Critical patent/RU191334U1/ru

Links

Images

Classifications

    • B22F1/0007
    • B22F1/0081
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/14Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes using electric discharge
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90Carbides
    • C01B32/914Carbides of single elements
    • C01B32/949Tungsten or molybdenum carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G41/00Compounds of tungsten

Abstract

Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности к получению соединений вольфрама с углеродом, а именно порошка карбида вольфрама. Устройство для получения порошка на основе карбида вольфрама содержит коаксиальные цилиндрические графитовые электроды, закреплённые на диэлектрических держателях. Для линейного перемещения анода в катоде используется привод автоматизированного перемещения анода, включающий в себя металлический кронштейн, с вертикально установленной в нем шпилькой, выполненной с возможностью вращения вокруг своей продольной оси и механически сопряженной с шаговым электродвигателем, и втулки, выполненной с возможностью винтового перемещения по шпильке. Технический результат - расширение арсенала технических средств для получения порошка на основе карбида вольфрама. 3 ил., 1 прим.

Description

Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности к получению соединений вольфрама с углеродом, а именно порошка карбида вольфрама.
Известно устройство синтеза наночастиц карбида вольфрама с использованием плазмы электрического разряда [1], состоящее из вакуумной камеры, с графитовым и композитным электродами. Неподвижный расходуемый электрод представляет собой графитовый стержень с просверленной полостью по центру и наполнен кислородсодержащим соединением вольфрама, выбранным из группы, содержащей WO3, W(СО)6. Подвижный электрод представляет собой графитовую таблетку. Поддержание условий горения дуги осуществляют путем варьирования межэлектродного расстояния, перемещением электрода с помощью сильфонного узла передачи поступательного движения. При нагреве до температур, реализуемых в дуге, осуществляют распыление композитного электрода. Распыление в электрической дуге композитного электрода приводит к образованию атомарных компонент вольфрама, углерода и кислорода. Диффузия этих компонент в инертном газе приводит к протеканию целого спектра возможных реакций, в том числе формированию карбидов вольфрама: WC и W2C. В дальнейшем синтезированные продукты, представляющие собой наноструктурированный материал, осаждают на охлаждаемый экран. Управление морфологией синтезируемых наночастиц карбидов вольфрама осуществляют путем варьирования определяющими параметрами синтеза: составом электродов, составом и давлением инертного газа, электрическими характеристиками разряда.
Недостатком устройства является необходимость создания вакуума внутри герметичной камеры. Масса синтезируемого порошкового продукта ограничивается величиной скорости расхода анода, полость которого заполнена исходными реагентами, содержащими кислородсодержащие соединения вольфрама. Для стабильного инициирования и горения дугового разряда требуется высокоточное перемещение подвижного электрода, что не обеспечивается сильфонным узлом и является причиной низкой повторяемости экспериментов, следовательно, непостоянства фазового и гранулометрического состава продукта.
Общими существенными признаками с заявляемым техническим решением является наличие установленных в корпусе коаксиальных (соосных) подвижного и неподвижного графитовых электродов.
Известно устройство получения нанодисперсного карбида вольфрама, принятое за прототип [2], представляющее собой герметичную водоохлаждаемую камеру объемом 150 л, которая позволяет варьировать следующие параметры процесса: величину тока и напряжения, скорость подачи катода приводом манипулятора, зазор между электродами, давление и состав среды. В качестве катода был использован графитовый стержень диаметром 40 мм и длиной 18 мм. Анод (испаряемый электрод) представлял собой графитовый стержень длиной 180 мм и размерами сечения 13×13 мм, в котором по центру высверливался канал диаметром 6 мм и глубиной 160 мм и наполнялся порошковой смесью основного материала и сажи. Величина зазора между катодом и анодом в процессе сгорания графитового электрода изменялась приводом манипулятора в диапазоне 1…3 мм. Среднее расстояние от электрической дуги до стенок водоохлаждаемой камеры составляло 250 мм.
Достоинством устройства является наличие привода манипулятора, обеспечивающего зазор между электродами.
Недостатком устройства является необходимость создания вакуума внутри герметичной камеры. Масса синтезируемого порошкового продукта ограничивается величиной скорости расхода анода, полость которого заполнена исходными реагентами, содержащими углерод и вольфрам. Невозможно обеспечить точный зазор между электродами, что является причиной флуктуаций химического и гранулометрического состава порошка карбида вольфрама, получаемого в результате серии экспериментов.
Общими существенными признаками с заявляемым техническим решением является наличие установленных в корпусе коаксиальных графитовых электродов, закрепленных на диэлектрических держателях, привод, обеспечивающий автоматизированное перемещение электрода.
Основной задачей заявляемой полезной модели является создание устройства для получения порошка на основе карбида вольфрама.
Технический результат заявляемого решения заключается в расширении арсенала технических средств для получения порошка на основе карбида вольфрама.
Технический результат достигается тем, что устройство для получения порошка на основе карбида вольфрама, содержит коаксиальные графитовые электроды, закрепленные на диэлектрических держателях, привод, обеспечивающий автоматизированное перемещение электрода, при этом катод выполнен в виде вертикально расположенного стакана, к внешней стороне которого на диэлектрическом держателе прикреплен привод автоматизированного перемещения анода, состоящий из шагового электродвигателя, а также из металлического кронштейна, с вертикально установленной в нем шпилькой, выполненной с возможностью вращения вокруг своей продольной оси и механически сопряженной с электродвигателем, при этом на шпильке размещена выполненная с возможностью винтового перемещения по шпильке втулка, к которой прикреплен диэлектрический держатель анода над геометрическим центром дна катода.
Предлагаемое устройство позволяет реализовать синтез порошка на основе карбида вольфрама в плазме дугового разряда постоянного тока, инициированного в открытой воздушной среде в полости графитового катода. При возникновении дугового разряда постоянного тока температура поднимается до нескольких тысяч градусов, в результате чего, возникают условия для синтеза карбида вольфрама согласно диаграмме состояний «вольфрам - углерод» [3]. В полости катода при горении дугового разряда генерируется газообразный оксид углерода СО, который предотвращает окисление получаемого порошка кислородом атмосферного воздуха. При этом стабильное инициирование и горение дугового разряда в воздушной среде обеспечивается приводом автоматизированного перемещения анода.
Повторяемость условий синтеза обеспечивается устанавливаемым с высокой точностью зазором между электродами путем применения высокоточной регулировки скорости вращения шагового электродвигателя программируемым логическим контроллером через драйвер управления.
По сравнению с прототипом для работы устройства не требуются операции по формированию защитной газовой разряженной атмосферы, так как анод и катод расположены на открытом воздухе. Защитная атмосфера СО генерируется самопроизвольно непосредственно в процессе горения дугового разряда в полости графитового катода. Перемещение анода для установления заданной величины разрядного промежутка и инициирования дугового разряда осуществляется приводом автоматизированного перемещения анода.
На фиг. 1 приведена схема устройства для получения порошка на основе карбида вольфрама.
На фиг. 2 представлена рентгеновская дифрактограмма, полученного порошка на основе карбида вольфрама.
На фиг. 3 представлены осциллограммы напряжения в силовой цепи устройства, полученные для трех различных процессов синтеза порошка на основе карбида вольфрама.
Устройство содержит графитовый цилиндрический катод 1 в виде вертикально расположенного стакана и графитовый цилиндрический анод 2. К стенке катода 1 прикреплен диэлектрический держатель 3. Диэлектрический держатель 3 на катоде 1 крепится при помощи одного из соединений: прижимного, клеевого либо болтового. На диэлектрическом держателе 3 установлен металлический кронштейн 4, в котором с возможностью вращения вокруг продольной оси вертикально установлена шпилька с резьбой 5, которая сопряжена одним концом механически с шаговым электродвигателем 6, установленным на металлическом кронштейне 4; на шпильке с резьбой 5 установлена втулка 7 с внутренней резьбой, к которой прикреплен диэлектрический держатель 8, удерживающий анод 2 над геометрическим центром катода 1.Шаговый электродвигатель 6, скорость и направление вращения которого управляются устройством контроля (на фигурах не показано), состоящего из драйвера, программируемого логического контроллера, а также источника постоянного напряжения. Свободный конец анода 2 расположен соосно катоду 1инад геометрическим центром дна катода, при их совместном соприкосновении загорается дуговой разряд 9. В полости катода расположена порошковая смесь из углерода и вольфрама 10.
