Производство порошковых материалов и компонентов неметаллических конструкционных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Производство порошковых материалов и компонентов неметаллических конструкционных материалов

1. Универсальная дезинтеграторно-активаторная технология для изготовления порошковых материалов

анализатор активаторный базальтовый волокно

В качестве основного оборудования для изготовления порошковых материалов по этому методу используется роторный дезинтегратор - его основным элементом являются два ротора, которые вращаются по направлению друг к другу. Роторы оборудованы несколькими комплектными съемных зубьев, которые имеют разнообразную форму, а также от трех до пяти рядов. Также используется и специальное оборудование для тонкого и для сверхтонкого измельчения - это истиратель, бисерная мельница и дезинтеграторы. В качестве оборудования для измельчения применяются ножевая мельница и молотковая дробилка. Полученные материалы классифицируются с применением такого оборудования, как воздушные центробежные классификаторы, вибросито, лазерный анализатор.

Сферы применения метода получения порошковых материалов - активация и измельчение неметаллических и металлических материалов: железо, титан, алюминий, кобальт, различные сплавы, углеродные и полимерные материалы, композиты, нитриды, оксиды и карбиды.

Особенностями технологии является обеспечение максимальной гомогенизации смесей, которые подвергаются обработке, повышение биологической активности пищевого сырья в несколько раз, существенно повышение усвояемости всех питательных веществ, производительность на уровне 200 килограммов в час. Также следует отметить и возможность сохранение исходной чистоты материала, подвергающегося обработке, возможность получения порошковых материалов, дисперсность которых составляет от 50 до 100 на 10-3 миллиметра, небольшие размеры оборудования, а также простота его эксплуатации.

2. Дезинтегратор

Принцип работы дезинтегратора (рис. 1). Запускают двигатели дезинтегратора, при этом диски ротора 1 и 2 начинают вращаться в противоположные стороны. Обрабатываемый порошковый материал (например, твердый сплав на основе кобальта - СТЕЛЛИТ) питателем равномерно подается в загрузочный канал дезинтегратора (не показано) и через прорези 3 поступает в центральную часть междискового пространства. Центробежной силой вращающихся дисков материал отбрасывается от центра и направляется в зону действия ударных элементов 7 колец 5 и 6. Частицы материала выбрасываются навстречу первому ряду ударных элементов 7 кольца 6, вращающихся в противоположном направлении, и, измельчившись до некоторой степени, частицы под действием центробежных сил, вследствие полученных ударов, выбрасываются на вращающийся навстречу второй ряд ударных элементов 7 кольца 5 и т.д. до последнего ряда ударных элементов. Измельчение происходит от внутренних рядов ударных элементов 7 колец 5 и 6 к наружным с нарастанием степени измельчения. Последним рядом ударных элементов обрабатываемый материал выбрасывается из зоны обработки и, пройдя разгрузочный канал, собирается в приемный контейнер.

3. Дисковый истиратель

Принцип работы дискового истирателя (рис. 2). Измельчение материала происходит под воздействием ударов, истирания, трения и самоизмельчения. Предварительное измельчение происходит во внутренней клиновидной зоне: частицы материала разбиваются ударами зубцов-бил, после чего они до измельчаются между плоскими торцевыми участками дисков во внешней параллельной зоне. Крупность частиц измельченного материала определяется установленным расстоянием между дисками.

В процессе работы происходит односторонний износ дисков. Для обеспечения равномерного износа дисков предприятие-изготовитель рекомендует периодически изменять направление вращения диска. При изменении направления вращения диска эффективность измельчения частиц материала не снижается.

При загрузке материала в истиратель не допускается попадания в него недробимых тел: кусков металла, а также влажных, жирных и смолистых материалов. Попадание этих материалов в рабочую зону может привести к заклиниванию подвижного диска и выводу истирателя из строя. Истиратель является изделием непрерывного действия, т.е. характеристикой его производительности является количество материала, выходящего через разгрузочную воронку за единицу времени.

Измельчаемый материал подается в загрузочный бункер, откуда через отверстия в крышке и в центре неподвижного диска поступает в рабочую полость между дисками. В результате действия центробежных сил частицы материала движутся от центра к краям дисков, постепенно измельчаясь.

Поток измельченных частиц, исходящий из зазора между дисками, попадает в рабочую камеру, где частицы теряют скорость и ссыпаются через разгрузочную воронку в приемный бункер.

Производительность дискового истирателя зависит от физических свойств измельчаемого материала, его размеров на входе и требуемой крупности на выходе (расстояния между дисками). На материале средней твердости она достигает 300 кг/ч.

4. Бисерная мельница

Бисерная мельница работает следующим образом (рис. 3). В процессе изготовления краски в рабочий цилиндр 1 подают нужные компоненты и сообщают вращательное движение рабочему органу 2 с дисками 3 и втулками 5. Благодаря наличию сквозных отверстий 4 и выступов 6 частицы бисерной и помольной массы увлекаются в неупорядоченное турбулентное вращательное и аксиальное движение. За счет наличия тангенциальных и центробежных сил эти частицы скользят и с высокой скоростью ударяются о внутреннюю поверхность рабочего цилиндра. Наиболее активному воздействию подвергаются участки цилиндра, непосредственно прилегающие к внешнему контуру гуммированных дисков. Как показывает практика, высота этих участков составляет примерно:

где д - шаг установки гуммированных дисков.

Благодаря высокой податливости материала кольцевых элементов 16, расположенных на этих участках цилиндра, значительно снижается уровень контактных напряжений в зоне удара и соответственно снижается интенсивность изнашивания рабочей поверхности цилиндра.

На участках рабочего цилиндра, расположенных в промежутке между гуммированными дисками, интенсивность изнашивания значительно ниже. Это позволяет освободить указанные участки от резинового покрытия и обеспечить эффективный теплоотвод через металлическую поверхность, обладающую высокой теплопроводностью, излишков тепла.

Следует отметить, что в настоящее время внутреннюю оболочку корпуса бисерных мельниц изготавливают из стандартных труб с толщиной стенки до 20 мм. Использование подобных толстостенных труб обусловлено, в первую очередь, не задачами обеспечения прочности, а необходимостью обеспечения «запаса на износ». В предлагаемой конструкции можно отказаться от использования подобных труб и применять более тонкостенные трубы, т.к. наиболее изнашиваемые участки внутренней оболочки корпуса защищены слоем резины. Следовательно, снижение температуры пигментной суспензии в предлагаемой конструкции достигается как за счет дискретного расположения кольцевых элементов, так и за счет уменьшения толщины стенки внутренней оболочки. При этом также снижается материалоемкость изделия.

Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет повысить эффективность эксплуатации бисерных мельниц путем снижения энергозатрат на охлаждение пигментной суспензии с одновременным повышением качества готового продукта и высокой износостойкости корпуса бисерной мельницы. Бисерная мельница, содержащая вертикальный рабочий орган с соосно установленными гуммированными дисками со сквозными отверстиями и гуммированными втулками с выступами, а также рабочий цилиндр, включающий наружную и внутреннюю оболочку, снабженную футеровкой в виде соосно установленных отдельных кольцевых элементов, выполненных из высокоэластичного материала, отличающаяся тем, что кольцевые элементы и гуммированные диски расположены попарно и симметрично относительно общей диаметральной плоскости, перпендикулярной вертикальной оси рабочего органа, а высота кольцевых элементов h=(0,5ч0,6)д, где д - шаг установки кольцевых элементов и гуммированных дисков.

5. Ножевая мельница

Мельница является изделием непрерывного действия, т.е. характеристикой ее производительности является количество материала, выходящего через разгрузочную решетку за единицу времени.

В процессе работы измельчаемый материал, подаваемый через питающую воронку, попадает в камеру дробления. Измельчение (резание) материала происходит при попадании частиц между ножами ротора и корпуса. Частицы материала испытывают сдвиговые деформации, подобные деформациям, возникающим при воздействии ножниц или ножа гильотины. За один оборот ротора происходит двенадцать циклов измельчения.

Базовыми являются два режима работы: при замкнутой и незамкнутой камере дробления. В первом режиме измельчаемый материал (обычно длинноволокнистый или объемный) проталкивается через вертикальный канал питающей воронки плунжером, торец которого в нижнем положении перекрывает сечение канала. Во втором режиме плунжер закреплен стопорным винтом в верхней части вертикального канала питающей воронки и загрузка происходит с помощью толкателя через горизонтальный желоб.

Материал поступает в камеру дробления периодически по мере совпадения полостей ротора с загрузочным окном корпуса мельницы. Материал, не попавший в камеру дробления, отбрасывается в загрузочную воронку (при незамкнутой камере дробления). Таким образом, в вертикальном канале воронки, ограниченном сверху плунжером, образуется «кипящий» слой материала.

Для уменьшения данного эффекта необходимо периодически останавливать загрузку и, не выключая дробилку, проталкивать плунжером «кипящий» слой материала внутрь камеры дробления. Измельченный материал проходит сквозь отверстия разгрузочной решетки, при этом крупность измельченного продукта определяется размером и формой отверстий в разгрузочной решетке.

Устройство ножевой мельницы рис. 4

Подача измельчаемого материала в молотковую дробилку осуществляется по заборному гибкому рукаву 15 через всасывающее устройство 16 с заслонкой 17 для подсоса воздуха. К выгрузному патрубку 18 корпуса 1 крепится выгрузной гибкий рукав 19.

6. Дробилка

Дробилка работает следующим образом (рис. 5) При включении электродвигателя 4 под действием лопаток наружного вентилятора 3 и дополнительного вентилятора 9 внутри молоткового ротора 5 создается разряжение, благодаря которому через всасывающее устройство 16 и заборный рукав 15 зерно из вороха, проходя через сепаратор-камнеуловитель 12, отделяющий инородные включения, поступает в дробильную камеру, где под действием дополнительного вентилятора 9 разгоняется и отбрасывается на стержни 14 квадратного поперечного сечения с винтовыми канавками, дека-решета 11. Измельчение зерна происходит за счет ударов зерна о стержни 14 квадратного поперечного сечения с винтовыми канавками и молотков молоткового ротора 5. Измельченное зерно просеивается через зазоры стержней 14 дека-решета 11, а под действием лопаток наружного вентилятора 3 через выгрузной гибкий рукав 19 выгружается в бункер или другую емкость.

7. Центробежный классификатор

Принцип работы центробежного классификатора (рис. 6). Посредством привода рабочему органу придают вращение с требуемой скоростью. Посредством вентилятора на выходе патрубка 8 для вывода мелкой фракции вместе с воздушным потоком и в центральной части рабочего органа создают разрежение и через тангенциальный патрубок 7 подают исходный материал в кольцеобразную зону разделения - пространство между стенкой корпуса 1 и лопатками 6 рабочего органа. В зоне разделения вращающиеся лопатки 6 придают воздушному потоку, содержащему исходный материал, вращение в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси классификатора. При этом на материал действуют две противоположно направленные силы: центробежная сила, обусловленная вращением воздушного потока вокруг вертикальной оси классификатора, и сила аэродинамического сопротивления, обусловленная движением воздушного потока через образованное лопатками 6 межлопаточное пространство к центральной части рабочего органа.

Для крупных частиц в зоне разделения центробежная сила преобладает над силой аэродинамического сопротивления, вследствие чего крупные частицы отбрасываются на стенку корпуса 1 и под действием гравитационной силы вдоль нее перемещаются вниз и выводятся из классификатора через патрубок 9 посредством разгрузочного устройства 10.

Для мелких частиц в зоне классификации сила аэродинамического сопротивления преобладает над центробежной силой. Вследствие этого они вместе с воздушным потоком перемещаются в центральную часть рабочего органа и через патрубок 8 вместе с воздушным потоком выводятся из классификатора.

Так как внутри корпуса 1 и в рабочем органе существует разрежение, то атмосферный воздух поступает в классификатор через отверстия 3, что приводит к возникновению в пространстве между крышкой 2 и верхним диском 4 рабочего органа двух воздушных потоков, направленных в противоположные стороны (фиг. 3). Один поток направлен к конструктивному кольцевому зазору между патрубком 8 и верхним диском 4. Второй поток направлен к стенке корпуса 1, т.е. в зону разделения, что позволяет предотвратить возникновение паразитного параллельного воздушного потока и перемещение крупных частиц в центральную часть рабочего органа.

Границу разделения материала регулируют числом оборотов рабочего органа. При увеличении числа оборотов рабочего органа граница разделения уменьшается, и наоборот. Таким образом, средство для устранения паразитного параллельного воздушного потока в виде отверстий 3, выполненных в крышке 2 корпуса 1, позволяет, в отличие от лопаток, установленных на верхнем диске рабочего органа, предотвратить возникновение паразитного параллельного воздушного потока без увеличения энергозатрат. Воздушный центробежно-динамический классификатор, содержащий корпус с крышкой, средство для устранения паразитного параллельного воздушного потока, рабочий орган, состоящий из верхнего и нижнего дисков и лопаток, расположенных между дисками на их периферийной части, патрубок для подачи исходного материала, патрубок для вывода мелкой фракции вместе с воздушным потоком, расположенный в верхней части корпуса и взаимодействующий с центральной частью рабочего органа, патрубок для вывода крупной фракции, снабженный разгрузочным устройством и расположенный в нижней части корпуса, и привод рабочего органа, отличающийся тем, что в качестве средства для устранения паразитного параллельного воздушного потока классификатор содержит отверстия, выполненные в крышке корпуса вокруг патрубка для вывода мелкой фракции вместе с воздушным потоком.

8. Вибросито

Принцип работы вибросита (рис. 7) заключается в том, что на поверхность сетки подается сыпучее сырье, которое под воздействием колебательных движений начинает двигаться по определенной траектории, отделяя естественным образом в процессе вибрации с поверхности сетки более мелкие частицы вещества от более крупных.

В свою очередь отделенные фракции через желоб подаются в приемные емкости, выдавая качественно просеянное, однородное, очищенное сырье, готовое для дальнейшего использования.

Таким образом быстро, качественно и надежно можно получить исходное сырье необходимой чистоты и однородности.

9. Лазерный анализатор

Принцип работы (рис. 8). Лазерный луч освещает кювету, в которой непрерывно перемешивается суспензия частиц. Рассеянное микрочастицами пробы излучение регистрируется под разными углами с помощью многоэлементного детектора. По измеренной таким образом зависимости интенсивности рассеянного излучения от угла рассеяния осуществляется расчет распределения частиц по размерам (гранулометрический анализ). При проведении расчетов используются теория светорассеяния.

10. Методы изготовления порошковых материалов

Порошковый материал - совокупность частиц металла, сплава или металлоподобного соединения с размерами до 1 мм, находящихся во взаимном контакте и не связанных между собой /4/.

Все сыпучие тела состоят из частиц и межчастичных (внешних) пор. Частицы порошков, в свою очередь, могут подразделяться на более мелкие структурные элементы. Металлические частицы практически всегда содержат примеси, распределенные как по поверхности, так и в виде внутренних включений, и часто имеют внутричастичные поры.

Частицы могут иметь самую разнообразную форму. Можно подразделить различные структуры на три основные группы:

волокнистые или игольчатые частицы, длина которых значительно превышает их размер по другим измерениям;

плоские частицы (пластинки, листочки, таблицы), длина и ширина которых во много раз больше толщины;

равноосные частицы с примерно одинаковыми размерами по всем измерениям.

Частицы отделены одна от другой порами (межчастичными) и контактными промежутками. Поры в непрессованных порошках занимают обычно 70-85% всего объема. Кроме пор межчастичных, порошки могут иметь и внутричастичные поры. Размер межчастичных пор увеличивается с повышением размера частиц и уменьшением плотности их укладки.

К физико-химическим методам относят технологические процессы производства порошков, связанные с глубокими физико-химическими превращениями исходного сырья. В результате полученный порошок по химическому составу существенно отличается от исходного материала. К физико-химическим методам относятся: электролиз, термическая диссоциация карбонильных соединений, восстановление оксидов твердыми восстановителями и газами, метод испарения и конденсации и др.

Под механическими методами получения порошков понимаю технологические процессы, при которых в результате действия внешних механических сил исходный металл измельчается в порошок без изменения

его химического состава. Чаще всего используется измельчение твердых материалов в мельницах различных конструкций. К механическим методам относят: измельчение металла резанием, размол в шаровых мельницах, измельчение в вихревых мельницах, дробление в инерционных дробилках, распыление струи жидкого металла паром, водой, сжатым газом.

Более универсальными являются физико-химические методы, но в практике порошковой металлургии четкой границы между двумя методами получения порошка нет. Чаще всего в технологическую схему производства порошка включаются отдельные операции как механических, так и физико-химических методов получения порошка.

Получение металлических порошков путем восстановления из оксидов является наиболее распространенным, высокопроизводительным иэкономичным методом.

Восстановление - процесс получения металла, материала, вещества или их соединений путем отнятия неметаллической составляющей (кислорода или солевого остатка) из исходного химического соединения.

Порошки, получаемые восстановлением, имеют низкую стоимость, а в качестве исходных материалов при их получении используются рудные концентраты, оксиды, отходы металлургического производства. Эта особенность метода восстановления обусловила его широкое практическое применение. В настоящее время этим методом получают порошки многих металлов.

В общем случае химическую реакцию восстановления можно представить:

MeX + B - Me + BnXm ± Q,

где Х - неметаллическая составляющая,

В-восстановитель (углерод в виде кокса, сажи, древесного угля, природных газов; Н2; СО; СО2; активные металлы).

Восстановление металлов из оксидов может производиться твердыми или газообразными восстановителями. К числу активных газообразных восстановителей относятся водород, окись углерода и различные газы, содержащие СО и Н₂. В качестве твердого восстановителя используют углерод и металлы, имеющие большее химическое сродство к кислороду:

натрий, кальций и магний. Восстановление одних металлов при помощи других, имеющих большее сродство к кислороду, называется металлотермией.

Среди восстановителей углерод (благодаря низкой стоимости и простоте процесса восстановления) находит широкое применение. Недостатком процесса является возможность науглероживания восстанавливаемых металлов, что ограничивает этот процесс. Восстановление углеродом наибольшее распространение имеет при получении порошков железа, хрома, вольфрама и некоторых других металлов, а также при непосредственном получении порошков из оксидов карбидов.

В связи с тем, что металлы по восстановимости оксидов разделяются на легко восстановимые (медь, никель, кобальт, железо, вольфрам и молибден) и трудно восстановимые (хром, марганец, ванадий, алюминий, магний), для восстановления многих оксидов требуются более сильные по сравнению с углеродом восстановители. Нередко для получения порошков, не загрязненных углеродом, например, порошков кобальта, вольфрама, молибдена, в качестве восстановителя применяется водород.

Независимо от восстановителя метод получения порошков восстановлением является гибким процессом. Частицы порошков получаются губчатыми в виде многогранников с сильно развитой поверхностью, которые благодаря большой пористости хорошо прессуются. Размеры частиц определяются температурой восстановления: чем ниже температура, тем мельче получаются частицы порошков.

Восстановление металлических оксидов металлами применяется только в том случае, когда восстановление углеродом или газом является невозможным или непрактичным.

Получение порошков распылением расплавов Сущность метода заключается в следующем. Расплавленный в вакууме, на воздухе или в среде защитного газа металл поступает в форсунку специальной конструкции и при вытекании из нее подвергается воздействию жидкости или газа под большим давлением, при первом варианте вытекающая струя, кроме того, подвергается механическим ударам лопаток, которые размещены на быстровращающемся металлическом диске.

Такие показатели, как степень дисперсности порошка, производительность процесса, выход годного, качество порошка зависят от многих факторов, связанных с] конструкцией установки, и от режимов процесса - температуры, скорости вытекания струи и ее диаметра и ряда других факторов.

Этот метод применяют для получения порошков многих материалов, в том числе и таких, как железо, бронза, латунь, углеродистая сталь, различные легированные стали, жаропрочные сплавы на никелевой основе и ряд других металлов. В применении к железному порошку метод получил применение еще в пятидесятых годах, однако особенно большое внимание ему уделяется в последнее время в Швеции, США, Бельгии и в некоторых других странах.

Получение порошков распылением электродов Этот метод основан на том, что металлический электрод из материала, порошок которого необходимо получить, подвергают воздействию электрической дуги при вращении со скоростью до 15 тыс. об/мин. Процесс осуществляется в атмосфере гелия.

Распыление протекает путем отделения частиц от электрода и их застывания. Частицы после застывания имеют правильную сферическую форму. Процесс образования этих частиц аналогичен процессу, наблюдаемому при застывании слитка. Однако между ними имеется и существенная разница, обусловливаемая размерами частиц, которые в данном случае играют роль микрослитков. Скорость кристаллизации в таких частицах очень велика, и это обусловливает особенности свойств получаемого порошка.

Эти особенности заключаются в том, что частицы такого порошка обладают очень большой дисперсностью и упрочняющие фазы, выпадающие из твердого раствора, образуют тонкие прослойки вокруг зерен матрицы.

Такая особенность структуры приводит к тому, что порошки этого типа практически не поддаются формированию в холодном состоянии, но зато при горячем формовании (например, методом горячей экструзии) не только хорошо компактируются, но при малых скоростях деформации проявляют даже сверхпластичность, обусловливаемую ползучестью основной матрицы. Это явление исчезает при больших скоростях нагружения, так как начинает действовать дислокационный механизм деформации в отличие от вакансионно-диффузионного механизма при малых скоростях деформации. Другой особенностью порошков, полученных чистой и свободной от газов, а структура частиц при этом характерна для структуры закаленного состояния.

Горячее прессование, т.е. формование порошка в нагретом состоянии в прессформе, не получило по ряду причин пока широкого применения. К числу недостатков этого метода относится его малая производительность, низкая стойкость прессформ, относительно большой расход электроэнергии. Однако в последние годы развитие получил метод вакуумного горячего прессования и это расширило его возможности, так как позволило значительно повысить стойкость графитовых прессформ и применить прессформы из металлических материалов (молибдена, жаропрочных сплавов на никелевой основе и др.). Вакуумное горячее прессование - перспективный метод для изготовления крупногабаритных деталей, например компрессорных колец, из титановых сплавов. Нагрев при горячем прессовании можно осуществлять двумя способами - внешним обогревом прессформы (индукционным, печным или другими методами) и пропусканием электрического тока большой силы непосредственно через прессформу.

Первый вариант обеспечивает более равномерный нагрев. Основной особенностью горячего прессования является то обстоятельство, что давление, необходимое для получения компактного материала, при этом методе во много раз ниже, чем при холодном прессовании и последующем спекании, а также то, что этот процесс протекает в значительно более короткое время, чем спекание.

