Получение порошков металлов методом газового распыления является относительно простым и дешевым технологическим процессом. При этом, и это важно – уровень “микронности” ограничен энергетическими характеристиками первичного газового потока:
– Размер образующихся частиц зависит от скорости газового потока.
– Размер образующихся частиц зависит от энергетики газового потока.
– Размер образующихся частиц зависит от температуры газового потока.
Наиболее эффективно распыление идёт при температуре газового потока, совпадающего с температурой расплава или выше её, так как вязкость и поверхностное натяжение при этом не претерпевают изменений в процессе дробления струи из-за отсутствия переохлаждения расплава.
Предложение
Анализируя выше поименованные ограничения получается, что для увеличения эффективности процесса получения мелко дисперсионных порошков микронного уровня необходимо увеличивать энергетику, скоростные и температурные характеристики первичного газового потока.
Исходя из выше изложенного, предлагается обратить внимание на детонационные источники энергии в качестве источника первичного высокоскоростного, высокоэнергетического и высокотемпературного
Детонация в атмосферу от одного источника детонационного горения представляет собой взрыв, в котором взрывная волна распространяется со скоростью 2000-3000 м/с, а температура горения достигает 3000-3500 С. Мощность тепловыделения в детонационном фронте на несколько порядка выше дефлаграционного фронта (обычного горения).Продукты детонации обладают огромной кинетической энергией. Теплопередача от продуктов детонации к теплоносителю существенно выше, чем при использовании обычного горения, ввиду огромной конвективной составляющей.
Наиболее подробно принципы работ, виды, типы, особенности, конструктивные исполнения детонационных источников энергии заявлены здесь:
Детонационные источники энергии и технологии
Предлагается для заявленных целей в качестве источника высокотемпературного, высокоскоростного и высокоэнергетического газового потока использовать классическую сферическая детонационно-резонансную горелку, например такого конструктивного исполнения, ссылка:
Детонационно-резонансная горелка.
Конструктивное исполнение по заявляемому способу
Предлагаемое конструктивное исполнения по заявленному способу достаточно просто и выглядит согласно рис. № 3.
Сферическая детонационно-резонансная горелка размещена сверху по центру достаточно габаритного пылеуловительного бункера. Сама горелка имеет конструктивное отличие от классики тем, что дополнительно на наружной части сферического резонатора горелки в центральной части установлена ёмкость с жидким металлом. В ёмкости внизу на выходе установлен клапан регулировки потока подачи жидкого металла. Бункер снабжён по средине пылеуловительными тарелками и нижним затвором для выгрузки мелко дисперсионного порошка металла.
Рис. № 3. Гравитационно-детонационный распылительный способ получения мелко дисперсионных порошков микронного уровня любых металлов из жидких расплавов.
Принцип работы:
Жидкий металл гравитационным способом подаётся в фокус сжатия/разряжения волн детонационного горения классической детонационно-резонансной горелки. Структура потока определяется клапаном регулировки подачи жидкого металла.
Разрушение жидкого металла начинает происходить непосредственно в фокусе формирования следующих друг за другом волн детонационного горения в детонационно-резонансной горелке. Затем частицам жидкого металла придаётся значительное ускорение следующими друг за другом сверхзвуковыми волнами горения/сжатия.
Происходит высоко энергетическое, высокотемпературное и высокоскоростное распыление жидкого металла. Время пребывания частичек металла в волнах горения несоизмеримо мало, поэтому последние не успевают сгореть с образованием оксидов. Продукт распыления оседает в крупногабаритном бункере с встроенными пылеуловительными тарелками.
Заключение:
Предложенный детонационно-распылительный способ получения мелкодисперсных порошков металлов представляет собой перспективное технологическое решение, позволяющее радикально повысить эффективность диспергирования жидких расплавов за счёт использования уникальных характеристик детонационного газового потока. Благодаря высокой температуре, скорости и энергетике продуктов детонации, становится возможным существенно снизить размер частиц металла до микронного и, потенциально, субмикронного уровня, что трудно достижимо при традиционных методах газового распыления.
Использование сферической детонационно-резонансной горелки в сочетании с продуманной системой подачи расплава и пылеуловления позволяет создавать компактную, но мощную установку с высокой производительностью и широкой применимостью на различных этапах порошковой металлургии, аддитивных и нанотехнологий. При этом остаются технические вызовы, связанные с устойчивой работой детонационного источника и требованием к материалам, работающим в экстремальных условиях.
В целом, разработка и внедрение данной технологии может открыть новые горизонты в производстве функциональных порошковых материалов, повысив точность, чистоту и расширив диапазон применимых металлов. Рекомендуется проведение экспериментальных испытаний и опытно-промышленной апробации установки с целью дальнейшей оптимизации процесса и масштабирования для промышленных нужд.
Примечание
Более подробная информация о эффекте, а также сведения о экспериментальных работах, методах визуализации потоков, этапах опытно-конструкторских разработок и вариантах практического применения представлены в авторском исследовательском проекте: **Вихри Хаоса Инновационный шторм идей и экспериментов в науке и технике**.
Официальный ресурс: [https://vihrihaosa.ru]