RU2642596C2 - Method of metallic coating application to microspheres - Google Patents
Method of metallic coating application to microspheres Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642596C2 RU2642596C2 RU2015145939A RU2015145939A RU2642596C2 RU 2642596 C2 RU2642596 C2 RU 2642596C2 RU 2015145939 A RU2015145939 A RU 2015145939A RU 2015145939 A RU2015145939 A RU 2015145939A RU 2642596 C2 RU2642596 C2 RU 2642596C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microspheres
- coating
- chamber
- temperature
- organo
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/22—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
- C03C17/23—Oxides
- C03C17/25—Oxides by deposition from the liquid phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/10—Forming beads
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C12/00—Powdered glass; Bead compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/70—Properties of coatings
- C03C2217/78—Coatings specially designed to be durable, e.g. scratch-resistant
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к химической технологии нанесения на микросферы металлических, оксидных и карбидных покрытий для увеличения химической стойкости и прочности оболочки и снижения газопроницаемости и может быть использовано в производстве композиционных материалов, а также для аккумулирования и хранения гелия и водорода.The present invention relates to chemical technology for applying metal, oxide and carbide coatings to microspheres to increase chemical resistance and sheath strength and reduce gas permeability and can be used in the production of composite materials, as well as for the storage and storage of helium and hydrogen.
Известен способ обработки поверхности стеклянных микросфер кремнийорганическими соединениями, описанный в патенте РФ №2019530, МПК С03С 17/00, опубл. 15.09.1994. В качестве кремнийорганических соединений используют гидридсодержащие циклические, циклолинейные или низкомолекулярные линейные олигомеры, включая соответствующий дисилоксан, и процесс проводят при виброкипении микросфер, температура размягчения которых выше температуры кипения кремнийорганического соединения.A known method of surface treatment of glass microspheres with organosilicon compounds described in the patent of the Russian Federation No. 20159530, IPC С03С 17/00, publ. 09/15/1994. As organosilicon compounds, hydride-containing cyclic, cyclolinear or low molecular weight linear oligomers, including the corresponding disiloxane, are used, and the process is carried out with the microspheres vibro-boiling, the softening temperature of which is higher than the boiling point of the organosilicon compound.
Недостатками известного способа является то, что в результате обработки микросфер по такому способу газопроницаемость и прочность микросфер остаются на уровне исходных оболочек.The disadvantages of this method is that as a result of processing the microspheres by this method, the gas permeability and strength of the microspheres remain at the level of the original shells.
Известен способ упрочнения стеклянных полых микросфер, описанный в статье "Прочность стеклянных микросфер с ультратонкими элементоксидными покрытиями", Журнал прикладной химии, №11, 1986, стр. 2472-2475. Покрытие наносится в результате последовательного чередования операций необратимой хемосорбции прекурсоров с поверхностью микросфер.A known method of hardening glass hollow microspheres, described in the article "Strength of glass microspheres with ultrathin element oxide coatings," Journal of Applied Chemistry, No. 11, 1986, pp. 2472-2475. The coating is applied as a result of sequential alternation of irreversible chemisorption of precursors with the surface of the microspheres.
Недостатком известного способа является сохранение газопроницаемости микросфер на исходным уровне.The disadvantage of this method is to maintain the gas permeability of the microspheres at the initial level.
Известен способ упрочнения стеклянных микросфер, защищенный А.С. СССР №1203047, МПК С03С 17/245, опубл. 01.07.1986. Способ заключается в обработке стеклянных микросфер парами хлоридов или оксихлоридов металлов III-VI групп периодической системы при повышенной температуре, дополнительной обработке парами хлорзамещенного агента, которую ведут многократно и попеременно, и последующем удалении непрореагировавших продуктов.A known method of hardening glass microspheres, protected by A.S. USSR No. 1203047, IPC S03C 17/245, publ. 07/01/1986. The method consists in treating glass microspheres with vapors of metal chlorides or oxychlorides of groups III-VI of the periodic system at elevated temperatures, additionally treating the chlorine-substituted agent in pairs, which is carried out repeatedly and alternately, and then removing unreacted products.
Недостатками известного способа является то, что распад хлоридов и оксихлоридов металлов происходит при температурах ~ 400°С, при которых возможно протекание реакции между парами хлоридов и оболочкой микросфер с разрушением последней. При наличии микродефектов на поверхности микросфер скорость разрушения микросфер может только увеличиваться за счет протекания реакций на границе микродефектов. Кроме того, при обработке парами хлоридов и оксихлоридов металлов образуются высокотоксичные и агрессивные продукты распада, а также высокотоксичные продукты реакции между оксидной оболочкой микросфер и парами хлоридов металлов, например, в виде паров фосгена (COCl2), которые могут привести к коррозии оборудования и загрязнению окружающей среды.The disadvantages of this method is that the decomposition of metal chlorides and oxychlorides occurs at temperatures of ~ 400 ° C, at which a reaction between the pairs of chlorides and the shell of the microspheres with the destruction of the latter is possible. In the presence of microdefects on the surface of microspheres, the rate of destruction of microspheres can only increase due to reactions at the boundary of microdefects. In addition, the treatment with vapors of metal chlorides and oxychlorides produces highly toxic and aggressive decomposition products, as well as highly toxic reaction products between the oxide shell of microspheres and metal chloride vapors, for example, in the form of phosgene vapors (COCl 2 ), which can lead to equipment corrosion and pollution the environment.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является способ металлизации порошков, в т.ч. и микросфер, из газовой фазы (патент RU 2307004, МПК B22F 1/00, опубл. 27.09.2007). Способ включает засыпку покрываемого порошка в одну из камер реактора, разогрев порошка до температуры разложения легколетучего металлоорганического соединения (МОС) металла, поворот реактора на 180° вокруг оси вращения, пересыпание порошка из одной камеры реактора в другую через реакционную зону, в которой в направлении, перпендикулярном движению микросфер, подается МОС. Процесс пересыпания порошка из одной камеры в другую осуществляют с принудительным рассеиванием порошка в реакционной зоне. Поток МОС движется непрерывно, порошок пересыпается периодически.Closest to the claimed method according to the technical nature and the achieved result, selected as a prototype, is a method of metallization of powders, including and microspheres, from the gas phase (patent RU 2307004,
Недостатком известного способа является то, что металлизация порошка, которая происходит при его взаимодействии с МОС, определяется условиями пролета партии порошка через реакционную зону. При этом время контакта и условия взаимодействия отдельных частиц порошка с соединениями металла значительно различаются между собой. За один цикл металлизации на частицах порошка формируются слои различной толщины как по диаметру отдельной частицы, так и у различных частиц в партии.The disadvantage of this method is that the metallization of the powder, which occurs during its interaction with the MOS, is determined by the conditions of passage of the batch of powder through the reaction zone. In this case, the contact time and the interaction conditions of individual powder particles with metal compounds differ significantly. For one metallization cycle, layers of various thicknesses are formed on the powder particles both in the diameter of an individual particle and in different particles in a batch.
Задачей изобретения является обеспечение однородности металлосодержащего покрытия как по поверхности единичных микросфер, так и по всей партии микросфер за один цикл нанесения покрытия, при этом обеспечивается высокая воспроизводимость процесса нанесения покрытия от цикла к циклу.The objective of the invention is to ensure uniformity of the metal-containing coating both on the surface of single microspheres and throughout the batch of microspheres in one coating cycle, while ensuring high reproducibility of the coating process from cycle to cycle.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении прочностных свойств и снижении газопроницаемости микросфер.The technical result from the use of the invention is to increase the strength properties and reduce the gas permeability of the microspheres.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется способ нанесения металлосодержащих покрытий на микросферы пиролитическим разложением металлоорганических соединений, заключающийся во взаимодействии паров металлоорганического соединения с поверхностью микросфер, нагретых до температуры ниже температуры размягчения стенки микросфер, и перемешивании микросфер, в котором согласно изобретению перемешивание микросфер осуществляют в присутствии паров металлорганического соединения, а количество металлоорганического соединения по отношению к количеству микросфер определяют в зависимости от необходимой толщины покрытия
Перед нагревом микросфер в камере с микросферами создают давление не более 10-1 Па.Before heating the microspheres in a chamber with microspheres create a pressure of not more than 10 -1 PA.
Подача металлоорганического соединения в камеру может осуществляться порционно, между подачей порций металлоорганического соединения производят удаление продуктов разложения.The feed of the organometallic compound into the chamber can be carried out portionwise; between the feed portions of the organometal compound, the decomposition products are removed.
Для получения карбидного покрытия на микросферах их нагревают до температуры 280-300°С.To obtain a carbide coating on microspheres, they are heated to a temperature of 280-300 ° C.
Для металлизации микросфер их нагревают до температуры 450-500°С.To metallize the microspheres, they are heated to a temperature of 450-500 ° C.
Указанный результат достигается тем, что в камеру загружают микросферы в количестве, которое позволяет свободно их перемешивать при вращении камеры. После чего добавляют определенный объем МОС, рассчитанный в зависимости от необходимой толщины получаемого покрытия по зависимости
Предлагаемый способ позволяет получать на поверхности микросфер металлические, оксидные, карбидные или комбинированные покрытия в зависимости от исходного металлорганического соединения и условий осаждения.The proposed method allows to obtain metal, oxide, carbide or combined coatings on the surface of microspheres, depending on the starting organometallic compound and deposition conditions.
В качестве металлорганического соединения используют летучие соединения с температурой распада ниже температуры размягчения микросфер, такие как карбонилы и ареновые комплексы переходных металлов, β-дикетонаты и алкоголяты металлов.Volatile compounds with a decomposition temperature lower than the softening temperature of microspheres, such as carbonyls and arene complexes of transition metals, β-diketonates and metal alcoholates, are used as organometallic compounds.
Воздействие всех представленных классов металлоорганических соединений на поверхность микросфер примерно одинаковое и протекает по методу химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений (метод MOCVD). Все они при термическом разложении на поверхности микросфер образуют защитные упрочняющие покрытия. При разложении карбонилов металлов, в зависимости от условий проведения процесса, можно получить покрытия из металлов и оксикарбидов металлов. При разложении ареновых комплексов металлов состав покрытия можно изменять от металлического до карбида соответствующего металла. При разложении β-дикетонатов и алкоголятов металлов покрытие будет представлять собой окисел соответствующего металла.The effect of all the classes of organometallic compounds presented on the surface of the microspheres is approximately the same and proceeds by the method of chemical vapor deposition of organometallic compounds (MOCVD method). All of them, upon thermal decomposition on the surface of microspheres, form protective hardening coatings. During the decomposition of metal carbonyls, depending on the process conditions, it is possible to obtain coatings from metals and metal oxycarbides. During the decomposition of arena metal complexes, the coating composition can be changed from metallic to carbide of the corresponding metal. In the decomposition of β-diketonates and metal alcoholates, the coating will be an oxide of the corresponding metal.
Причем, следует особо отметить, что при использовании всех приведенных классов металлоорганических соединений для целей упрочнения оболочки микросфер происходит заращивание микродефектов на поверхности микросфер.Moreover, it should be especially noted that when using all the classes of organometallic compounds given above for the purpose of hardening the shell of microspheres, microdefects are grown on the surface of the microspheres.
На фиг. 1 представлена установка для осуществления заявляемого способа, содержащая микросферы 1, камеру 2, электропечь 3 для поддержания оптимальной температуры внутри камеры 2, электродвигатель 4 для вращения камеры 2 с микросферами 1, систему перепускных клапанов 5, 6, 7 для удаления продуктов разложения МОС и подачи новой порции МОС. Клапан 6 соединен с дозатором МОС, клапан 7 - с вакуумным насосом.In FIG. 1 shows an installation for implementing the inventive method, comprising
На фиг. 2 приведены фотографии образцов зольных микросфер исходных (2а) и с нанесенным по предлагаемому способу карбидохромовым покрытием (2б).In FIG. 2 shows photographs of samples of ash microspheres of the original (2A) and coated with the carbidechrome coating according to the proposed method (2b).
На фиг. 3 приведены фотографии поверхности образцов зольных микросфер с комбинированным покрытием Cr3C2, Cr7C3, Cr.In FIG. Figure 3 shows photographs of the surface of samples of fly ash microspheres with a combined coating of Cr 3 C 2 , Cr 7 C 3 , Cr.
На фиг. 4 представлены зависимости водородопроницаемости зольных микросфер: 1Н - исходные микросферы;In FIG. 4 shows the hydrogen permeability dependences of ash microspheres: 1H - initial microspheres;
2Н - микросферы, покрытые алюминием методом магнетронного напыления;2H - microspheres coated with aluminum by magnetron sputtering;
3Н - микросферы с нанесенными на них карбидохромовыми покрытиями по предлагаемой нами технологии.3H - microspheres coated with carbide-chromium coatings according to our technology.