Шликерное литье Шликерное формование широко применяют при изготовлении различных керамических изделий - стержней для отливки пустотелых лопаток, свечей, изоляторов и др. Шликерное литье в применении к металлическим порошкам пока не получило промышленного применения. Впервые этот метод в применении к металлическим порошкам был предложен в 1933 г. в Германии. К шликерам, т.е. взвесям тонкого порошка в жидкой среде, предъявляют ряд требований, без удовлетворения которых качественное шликерное формование невозможно. Основные из этих требований - хорошая текучесть, малая скорость оседания твердых частиц (хорошая стабильность), хорошая заполняемость формы, достаточно высокая концентрация твердой составляющей в шликере. Кроме того, шликер не должен иметь склонность ни к тиксотропии ни к дилатексии. Под тиксотропией понимают способность шликера образовывать упрочненную структуру; проявляется тиксотропия, в частности, в том, что вязкость шликера растет во времени. Дилатексия проявляется в структурировании шликера при механическом воздействии на него и в повышении вязкости шликера.

На качество шликера оказывают влияние многие факторы, важнейшими из которых являются гидрофобность твердой фазы, дисперсность частиц, их форма, тип жидкой фазы и др.

11. Производство композиционных материалов

При изготовлении металлических волокнистых композиционных материалов нанесение металлической матрицы на наполнитель осуществляют в основном из расплава материала матрицы, электрохимическим осаждением или напылением. Формование изделий проводят главным образом методом пропитки каркаса из армирующих волокон расплавом металла под давлением до 10 МПа или соединением фольги (матричного материала) с армирующими волокнами с применением прокатки, прессования, экструзии при нагревании до температуры плавления материала матрицы.

Один из общих технологических методов изготовления полимерных и металлических волокнистых и слоистых композиционных материалов - выращивание кристаллов наполнителя в матрице непосредственно в процессе изготовления деталей. Такой метод применяют, например, при создании эвтектических жаропрочных сплавов на основе Ni и Со. Легирование расплавов карбидными и интерметаллическими соединениями, образующими при охлаждении в контролируемых условиях волокнистые или пластинчатые кристаллы, приводит к упрочнению сплавов и позволяет повысить температуру их эксплуатации на 60-80°С.

12. Изготовление стеклянных волокон

Способы изготовления штапельного и непрерывного стекловолокна также разняться. Непрерывное обычно готовится в два этапа. Сначала из исходных материалов выплавляются небольшие стеклянные шарики, затем они расплавляются до жидкого состояния, и через специальные пластины с отверстиями разного диаметра начинают вытягиваться тонкие нити, которые сразу наматываются на бобину. Чем быстрее крутится бобина - тем тоньше получаются волокна. Штапельное стекловолокно изготавливают в один этап - расплавленную стекломассу разделяют струей горячего воздуха или пара.

13. Производство углеродных волокон

Углеродные волокна получают из волокон полиакрилонитрила, жидкокристаллических пеков и обычных пеков.*) В производственном процессе прежде всего изготавливаются исходные волокна, которые затем нагревают в воздушной среде до температуры 200 - 300°С. Этот процесс для волокон из ПАН называют предварительной обработкой или обработкой для придания огнестойкости, а для пековых волокон - обработкой для придания неплавкости. В ходе такого процесса происходит частичное окисление углеродных волокон. Затем окисленные волокна подвергаются высокотемпературному прогреву. Процесс прогрева в зависимости от режима может привести к карбонизации или графитизации волокон. На заключительной стадии процесса осуществляют обработку поверхности карбонизованных или графитизированных волокон, после чего поверхность подвергают аппретированию или шлихтованию.

Окисление в воздушной среде придает волокнам огнестойкость за счет частичного дегидрирования или окисления, межмолекулярного сшивания и других процессов. При этом повышается стойкость волокон к плавлению при прогревании и сдерживается чрезмерное удаление атомов углерода. В процессе карбонизации по мере роста температуры происходит газификация и удаление всех атомов органического полимера, за исключением атомов углерода. Образовавшиеся углеродные волокна состоят из фрагментов полициклических ароматических молекул, имеющих плоскую шестиугольную сотовую структуру. В процессе графитизации накапливаются ароматические фрагменты. При этом повышаются модуль упругости и электропроводность волокон.

