CC BY
74
УДК 621.365
К.Н. Огурцов, В.В. Чернецов, А.В. Гдалёв
ПЕРСПЕКТИВЫ МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ
В СВЧ УСТАНОВКАХ
Описываются перспективы метода получения ультрадисперсных порошков в СВЧ установках путем испарения и конденсации паров. В работе исследован процесс спекания и нагрева оксида цинка ZnO в СВЧ электромагнитном поле.
Конденсация, ультрадисперсные порошки, наноматериалы, СВЧ нагрев
K.N.Ogurtsov, V.V.Chernetsov, A.V.Gdalyov
PROSPECTS OF THE METHOD OF RECEPTION OF SMALL DISPERSE FILMS IN THE MICROWAVE OVEN INSTALLATIONS
Prospects of a method of reception small disperse films in the microwave oven installations by evaporation and condensation of steams are described. In work sintering and heating process ZnO in the microwave oven an electromagnetic field is investigated.
Condensation, small disperse films, папота!епа^, the microwave oven heating
СВЧ техника прочно вошла в повседневную жизнь и постоянно находит новое применение. Одним из таких применений является получение ультрадисперсных порошков, вплоть до наноразмерных, как правило, конденсационным методом.
Принимая во внимание перспективы применения наноматериалов, остро стоит вопрос увеличения производительности устройств для их получения. Для интенсификации процесса нагрева и испарения исходного материала целесообразно использование энергии СВЧ электромагнитных колебаний.
В основе метода лежит классическая теория, основанная на предположении, что зарождающиеся кластеры новой фазы (наночастицы) описываются моделью сферической жидкой капли. Исходные макротела сначала испаряют, после чего образующийся пар конденсируют до образования наночастиц нужного размера.
Для исследования возможности нагрева с использованием СВЧ энергоподводом была выбрана бытовая СВЧ печь «Электроника С». В качестве нагреваемого объекта использовался цинковый брикет диаметром 45 мм, высотой 32 мм, массой 131 г и плотностью 0,0026 г/мм (рис. 1).
Спекание порошка ZnO в брикет проходило в электропечи БМОЬ 6,7/1300 с использованием пресс-формы, представленныой на рис. 2. Получившийся брикет нагревали в бытовой СВЧ печи «Электроника С» мощностью 700Вт, в тигле из пенодиатомитово-го кирпича КПД - 400 (рис. 3). Применение данного теплоизоляционного материала обусловлено тем, что он практически не поглощает СВЧ энергию. Помимо тигля, в печи размещалась балластная нагрузка в виде стакана со 100 мл воды, которая периодически менялась по мере закипания (каждые 15 минут). Продолжительность нагрева составила 40 минут. За это время брикет из по-
Рис. 1. Цинковый брикет
рошка 2пО нагрелся до температуры 1060 0С.
Данный эксперимент показывает перспективность применения СВЧ электромагнитного поля для нагрева диэлектрика ZnO до высоких температур. В дальнейшем планируется создание вакуумной камеры и применение источников СВЧ энергии мощностью 10 кВт (рис. 4, 5). Все это в совокупности позволит разогреть данный диэлектрик до температуры возгонки, перевода в газообразное состояние с последующей конденсацией на подложке и образования ультрадисперсных порошков.
В результате проведенной работы открывается новое направление в СВЧ электротехнологии - реализация технологических процессов с высокотемпературными фазовыми переходами, позволяющих получить новые материалы; новый метод получения наноматериалов, отличающийся СВЧ энергоподводом к исходному материалу и более высокой производительностью по сравнению с другими электрофизическими методами.
в г
Рис. 2. Процесс получения брикета из порошка ZnO а - пресс-форма в сборе; б - пресс-форма в печи; в - пресс-форма по завершении цикла спекания брикета; г - брикет из порошка цинка
Рис. 3. Процесс нагрева брикета из порошка ZnO энергией СВЧ поля
Рис. 4. Проектируемая СВЧ установка с рупорными излучателями:
1 - рупорная антенна, 2 - рабочая камера, 3 - загрузочное окно
о
С
а б
Рис. 5. СВЧ установка с рупорными излучателями а - вид сбоку, б - вид спереди; 1- рупорная антенна, 2 - рабочая камера,
3 - впускной канал, 4 - дверца рабочей камеры, 5 - футерующий элемент,
6 - выпускной канал
ЛИТЕРАТУРА
1. Отчет по проекту № СГТУ-3813 «Разработка конденсационного метода получения наноматериалов в высокотемпературных СВЧ установках и исследование их электрофизических свойств в широком интервале температур».
2. Физикохимия ультрадисперсных систем / ред. Тананаев. М.: Наука, 1987.
3. Андриевский Р. А. Наноструктурные материалы / Р. А. Андриевский, А.В. Рагуля. М.: Академия, 2005.
4. Губин С.П. Химия кластеров. Основы классификации и строения / С.П. Губин. М.: Наука, 1987. 262 с.
5. Огурцов К.Н. Конденсационный метод получения ультрадисперсных порошков с использованием СВЧ энергоподвода / К.Н.Огурцов, В.В.Чернецов, А.В. Гдалёв // Третья Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Наноинженерия». М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2010. С. 102-105.
BIBLIOGRAPHY
1. The report under the project № SSTU-3813 «Working out condenser a reception method nanomaterials in high-temperature microwave equipments and research of their electrophysical properties in a wide interval of temperatures».
2. Physical-chemistry ultradisperse systems / Ed. Tanaev. M: Science, 1987.
3. Andrievsky R.A. Nanostructural materials / R.A. Andrievsky, A.V.Ragulja. M: Academy, 2005.
4. Gubin S.P. Chemistry of clusters. Bases of classification and structure/ S.P. Gubin. M: Science, 1987. 262 p.
5. Ogurtsov K.N. Condenser method of reception of ultradisperse powders with use of the microwave power supply / K.N. Ogurtsov, V.V. Chernetsov, A.V. Gdalyov // Nanoengineering: The Third All-Russia school-seminar of students, post-graduate students and young scientists in a direction. M: Publishing house of MSTU of N.E. Bauman, 2010. P. 102-105.
Огурцов Константин Николаевич -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизированные электротехнологические установки и системы» Саратовского государственного технического университета Чернецов Владимир Викторович -аспирант кафедры «Автоматизированные элек-
Ogurtsov Konstantin Nicolaevich -
Candidate of Technical Science, Associate Professor of the Department of «Automated Electrical-Technological Plants and Systems» of Saratov State Technical University Chernetsov Vladimir Victorovich -Post-graduate Student of the Department of
тротехнологические установки и системы» Саратовского государственного технического университета
Гдалёв Антон Владимирович -
аспирант кафедры «Автоматизированные элек-тротехнологические установки и системы» Саратовского государственного технического университета
«Automated Electrical-Technological Plants and Systems» of Saratov State Technical University
Gdalyov Anton Vladimirovich-
Post-graduate Student of the Department of «Automated Electrical-Technological Plants and Systems» of Saratov State Technical University