На фиг 5 представлены зависимости водородопроницаемости микросфер марки МС-А9 гр. Б2, исходных и покрытых Fe, наполненных Н2. 1 - покрытые Fe, 2 - исходные.In Fig.5 presents the dependence of the hydrogen permeability of the microspheres of the brand MS-A9 gr. B2, starting and coated with Fe, filled with H 2 . 1 - coated Fe, 2 - initial.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
В камеру 2 загружают микросферы 1. После чего добавляют МОС (в жидком или твердом виде, или в виде паров). В жидком или твердом виде - загружают непосредственно в камеру, в виде паров - подают через систему клапанов 5, 6, 7. Массу МОС mМОС рассчитывают в зависимости от необходимой толщины hП получаемого покрытия по зависимости
На поверхности нагретых микросфер, находящихся в камере, из паров металлорганического соединения образуется, в зависимости от заданной температуры, металлическое, карбидное, оксидное или смешанное защитное покрытие. Процесс проводят при давлении не более 10-1 Па. Температура нагрева микросфер должна превышать примерно на ~100°С температуру разложения металлоорганического соединения, но не превышать температуру размягчения микросфер. В качестве металлоорганических соединений могут быть взяты карбонилы и ареновые комплексы переходных металлов, β-дикетонаты и алкоголяты металлов.Depending on the set temperature, a metal, carbide, oxide or mixed protective coating is formed on the surface of heated microspheres in the chamber from organometallic vapors. The process is carried out at a pressure of not more than 10 -1 Pa. The heating temperature of the microspheres should exceed by about ~ 100 ° C the decomposition temperature of the organometallic compound, but not exceed the softening temperature of the microspheres. As organometallic compounds, carbonyls and arene complexes of transition metals, β-diketonates and metal alcoholates can be taken.
Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение.The following examples illustrate the invention.
Пример №1. Осаждение карбидохромовых покрытий на внешней поверхности микросфер пиролизом смеси бис-ареновых комплексов хрома т.н. хроморганической жидкости (ХОЖ) «Бархос» (ТУ 6-01-1149-78) проводили в установке, схема которой представлена на фиг. 1. В камеру объемом ~150 см3 загружали ~50 см3 зольных микросфер Черепетской ГРЭС с размером 112≤d<125 мкм, добавляли определенный объем ХОЖ «Бархос» 3 см3, создавали в ней давление 6×10-2 Па и герметично закрывали камеру. Затем электродвигателем 4 придавали вращательное движение и начинали постепенно повышать температуру в электропечи 3 и, соответственно, в камере 2. В течение 2 часов температуру в камере 2 повышали до оптимальной температуры, необходимой для качественного осаждения карбидохромового покрытия. При этом хроморганическая жидкость переходила в газовую фазу и равномерно распределялась по всему объему ампулы. При достижении температуры 380°С происходил распад паров хроморганической жидкости на внешней поверхности микросфер с образованием упрочняющего карбидохромового покрытия. Процесс осаждения при оптимальной температуре (380°С) проводили в течение 3-4 часов. Затем камеру 2 охлаждали до комнатной температуры, вскрывали и выгружали образцы микросфер с нанесенным на них карбидохромовым покрытием. Были опробованы различные режимы осаждения карбидохромовых покрытий. В результате были оптимизированы условия осаждения карбидохромовых покрытий на поверхность зольных микросфер.Example No. 1. Precipitation of carbidechrome coatings on the outer surface of microspheres by pyrolysis of a mixture of so-called chromium bis-arene complexes Organochromium Chromium Fluid (CLC) “Barchos” (TU 6-01-1149-78) was carried out in a plant, the scheme of which is shown in FIG. 1. ~ 50 cm 3 of ash microspheres of the Cherepetskaya state district power station with a size of 112≤d <125 μm were loaded into a chamber with a volume of ~ 150 cm 3 , a certain volume of Barchos coke was added, 3 cm 3 , a pressure of 6 × 10 -2 Pa was created in it and hermetically closed the camera. Then, a rotational motion was imparted by the
Оптимальные условия осаждения карбидохромовых покрытий на зольные микросферы из ХОЖ «Бархос», полученные для данной установки, - следующие:The optimal conditions for the deposition of carbide-chromium coatings on the ash microspheres from the Barkhos HLC obtained for this installation are as follows:
- первоначальная температура прогрева микросфер 80°С (температура перехода хроморганической жидкости в пар);- the initial temperature of heating of the microspheres is 80 ° C (the temperature of the transition of the organochromic liquid to steam);
- объем зольных микросфер, помещаемых в камеру - 50 см3;- the volume of ash microspheres placed in the chamber is 50 cm 3 ;
- объем ХОЖ «Бархос» 3 см3;- the volume of the fluid “Barhos” 3 cm 3 ;
- скорость вращения камеры 10 об/мин;- camera rotation speed of 10 rpm;
- время предварительного прогрева микросфер 1-1,5 часа;- the pre-heating time of the microspheres is 1-1.5 hours;
- время осаждения карбидохромового покрытия 4 часа;- the deposition time of the
- давление - 6×10-2 Па.- pressure - 6 × 10 -2 Pa.
Примеры 2-5 (таблица 1) проведены аналогично примеру №1. При этом объем ХОЖ «Бархос» составил:Examples 2-5 (table 1) carried out analogously to example No. 1. At the same time, the volume of the Barkhos CJSC amounted to:
- пример 2 объем ХОЖ «Бархос» - 2,5 см3, давление - 5×10-2 Па, время осаждения карбидохромового покрытия 3,5 часа, - скорость вращения камеры 15 об/мин;- Example 2 Hozh volume "Barhos" - 2.5 cm 3, the pressure - 5 × 10 -2 Pa, the deposition coating karbidohromovogo 3.5 hours, - the rotation speed of the camera 15 rev / min;
- пример 3 объем ХОЖ «Бархос» - 2 см3, давление - 6×10-2 Па, время осаждения карбидохромового покрытия 3 часа, - скорость вращения камеры 15 об/мин;- example 3, the volume of the Coke “Barhos” is 2 cm 3 , the pressure is 6 × 10 -2 Pa, the deposition time of the carbide-chromium coating is 3 hours, and the chamber rotation speed is 15 rpm;
- пример 4 объем ХОЖ «Бархос» - 1,5 см3, давление - 5,5×10-2 Па, время осаждения карбидохромового покрытия 2 часа, - скорость вращения камеры 20 об/мин;- Example 4 volume Hozh "Barhos" - 1.5 cm 3, the pressure - 5,5 × 10 -2 Pa, the
- пример 5 объем ХОЖ «Бархос» - 1,0 см3, давление - 6×10-2 Па, время осаждения карбидохромового покрытия 1,5 часа, - скорость вращения камеры 15 об/мин.- example 5, the volume of the CFC “Barchos” is 1.0 cm 3 , the pressure is 6 × 10 -2 Pa, the deposition time of the carbide-chromium coating is 1.5 hours, and the chamber rotation speed is 15 rpm.
Поверхность образцов зольных микросфер покрыта карбидохромовыми покрытиями равномерно, микродефекты не наблюдаются (фиг. 3). Исследование микросфер проводилось методом оптической микроскопии (Leica MZ6 фиг. 2) и на электронно-зондовом рентгеновском микроанализаторе JSMA-733 (фиг. 3).The surface of the samples of ash microspheres is coated uniformly with carbidochrome coatings, microdefects are not observed (Fig. 3). The study of microspheres was carried out by optical microscopy (Leica MZ6 Fig. 2) and electron probe x-ray microanalyzer JSMA-733 (Fig. 3).
На фиг. 2 приведены фотографии образцов зольных микросфер исходных (2а) и с нанесенным по предлагаемому способу карбидохромовым покрытием (2б). Из приведенных фотографий видно, что карбидохромовое покрытие на поверхности образцов однородное, полностью покрывает все микросферы.In FIG. 2 shows photographs of samples of ash microspheres of the original (2A) and coated with the carbidechrome coating according to the proposed method (2b). It can be seen from the photographs that the carbidochrome coating on the surface of the samples is uniform, completely covers all microspheres.
Были проведены исследования прочностных характеристик полученных образцов и сравнение их с исходными образцами микросфер. После нанесения на внешнюю поверхность зольных микросфер карбидохромового покрытия толщиной 130 нм гидростатическая прочность возрастает как минимум в полтора раза по сравнению с исходными образцами (таблица 1).Studies of the strength characteristics of the obtained samples were carried out and their comparison with the initial samples of microspheres. After applying a carbide-chromium coating with a thickness of 130 nm to the outer surface of the ash microspheres, the hydrostatic strength increases at least one and a half times in comparison with the initial samples (table 1).
В таблице 2 представлен фазовый состав покрытия в зависимости от исходного МОС и температуры осаждения, толщина покрытия и гидростатическая плотность.Table 2 presents the phase composition of the coating depending on the initial MOC and the deposition temperature, coating thickness and hydrostatic density.
Далее были проведены исследования водородопроницаемости зольных микросфер с карбидохромовым покрытием. Для сравнения испытания были проведены на трех партиях зольных микросфер Черепетской ГРЭС, имеющих размер 20≤d<350 мкм. Результаты таких испытаний представлены на фиг. 4:Next, studies were conducted of the hydrogen permeability of ash microspheres with carbide-chromium coating. For comparison, tests were carried out on three batches of ash microspheres of the Cherepetskaya state district power station, having a size of 20≤d <350 microns. The results of such tests are presented in FIG. four:
1Н - исходные микросферы,1H - source microspheres,
2Н - микросферы, покрытые А1 методом магнетронного напыления,2H - microspheres coated with A1 by magnetron sputtering,
3Н - микросферы с нанесенными на них карбидохромовыми покрытиями по предлагаемой нами технологии.3H - microspheres coated with carbide-chromium coatings according to our technology.