14. Получение базальтового волокна

До начала получения непрерывных базальтовых волокон на промышленной установке крупнофракционный базальтовый щебень дробится на щековой дробилке до необходимой фракции которая составляет 5-12 мм. После отбора металлических включений способом маг-нитной сепарации, базальтовое сырье, представленное в виде мелкого щебня или крошки со средней фракцией от 5 до 12 мм просевают и промывают от мелких включений (пыли и т.п.), после чего его просушивают в нормальных условиях при естественной циркуляции воздуха путем проветривания, либо в специальном сушильном аппарате (в зависимости от климатических условий производства). С помощью кран-балки или тельфера промытая базальтовая крошка периодически загружается в бункер загрузчика установленного над плавильной печью.

Плавильная печь представляет собой рекуперативную ванную печь непрерывного действия с прямым газовым нагреванием плавильной зоны. В печи базальтовое сырье расплавляется, а его расплав после гомогенизации поступает в фидеры для последующего формования из него в питателях комплексных непрерывных базальтовых нитей. Плавление крошки осуществляется при температуре (1500 ± 50)°С в результате сжигания газовоздушной смеси, которая состоит из природного газа и воздуха. Воздух для сжигания подается от вентилятора высокого давления через теплообменник-рекуператор, где подогревается теплом отходящих газов до температуры 450 - 600°С, а газ подается от газораспределительной подстанции (ГРП). Расплав из выработочной части печи самотеком поступает в фидер, в донной части которого расположены 8 сливных устройств, через которые расплав подается на платино-родиевые фильерные питатели, где происходит формирование элементарных БНВ. Расплав из фидера через платиновое сливное устройство (струйный питатель) с электрообогревом поступает в платиновый фильерный питатель с электрообогревом, в котором из фильер формируется прядь из элементарных непрерывных волокон в виде нитей путем вытягивания их и намотки на тянущее устройство. Прядь элементарных нитей поступает на валковое тянущее устройство, которое наносит замасливатель, после покрытия ее слоем замасливателя нити собираются в одну комплексную нить. Комплексная нить проходя нитераскладывающий аппарат, наматывается на его съемную бобину. По мере намотки бобина с нитью снимается с бобинодержателя наматывающего аппарата и заменяется новой бобиной. На бобинах намоточных аппаратов происходит формирование комплексной нити (КН), которая состоит из 314 элементарных БНВ. Намотанные бобины выдерживаются сутки при нормальных условиях, после чего поступают в отделение перемотки для получения ровинга с необходимым количеством сложений. После перематывания готовый ровинг на бухтах маркируется и оборачивается бумагой, а затем упаковывается в деревянную тару и поступает на состав готовой продукции.

15. Получение графита

Кристаллический графит извлекают из руд методом флотации, руды скрытокристаллический графит используют без обогащения. Исходное сырье для получения графита - нефтяной или металлургический кокс, антрацит и пек. Отдельные частицы исходных углеродных материалов в результате карбонизации при обжиге связываются в монолитное твердое тело, которое затем подвергают графитации (кристаллизации). По одному из методов кокс или антрацит измельчают и смешивают с пеком в определенных соотношениях, прессуют при давлении до 250 Мпа, а затем подвергают обжигу при 1200°С и графитации при нагреве до 2600-3000°С. Для уменьшения пористости полученный графит пропитывают синтетической смолой или жидким пеком. После чего снова подвергают обжигуи графитации. В производстве графита повышенной плотности пропитку, обжиг и графитацию повторяют до пяти раз. Из смеси, содержащей кокс, пек, природный графит и до 20% тугоплавких карбидообразующих элементов, получают рекристаллизованный графит. Исходную шихту нагревают в графитовых прессформах до температуры, на 100-150°С превышающих температуру плавления эвтектической смеси карбида с углеродом, под давлением 40-50 МПа в течении нескольких десятков минут.

Список литературы

1. Технологические процессы в машиностроении Учебник для бакалавров Ярушин С.Г. 2011 - 564 с.

2. Интернет lookmoar.ru

3. Интернет www.findpatent.ru

4. Интернет lasar-analisator.ru

5. Интернет global-katalog.ru

Размещено на Allbest.ru