СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОГО ТОКОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ В ЖИДКОСТИ Российский патент 2013 года по МПК H01F1/06 B82B3/00 

Известны способы получения тонкодисперсных материалов электрическим разрядом в жидкости, заполняющей накопительную емкость, разработанные русским инженером Л.А.Юткиным ["Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности". Л.1].

Однако устройства, разработанные этими способами, осуществляют эффективное дробление токопроводящих материалов только до микронных размеров, так как наночастицы материала, образованные в зоне электрогидроразряда, быстро взаимно рекомбинируются в более крупные структуры.

Известен также способ получения наноразмерных материалов в жидкости, заключающийся в возбуждении вариаций давления и кавитации в потоке водной суспензии, циркулирующей в прямоточном реакторе между высоковольтными электродами [РНЦ «Курчатовский институт»; АНО «Национальный комитет по науке и промышленности»; А.В.Артемов и др.; М.В.Петрова и др. Л.2].

Этот способ получения наноразмерных токопроводящих фракций не позволяет повышать уровень выхода наноразмерного материала вследствие вялотекущих процессов кавитации и отвода наночастиц в зону охлаждения.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении технической и экономической эффективности способа получения наноразмерного материала.

Для достижения данного технического и экономического результата в предлагаемом способе получения наноразмерного токопроводящего материала электрическим разрядом в жидкости, включающем возбуждение вариаций давления и кавитации в потоке суспензии, циркулирующей в реакторе между высоковольтными электродами, исходную волную суспензию разделяют на порции с повышенной плотностью заряда порошкообразных токопроводящих фракций. Каждую порцию суспензии вначале накапливают под давлением во входном отсеке и концентрируют давление в направлении выпускного электромагнитного клапана за счет придания конусообразной формы накапливающему отсеку, а затем пропускают вдоль оси отрицательного электрода по каналу, образованному разгонными соплами Лаваля, изготовленными из диэлектрического материала, при этом электровоздействие осуществляют с остриев положительных электродов, опоясывающих отрицательный электрод в местах расположения критических сечений сопряженных сопел Лаваля, а количество и геометрию разгонных сопел в канале рассчитывают исходя из удельной плотности, дисперсности и материала частиц исходного порошка, подготовленного для получения наноразмерного материала.

Введение в предлагаемый способ: разделения исходной фракции на порции с повышенной плотностью водного заряда порошкообразными токопроводящими фракциями; накапливания каждой порции под давлением во входном отсеке; концентрации давления в направлении выпускного электромагнитного клапана за счет придания конусообразной формы накапливающему отсеку; пропускания суспензии вдоль оси отрицательного электрода по каналу, образованному разгонными соплами Лаваля и электровоздействия с остриев положительных электродов, опоясывающих отрицательный электрод в местах расположений критических сечений сопряженных сопел Лаваля, позволяет получить новое свойство, заключающееся в комбинированном использовании дополнительных кавитационных явлений, возникающих за счет перепада давлений в разгонных соплах Лаваля и усиленных электрогидровоздействием на расширяющийся поток кавитирующих пузырьков, увеличивающих плотность порошкообразной токопроводящей суспензии. Это способствует появлению дополнительных путей высоковольтного разряда по типу «взрывающихся проволочек», обеспечивающих в целом интенсивное образование наночастиц диспергируемого материала и быстрый вынос их в зону расширения потока с пониженной температурой, препятствующей обратному процессу укрупнения наночастиц в зоне повышенной плотности и высоких температур.

Это свойство определяет новизну и техническую сущность заявляемого изобретения.

На прилагаемом чертеже изображен вариант схемы получения наноразмерного токопроводящего материала электрическим разрядом в жидкости.

Схема включает: блок управления 1; генератор высоковольтных импульсов 2; пусковые 3 и рабочие электроды 4; узел подачи жидкости 5; механизм подачи токопроводящего порошка 6; переключающие электромагнитные клапаны 7 и 8; накопительный отсек 9; смесительный канал 10; разгонные сопла Лаваля 11 и 12; электрод 13 рабочего канала; ребра охлаждения 14.

Для осуществления предлагаемого способа блок управления 1 генератором 2 обеспечивает по заданной программе управление режимами заряда емкостных накопителей высоковольтной энергии и коммутации этой энергии на пусковые 3 и рабочие 4 электроды.