Устройство работает следующим образом.
При включении источника постоянного тока (на фигурах не показано) между порошковой смесью углерода и вольфрама 10 на дне графитового катода 1, и графитовым анодом 2 возникает разность потенциалов. Вращением шпильки 5 приводят в движение втулку 7 и перемещают анод 2 внутри полости катода 1 до соприкосновения с порошковой смесью углерода и вольфрама 10. Дуговой разряд 9 поджигают кратковременным соприкосновением анода 2 с порошковой смесью углерода и вольфрама 10, причем после начала протекания тока, анод 2 отводят вертикально вверх за счет подачи устройством контроля соответствующего сигнала с программируемого логического контроллера на драйвер шагового электродвигателя 6. Шаговый электродвигатель 6 вращает закрепленную в металлическом кронштейне 4 шпильку с резьбой 5, перемещающую втулку с внутренней резьбой 7, которая сопряжена с анодом 2 диэлектрическим держателем 8, образуя разрядный промежуток заданного размера. После стабильного горения дугового разряда в течение нескольких секунд, программируемый логический контроллер дает сигнал драйверу для вертикального перемещения анода 2 вверх, в результате чего величина разрядного промежутка увеличивается до нескольких сантиметров, в результате чего дуговой разряд 9 самопроизвольно угасает. После остывания анода 2 и катода 1 собирают осевший на поверхности полости катода 1 полученный порошок.
Пример практической реализации. Была подготовлена порошковая смесь углерода и вольфрама, состоящая из вольфрама (кубической структуры) с чистотой 99% и углерода (графитовой структуры) с чистотой 99% при атомарном соотношении 1:2. Данную порошковую смесь поместили на дно полости катода, после чего инициировали дуговой разряд путем соприкосновения анода с катодом и автоматизированного отведения анода от дна катода на расстояние 2-3 мм для формирования разрядного промежутка. Рабочие параметры, а именно напряжение дугового разряда в силовой цепи устройства регистрировали посредством омического делителя напряжения и датчика Холла цифровым осциллографом. По получаемым осциллограммам определяли время горения дугового разряда, изменение напряжения дугового разряда во времени (фиг. 3). При определении длительности горения дугового разряда по данным с осциллографа погрешность была не более 0,2 с. Дуговой разряд горел в течение 11 секунд при токе 160 А, после отвода анода, самопроизвольного угасания дугового разряда и остывания анода и катода порошок извлекался из полости катода. В результате рентгенофазового анализа полученного порошка идентифицировали девять дифракционных максимумов, соответствующих гексагональной модификации карбида вольфрама WC и семь дифракционных максимумов, соответствующих тригонально-ромбоэдрической структуре карбида вольфрама W2C (фиг. 2).
Как видно из сравнения осциллограмм напряжения в силовой цепи устройства (фиг. 3), полученных для трех различных процессов синтеза порошка на основе карбида вольфрама, привод автоматизированного перемещения анода обеспечил стабильность процесса инициирования и горения дугового разряда. На фиг. 3 наблюдаются полностью воспроизводимые зона инициирования дугового разряда, составляющая примерно 0,6 с, зона стабильного горения дугового разряда 11 с, зона окончания горения дугового разряда.
Повторяемость рабочих параметров работы устройства обеспечивает постоянство фазового и гранулометрического состава продукта. Технический результат - расширение арсенала технических средств для получения порошка на основе карбида вольфрама.
Список источников
1. Патент RU №2433888, опубл. 20.11.2011, МПК B22F 1/00 (2006.01).
2. Статья «Технология получения нанопорошка карбида вольфрама», Батаев В.А. и др. - Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты) - 2011. - №2. - С. 60-62.
3. https://markmet.ru/diagrammy-splavov/diagramma-sostoyaniya-sistemy-uglerod-volfram-c-w (дата обращения 26.04.2019).

