double arrow

Получение порошков ультразвуковым измельчением в жидких средах

Металлические порошки различной крупности могут быть получены ультразвуковым диспергированием твердого вещества в жидкости.

Ультразвук представляет собой упругие колебания и волны, частота

которых лежит в пределах от 10 кГц до нескольких десятков гигагерц. Распространяясь в жидкости, твердом веществе или газе, упругие колебания создают звуковую волну, которая образует в соответствующей среде сгущения и разрежения с частотой налагаемых колебаний. Наличие в данной среде примесей (прежде всего микрочастиц) приводит к возникновению в ней давления, избыточного по отношению к атмосферному.

В жидкостях помимо твердых примесей имеется огромное число газовых пузырьков размером от десятых долей до сотен микрометров. Под воздействием ультразвука определенной мощности эти пузырьки (полости) активно пульсируют, растягиваясь и сжимаясь в фазе разрежения или сгущения ультразвуковых колебаний. Эти пульсирующие полости (пузырьки) называют кавитационными, а процесс их развития во времени – ультразвуковой кавитацией. Чаще всего для измельчения материалов в водной среде используют ультразвуковые колебания частотой от 18 до 22 кГц.

Ультразвуковое диспергирование может протекать по механизму кавитационного и/или гидроабразивного разрушения материала. Кавитационное разрушение происходит под воздействием энергии, освобождающейся при захлопывании (в фазе сжатия) кавитационных пузырьков. Гидроабразивное – при взаимодействии частиц, перемещаемых в жидкой среде акустическими потоками различной масштабности, возникающими при захлопывании пузырьков.

Пульсация кавитационных полостей приводит к заполнению жидкостью поверхностных дефектов (углублений, миктротрещин и пр.) частицы. Одновременно с жидкостью в эти дефекты поступают и пузырьки газа, имеющие различные размеры. В момент захлопывания газового пузырька из-за отклонения формы их поверхности от сферической образуется ударная волна и/или микроструя жидкости. Учитывая, что у частиц измельчаемого материала наблюдается пониженная (из-за наличия различного рода дефектов) прочность, подобного давления вполне достаточно для диспергирования исходного материала.

Гидроабразивное разрушение является следствием как прямого удара о поверхность, так и скольжения, сопровождающегося ударами о микронеровности.

Кроме частоты ультразвуковых колебаний, существенное влияние на процесс диспергирования оказывают свойства жидкости (эрозионная активность, вязкость, температура) и объемная концентрация частиц твердой фазы в жидкости, а также исходное состояние частиц измельчаемого материала (наличие пористости в объеме частиц и примесей на границах между зернами).

Ультразвуковое диспергирование чаще всего проводят в установках, работающих под повышенным статическим давлением. Их обычно изготовляют с вертикальным расположением рабочей ванны цилиндрической или конической формы, дно и стенки которой являются излучающими поверхностями ультразвуковых магнитострикционных преобразователей. Для создания избыточного статического давления в установку подается газ.

Порошки, получаемые ультразвуковым диспергированием в жидкости, не имеют существенных химических загрязнений. Их частицы отличаются высокой дисперсностью, отсутствием поверхностных неровностей и округлой формой, часто близкой к сферической.


Сейчас читают про: