способ получения порошкового аморфного материала

Формула изобретения

1. Способ получения порошкового аморфного материала, включающий плазменное распыление исходного материала и быстрое охлаждение парогазовой смеси, отличающийся тем, что перед охлаждением осуществляют ускорение нагретой парогазовой смеси до сверхзвуковых скоростей с последующим газодинамическим охлаждением ее при сверхзвуковом истечении смеси через сверхзвуковое сопло.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что истечение смеси осуществляют через сверхзвуковое сопло с высотой критического сечения 0,8 1,0 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении ультрадисперсных порошков с аморфной структурой частиц.

Из предшествующего уровня техники известен способ получения порошковых аморфных материалов (Куницкий Ю. А. Коржик В. Н. и Борисов Ю. С. Некристаллические металлические материалы и покрытия в технике. Киев: Техника, 1988, с. 23 -25), включающий получение расплава материала порошка, диспергирование расплава и охлаждение капель в потоке газообразного или жидкого хладоагента. Диспергирование расплава осуществляется с помощью либо быстровращающегося диска, либо ультразвукового резонатора. Максимальная скорость охлаждения (10⁶ K/c)была достигнута при использовании в качестве хладоагента газообразного гелия.

Недостаток известного способа заключается в том, что он не позволяет получить ультрадисперсные порошки аморфных материалов, т. е. с размером частиц меньше 1 мкМ, что обусловлено возможностями используемых диспергаторов.

Известен также способ получения порошковых аморфных материалов, взятый в качестве прототипа (Быстрозакаленные металлические сплавы/ Под ред. С. Штиба и Г. Варлимонта, М. Металлургия, 1989, с. 214-215), включающий ионное травление подложки, ионно-плазменное распыление материала порошка (мишени) с последующей закалкой на поверхности охлаждаемой подложки.

Недостаток этого способа заключается в том, что он характеризуется низкой производительностью и низким качеством получаемого целевого продукта из-за наличия включений материала подложки в частицах порошка. Кроме того, известный способ предусматривает обязательное ионное травление поверхностей подложки, обеспечивающее образование плотных выступов небольшого размера.

Задача изобретения разработка способа получения ультрадисперсных порошковых аморфных материалов, характеризующихся высокой производительностью и отсутствием в целевом продукте включений кристаллической фазы и примесей.

Задача решена тем, что в способе получения порошковых аморфных материалов, включающем плазменное распыление исходного материала и быстрое охлаждение парогазовой смеси, согласно изобретению, перед охлаждением осуществляют ускорение нагретой парогазовой смеси до сверхзвуковых скоростей с последующим газодинамическим охлаждением ее при сверхзвуковом истечении смеси через сверхзуковое сопло.

Предпочтительно, чтобы истечение парогазовой смеси осуществляется через сверхзвуковое сопло с высотой критического сечения, равной 0,8 1,0 мм.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что частицы порошка не содержат включений ни кристаллической фазы исходного материала, ни примесей, поскольку процесс конденсации из паровой фазы осуществляется в объеме расширяющейся части сверхзвукового сопла, т.е. в отсутствии гетерогенной подложки и при высоких скоростях охлаждения 10⁷ - 10¹⁰ K/c.

Кроме того, использование сверхзвуковых сопел с малой высотой критического сечения позволяет при М>2 обеспечить требуемые скорости охлаждения парогазовой фазы на отрезке длиной 1 2 см по потоку, что существенно снижает весогабаритные параметры устройства, реализующего предложенный способ.

Отсутствие необходимости в специальной подготовке подложек и снятия с них целевого продукта повышает производительность способа по сравнению и прототипом.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображено устройство для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит патрубок 1 для подвода рабочего газа, генератор 2 плазмы, тигель 3 с исходным материалом, сверхзвуковое сопло 4, охлаждаемую камеру 5 с двойными стенками и патрубком 6, охлаждаемую подложку 7.

Способ получения порошковых аморфных материалов осуществляется следующим образом.

Рабочий газ (теплоноситель) подают через патрубок 1 в генератор 2 плазмы. Поток плазменного газообразного теплоносителя, обтекая тигель 3 с исходным материалом, нагревает его. В результате испарения исходного материала образуется однородная парогазовая смесь плазмообразующего рабочего газа и паров исходного материала, которая направляется в сверхзвуковое сопло 4. При этом происходит ускорение парогазовой смеси до сверхзвуковых скоростей. На расширяющемся участке сверхзвукового сопла 4 происходит расширение парогазовой смеси, сопровождающееся резким уменьшением ее температуры (газодинамическое охлаждение).

В результате быстрого охлаждения парогазовой смеси (10⁷ - 10¹⁰ K/c) сначала начинается процесс конденсации паров исходного материала с образованием двухфазного потока, содержащего капли исходного материала размером 0,1 0,5 мкМ. Затем происходит отвердевание капель, причем достигнутые скорости охлаждения обеспечивают подавление кристаллизационных процессов и обеспечивают получение аморфного целевого продукта без включений кристаллической фазы. Для выделения целевого продукта используют фильтры или охлаждаемые подложки 7.

В предпочтительном варианте выполнения сверхзвуковое сопло имеет щелевидную форму с высотой критического сечения H 0,3 + 1 мм. В этом случае при скорости парогазового потока (М>2) происходит конденсация паров и отверждение частиц конденсата на отрезке длиной 1 2 см по потоку, что позволяет существенно уменьшить весогабаритные параметры устройства, реализующего предложенный способ.

Использование предлагаемого способа обеспечивает получение высококачественного аморфного материала с высокой производительностью.