Claims (1)

  1. Устройство для получения порошка на основе карбида вольфрама, содержащее коаксиальные графитовые электроды, закреплённые на диэлектрических держателях, привод, обеспечивающий автоматизированное перемещение электрода, отличающееся тем, что катод выполнен в виде вертикально расположенного стакана, к внешней стороне которого на диэлектрическом держателе прикреплен привод автоматизированного перемещения анода, состоящий из шагового электродвигателя, а также из металлического кронштейна, с вертикально установленной в нем шпилькой, выполненной с возможностью вращения вокруг своей продольной оси и механически сопряженной с электродвигателем, при этом на шпильке размещена выполненная с возможностью винтового перемещения по шпильке втулка, к которой прикреплен диэлектрический держатель анода над геометрическим центром дна катода.
RU2019111856U 2019-04-19 2019-04-19 Устройство для получения порошка на основе карбида вольфрама RU191334U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111856U RU191334U1 (ru) 2019-04-19 2019-04-19 Устройство для получения порошка на основе карбида вольфрама

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111856U RU191334U1 (ru) 2019-04-19 2019-04-19 Устройство для получения порошка на основе карбида вольфрама

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU191334U1 true RU191334U1 (ru) 2019-08-01

Family

ID=67586145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111856U RU191334U1 (ru) 2019-04-19 2019-04-19 Устройство для получения порошка на основе карбида вольфрама

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU191334U1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731094C1 (ru) * 2020-03-20 2020-08-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Способ получения порошка, содержащего карбид кремния и нитрид алюминия, из золы природного угля
RU2746673C1 (ru) * 2020-10-09 2021-04-19 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА, СОДЕРЖАЩЕГО ОДНОФАЗНЫЙ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫЙ КАРБИД СОСТАВА Ti-Nb-Zr-Hf-Ta-C С КУБИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ
RU2812290C1 (ru) * 2023-06-22 2024-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Устройство для получения порошка карбида вольфрама

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2301133C1 (ru) * 2005-11-02 2007-06-20 Сергей Викторович Агеев Способ получения порошка карбида вольфрама, устройство для реализации способа и порошок карбида вольфрама, полученный этим способом
RU101395U1 (ru) * 2010-05-18 2011-01-20 Александр Юрьевич Вахрушин Устройство для получения порошка тугоплавкого материала

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2301133C1 (ru) * 2005-11-02 2007-06-20 Сергей Викторович Агеев Способ получения порошка карбида вольфрама, устройство для реализации способа и порошок карбида вольфрама, полученный этим способом
RU101395U1 (ru) * 2010-05-18 2011-01-20 Александр Юрьевич Вахрушин Устройство для получения порошка тугоплавкого материала

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Подгорный В.И. и др., Получение образцов карбидов в плазме дугового разряда, "Журнал технической физики", 2013, том 83, вып. 7, стр.77-81. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731094C1 (ru) * 2020-03-20 2020-08-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Способ получения порошка, содержащего карбид кремния и нитрид алюминия, из золы природного угля
RU2746673C1 (ru) * 2020-10-09 2021-04-19 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА, СОДЕРЖАЩЕГО ОДНОФАЗНЫЙ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫЙ КАРБИД СОСТАВА Ti-Nb-Zr-Hf-Ta-C С КУБИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ
RU2812290C1 (ru) * 2023-06-22 2024-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Устройство для получения порошка карбида вольфрама

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU191334U1 (ru) Устройство для получения порошка на основе карбида вольфрама
EP0665187B1 (en) Method and device for the production of carbon nanotubes
Ganteför et al. Pure metal and metal-doped rare-gas clusters grown in a pulsed ARC cluster ion source
US6797336B2 (en) Multi-component substances and processes for preparation thereof
JP6337354B2 (ja) 微粒子製造装置及び微粒子製造方法
US4713259A (en) Method for the glow-discharge-activated reactive deposition of electrically conductive material from a gaseous phase
US6245280B1 (en) Method and apparatus for forming polycrystalline particles
RU2455119C2 (ru) Способ получения наночастиц
Safronov et al. Investigation of the AC plasma torch working conditions for the plasma chemical applications
RU2686897C1 (ru) Устройство для получения порошка на основе карбида титана
RU2716694C1 (ru) Устройство для получения порошка, содержащего карбид молибдена
KR20200056073A (ko) 직류 플라즈마 아크를 이용한 나노 분말의 제조 장치 및 제조 방법
Olsen et al. Techniques for evaporation of metals
EP0282604A1 (en) Apparatus for producing powder and process for its production
Delaportas et al. γ-Al2O3 nanoparticle production by arc-discharge in water: in situ discharge characterization and nanoparticle investigation
JP2021501834A (ja) 同時に回転可能かつ移動可能な電極ロッドを備えた溶解炉
US2782245A (en) Electric furnace for melting of high melting point metals or alloys
RU2700596C1 (ru) Устройство для получения порошка на основе карбида бора
RU2687423C1 (ru) Способ получения порошка на основе карбида титана
RU2795956C1 (ru) Устройство для получения порошка карбида тантала
Kashapov et al. Gas discharge combustion with a liquid tetrachloride electrode
JPS5917045B2 (ja) 炭化珪素の超微粉末製造装置
JPH0214402B2 (ru)
EP1996743B1 (en) Use of magnesium-copper compositions for the evaporation of magnesium
Boguslavskii et al. Electrical explosion of conductors to produce nanosized carbides and to apply functional coatings

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200420

NF9K Utility model reinstated

Effective date: 20210610