Узел подачи жидкости 5, механизм подачи токопроводящего порошка 6, электромагнитные клапаны 7 и 8 обеспечивают накопление в отсеке 9 исходной порции суспензии. Заданное давление для срабатывания выпускного клапана 8 обеспечивается электрическими разрядами между пусковыми электродами 3. В процессе накопления давления в смесительном канале 10 осуществляется предварительное измельчение исходного токопроводящего микропорошка за счет разрушающего действия электрогидроударов. Как только заданное гидродинамическое давление будет достигнуто, узел управления 1 открывает клапан 8 для подачи эмульсии в разгонные сопла Лаваля 11 и 12. За счет кавитационных процессов, возникающих в потоке эмульсии в сопле 11, порошковая фракция дополнительно диспергируется и на входе разгонного сопла 12 структуируется с повышенной плотностью в потоке эмульсии, движущейся между рабочими кольцевыми электродами 4, опоясывающими отрицательный электрод 13. Синхронно, с началом движения потока через критические сечения сопряженных сопел Лаваля 11 и 12, узел управления 1 коммутирует электроразрядные импульсы высоковольтного напряжения на рабочие электроды 4. За счет высокой плотности токопроводящей фракции в эмульсии, протекающей между электродами 4 и 13, образуются прямые контактные каналы и элекровзрывы в этих каналах по типу «взрывающихся проволочек». В результате контактных взрывов молекулярные структуры микропорошковых фракций, разрушенные до наноразмерных частиц, интенсивно выбрасываются в охлаждаемую ребрами 14 вакуумированную полость сопла Лаваля 12 и не успевают рекомбинироваться в области высоких температур и давлений, образующихся вблизи электроразрядных каналов.

Использованная литература

1. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. - Л.: «Машиностроение. Ленингр. отд-ние», 1986. - 253 с.

2. Артемов А.В. и др., Петрова М.В. и др., РНЦ «Курчатовский институт», АНО «Национальный комитет по науке и промышленности». Получение наноразмерных металлов электрическим разрядом в жидкости. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения - 2008. - №4 (6). - С.150-154.

Изобретение относится к электротехнике и к нанотехнологиям. Техническим результатом изобретения является повышение технической и экономической эффективности. Согласно изобретению способ получения наноразмерного токопроводящего материала электрическим разрядом в жидкости включает возбуждение вариаций давления и кавитации в потоке водопорошковой суспензии, циркулирующей в реакторе между высоковольтными электродами, при этом исходную суспензию разделяют на порции с повышенной плотностью заряда порошкообразных токопроводящих фракций. Каждую порцию суспензии вначале накапливают под давлением во входном отсеке и концентрируют давление в направлении выпускного электромагнитного клапана за счет придания конусообразной формы накапливающему отсеку, а затем пропускают вдоль оси отрицательного электрода по каналу, образованному разгонными соплами Лаваля, изготовленными из диэлектрического материала, при этом электровоздействие осуществляют с остриев положительных электродов, опоясывающих отрицательный электрод в местах расположения критических сечений сопряженных сопел Лаваля, а количество и геометрию разгонных сопел в канале рассчитывают исходя из удельной плотности, дисперсности и материала частиц исходного порошка, подготовленного для получения наноразмерного материала в водной суспензии. 1 ил.

Способ получения наноразмерного токопроводящего материала электрическим разрядом в жидкости, включающий возбуждение вариаций давления и кавитации в потоке водопорошковой суспензии, циркулирующей в реакторе между высоковольтными электродами, отличающийся тем, что исходную суспензию разделяют на порции с повышенной плотностью заряда порошкообразными токопроводящими фракциями, каждую порцию суспензии вначале накапливают под давлением во входном отсеке и концентрируют давление в направлении выпускного электромагнитного клапана за счет придания конусообразной формы накапливающему отсеку, а затем пропускают вдоль оси отрицательного электрода по каналу, образованному разгонными соплами Лаваля, изготовленными из диэлектрического материала, при этом электровоздействие осуществляют с остриев положительных электродов, опоясывающих отрицательный электрод в местах расположения критических сечений сопряженных сопел Лаваля, а количество и геометрию разгонных сопел в канале рассчитывают исходя из удельной плотности, дисперсности и материала частиц исходного порошка, подготовленного для получения наноразмерного материала в водной суспензии.