Полученные результаты по измерению газовыделения из трех партий зольных микросфер позволяют говорить о возможности регулирования проницаемости по водороду стенки микросфер в достаточно широких пределах. Но у микросфер с карбидохромовым покрытием толщиной порядка 130 нм скорость газовыделения примерно в 3-4 раза ниже по сравнению с исходными микросферами и в два раза ниже по сравнению с образцами микросфер, покрытыми алюминием методом магнетронного распыления.The results obtained on the measurement of gas evolution from three batches of ash microspheres allow us to speak about the possibility of controlling the permeability of the walls of microspheres to hydrogen over a fairly wide range. But for microspheres with a carbide-chromium coating of a thickness of the order of 130 nm, the gas evolution rate is about 3-4 times lower compared to the original microspheres and two times lower compared to samples of microspheres coated with aluminum by magnetron sputtering.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет улучшить прочностные свойства микросфер и снизить газовыделение по сравнению с исходными микросферами, что является важным условием при разработке высокопрочных микросфер, способных на более длительное время капсулировать в себе водород.Thus, the proposed method allows to improve the strength properties of the microspheres and to reduce gas emission compared to the original microspheres, which is an important condition for the development of high-strength microspheres capable of encapsulating hydrogen for a longer time.
Пример №6Example No. 6
Осаждение покрытий пиролитического железа на внешней поверхности стеклянных микросфер марки МС-А9 гр. Б2 пиролизом пентакарбонила железа проводили в установке, схема которой представлена на фиг. 1. В камеру объемом ~150 см3 загружали ~50 см3 стеклянных микросфер размером ~ 100 мкм, добавляли навеску пентакарбонила железа и герметично закрывали и создавали давление не более 10-1 Па. Затем электродвигателем 4 придавали вращательное движение и начинали постепенно повышать температуру в электропечи 3 и соответственно в камере 2. В течение 30 мин температуру в камере 2 повышали до оптимальной температуры, необходимой для качественного осаждения пиролитического железа. При этом пентакарбонил железа переходил в газовую фазу и равномерно распределялся по всему объему ампулы. При достижении температуры 160°С происходил распад паров пентакарбонил железа на внешней поверхности микросфер с образованием упрочняющего карбида железа. Процесс осаждения при оптимальной температуре 160°С проводили в течение 30 мин. Затем камеру 2 охлаждали до комнатной температуры, вскрывали и выгружали образцы микросфер с нанесенным на них Fe покрытием.The deposition of pyrolytic iron coatings on the outer surface of glass microspheres of the brand MS-A9 gr. B2 by pyrolysis of iron pentacarbonyl was carried out in a plant, the scheme of which is shown in FIG. 1. ~ 50 cm 3 glass microspheres ~ 100 μm in size were loaded into a chamber with a volume of ~ 150 cm 3 , a portion of iron pentacarbonyl was added and hermetically closed, and a pressure of not more than 10 -1 Pa was created. Then, a rotational movement was imparted by the
Оптимальные условия осаждения покрытий пиролитического железа на поверхность микросфер с использованием пентакарбонила железа, полученные нами для данной установки, следующие:The optimal conditions for the deposition of pyrolytic iron coatings on the surface of microspheres using iron pentacarbonyl obtained by us for this installation are as follows:
- объем микросфер, загружаемых в реакционный объем - 15 см3;- the volume of microspheres loaded into the reaction volume is 15 cm 3 ;
- температура проведения процесса осаждения - 160°С,- the temperature of the deposition process is 160 ° C,
- скорость вращения MOCVD-реактора 60 об/мин;- the rotation speed of the MOCVD reactor is 60 rpm;
- время проведения процесса осаждения покрытая при использовании навески пентакарбонила железа 2.5 г - 30 мин;- the time of the deposition process coated with a sample of pentacarbonyl iron 2.5 g - 30 min;
- время проведения процесса осаждения покрытия при использовании навески пентакарбонила железа 1.36 г - 15 мин;- the time of the deposition process of the coating using a portion of iron pentacarbonyl 1.36 g - 15 min;
- время проведения процесса осаждения покрытия при использовании навески пентакарбонила железа 0,25 г - 5 мин;- the time of the process of deposition of the coating using a portion of pentacarbonyl iron 0.25 g - 5 min;
- давление - 7×10-2 Па.- pressure - 7 × 10 -2 Pa.
Толщина покрытия определена через истинную плотность микросфер, которая измерялась циклометрическим методом. Плотность микросфер, покрытых пиролитическим железом со временем осаждения 3, 15 и 30 мин, составила соответственно 0,35, 0,37 и 0,39 г/см3. Плотность исходных микросфер - 0,33 г/см3, толщина покрытия составила соответственно 71 нм, 45 нм и 21 нм.The coating thickness is determined through the true density of the microspheres, which was measured by the cyclometric method. The density of the microspheres coated with pyrolytic iron with a deposition time of 3, 15 and 30 minutes was respectively 0.35, 0.37 and 0.39 g / cm 3 . The density of the initial microspheres is 0.33 g / cm 3 , the coating thickness was 71 nm, 45 nm and 21 nm, respectively.
Далее были проведены исследования водородопроницаемости микросфер марки МС-А9 гр. Б2 с покрытием из пиролитического железа. Микросферы с покрытием 71 нм сравнивались с исходными микросферами. Результаты таких испытаний представлены на фиг. 5:Next, studies were conducted of the hydrogen permeability of microspheres of the brand MS-A9 gr. B2 coated with pyrolytic iron. Microspheres coated with 71 nm were compared with the original microspheres. The results of such tests are presented in FIG. 5:
Пример №7Example No. 7
Осаждение покрытий пиролитического вольфрама на внешней поверхности зольных микросфер Черепетской ГРЭС с размером от 40 до 200 мкм пиролизом гексокарбонила вольфрама проводили в установке, схема которой представлена на фиг. 1. В камеру объемом ~150 см3 загружали от 33 до 50 см3 зольных микросфер, добавляли навеску гексокарбонила вольфрама и герметично закрывали и создавали давление не более 10-1 Па. Затем электродвигателем 4 придавали вращательное движение и начинали постепенно повышать температуру в электропечи 3 и соответственно в камере 2. В течение 40 мин температуру в камере 2 повышали до 245°С. При этом гексокарбонил вольфрама переходил в газовую фазу и равномерно распределялся по всему объему ампулы. При достижении температуры 245°С происходил распад паров гексокарбонил вольфрама на внешней поверхности микросфер с образованием упрочняющего покрытия - карбида вольфрама. Процесс осаждения проводили в течение 20 мин. Скорость вращения MOCVD-реактора составляла 60 оборотов/мин, давление в камере - 7×10-2 Па. Завершив один цикл нанесения покрытия из камеры 2, открыв клапаны 5 и 7, откачивали продукты разложения гексокарбонила вольфрама. Удалив продукты разложения в камеру 2 через клапан 6, подавали новую порцию гексокарбонила вольфрама. В зависимости от необходимой толщины покрытия можно проводить необходимое количество циклов нанесения покрытия.The deposition of pyrolytic tungsten coatings on the outer surface of the ash microspheres of the Cherepetskaya TPP with a size of 40 to 200 μm by pyrolysis of tungsten hexocarbonyl was carried out in the installation, the scheme of which is shown in FIG. 1. 33 to 50 cm 3 ash microspheres were loaded into a chamber with a volume of ~ 150 cm 3 , a weighed portion of tungsten hexocarbonyl was added and hermetically closed, and a pressure of not more than 10 -1 Pa was created. Then, a rotational motion was imparted by the
В таблице 3 приведены основные параметры процесса нанесения покрытия пиролитического вольфрама на поверхность зольных микросфер.Table 3 shows the main parameters of the process of coating pyrolytic tungsten on the surface of ash microspheres.
Образец 3 получен после шести последовательных циклов осаждений пиролитического вольфрама. Из таблицы 3 видно, что методом наслаивания (последовательного осаждения покрытия пиролитического вольфрама) можно регулировать толщину покрытия.
Истинную плотность зольных микросфер фракции 40-80 мкм с покрытием пиролитического вольфрама определяли методом жидкостной пикнометрии.The true density of ash microspheres of a fraction of 40-80 μm coated with pyrolytic tungsten was determined by liquid pycnometry.
Экспериментально показано, что заявляемый способ позволяет получать на поверхности микросфер металлические, оксидные. карбидные или комбинированные покрытия в зависимости от исходного металлорганического соединения и условий осаждения. При этом обеспечивается однородность покрытия по поверхности микросфер, повышаются прочностные свойства микросфер вследствие уменьшения дефектов на их поверхности и снижается газопроницаемость.It is experimentally shown that the inventive method allows to obtain metal, oxide on the surface of microspheres. carbide or combination coatings depending on the starting organometallic compound and deposition conditions. This ensures uniformity of the coating on the surface of the microspheres, increases the strength properties of the microspheres due to the reduction of defects on their surface and decreases gas permeability.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015145939A RU2642596C2 (en) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Method of metallic coating application to microspheres |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015145939A RU2642596C2 (en) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Method of metallic coating application to microspheres |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015145939A RU2015145939A (en) | 2017-04-27 |
RU2642596C2 true RU2642596C2 (en) | 2018-01-25 |
Family
ID=58642172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015145939A RU2642596C2 (en) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Method of metallic coating application to microspheres |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2642596C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4302311A (en) * | 1979-11-19 | 1981-11-24 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Sputter coating of microspherical substrates by levitation |
JPS62230649A (en) * | 1986-04-01 | 1987-10-09 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Coating treatment of hollow glass microspherical surface |
RU2307004C2 (en) * | 2005-10-10 | 2007-09-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Powder particles and micro-spheres metallization method out of gas phase and apparatus for performing the same |
RU2006118165A (en) * | 2006-05-29 | 2007-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предпри тие "Сфера М" (RU) | METHOD FOR STRENGTHENING MICROSPHERES |
RU2532784C2 (en) * | 2013-01-11 | 2014-11-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Glass-metal micro-beads and method of obtaining thereof |
-
2015
- 2015-10-26 RU RU2015145939A patent/RU2642596C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4302311A (en) * | 1979-11-19 | 1981-11-24 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Sputter coating of microspherical substrates by levitation |
JPS62230649A (en) * | 1986-04-01 | 1987-10-09 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Coating treatment of hollow glass microspherical surface |
RU2307004C2 (en) * | 2005-10-10 | 2007-09-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Powder particles and micro-spheres metallization method out of gas phase and apparatus for performing the same |
RU2006118165A (en) * | 2006-05-29 | 2007-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предпри тие "Сфера М" (RU) | METHOD FOR STRENGTHENING MICROSPHERES |
RU2532784C2 (en) * | 2013-01-11 | 2014-11-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Glass-metal micro-beads and method of obtaining thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015145939A (en) | 2017-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2452531C (en) | Insulating and functionalizing fine metal-containing particles with conformal ultra-thin films | |
US6913827B2 (en) | Nanocoated primary particles and method for their manufacture | |
CN103861662B (en) | Anti-coking catalyst coat with aluminium oxide barrier layer | |
US6486822B1 (en) | Chemically modified radar absorbing materials and an associated fabrication method | |
Zandrahimi et al. | Pack cementation coatings for high-temperature oxidation resistance of AISI 304 stainless steel | |
Xiang et al. | Conditions for codeposition of Al and Cr on Ni base superalloys by pack cementation process | |
Monticelli et al. | POSS vapor phase grafting: a novel method to modify polymer films | |
RU2642596C2 (en) | Method of metallic coating application to microspheres | |
Wood et al. | Coating particles by chemical vapor deposition in fluidized bed reactors | |
Fair et al. | Precipitation coating of monazite on woven ceramic fibers: I. Feasibility | |
Wang et al. | Assessment of the tribocorrosion performance of a (TiZrNbTaMo) C refractory high entropy alloy carbide coating in a marine environment | |
KR20140128645A (en) | Coating methodfor nano particle | |
Desiati et al. | Two-step sintering improved compaction of electrophoretic-deposited YSZ coatings | |
RU2612247C1 (en) | Method of producing hybrid material based on multi-walled carbon nanotubes with titanium carbide coating | |
Lan et al. | Surface treatment of magnesium oxysulfate whiskers through plasma polymerization | |
EP3436617A1 (en) | Oxidation resistant coating and methods of manufacturing thereof | |
Deshmukh et al. | Electroless deposition of Ni nanoparticles on micron-sized boron carbide particles: Physicochemical and oxidation properties | |
DE2539434A1 (en) | DEVICE FOR ALL-ROUND COATING OF SMALL METALLIC PARTS | |
Prakash et al. | Study of properties of SiC layer in TRISO coated particles grown using different alkyl-silicon compounds | |
Ambaryan et al. | Partial oxidation of aluminum powder for obtaining a controlled amount of aluminum oxide on the surface of aluminum | |
Sun et al. | Tuning Mo/W ratio to improve high temperature oxidation resistance of single crystal nickel base superalloys | |
Serenko et al. | Influence of an Oxygen-Plasma Flow on Polyimide Nanocomposites | |
Serre et al. | Study of the silicon carbide matrix elaboration by film boiling process | |
Bobylyov et al. | Kinetics of the formation of diffusion titanium coatings on the surfaces of hard alloys during isothermal mass transfer of titanium in the Pb-Bi-Li melt | |
RU2516405C2 (en) | Carbon material with carbide-coated refractory metal and method of its production |