Випаровування – конденсація

Методом випаровування-конденсаціїотримують дисперсні порошки з розміром частинок 0,03…0,05 мкм.Процес отримання оксиду металу , як і у випадку виробництва порошку молібдену відновленням його оксидів, поєднують з процесом рафінування. Зазвичай процес починають з переробки рудної сировини обпалюванням сіркових руд . Проміжним продуктом є концентрат, який містить 80…90 % оксиду молібдену та домішки оксидів заліза і кислоти силіціуму. Випаровування такого концентрату за температури 1000…1100 ºС з наступною конденсацією продукту випаровування дозволяє отримати дисперсний порошок оксиду молібдену високого ступеня чистоти. Його відновленням у відповідних умовах можна отримувати дисперсні порошки молібдену.

Метод можна застосовувати безпосередньо для отримання дисперсних порошків металів з високою пружністю пару , яка збільшується зі збільшенням температури за експоненційним законом. За певних умов у парогазовій суміші виникають зародки частинок. При цьому величина вільної енергії змінюється на величину

,

де R – радіус зародка; – поверхнева енергія; – зміна вільної енергії при виникненні конденсованої фази.

Виходячи з мінімізованих значень цієї величини, можна оцінити мінімальний радіус зародка, за якого його виникнення буде енергетично вигідним. Значення цього радіуса можна визначити за формулою

.

Знаючи , визначають енергетичний бар’єр, який необхідно подолати системі для виникнення стабільного зародка:

.

Ця величина залежить від пересичення в системі, яке оцінюють співвідношенням р/р₀ , де р – тиск пару в системі; р₀ – рівноважний тиск. Чим більше пересичення (тиск пару в системі більший за рівноважний), тим більша ймовірність виникнення зародка в газопаровій суміші і тим менший його радіус.

Під час випаровування металів у вакуумі на ймовірність виникнення таких зародків також впливає співвідношення розмірів довжини вільного пробігу молекули (атома) і розмірів камери випаровування. Якщо довжина вільного пробігу більша за розміри камери, то зародки в об’ємі камери не виникають, а метал конденсується у вигляді суцільних шарів на твердій поверхні (стінці камери, оснастці тощо).

Форма частинок порошків залежить від швидкості охолодження зародків на поверхні їх конденсації. У разі швидкого охолодження отримують частинки малого розміру сферичної форми. У загальному випадку форма частинок порошків залежить від механізму конденсації. Якщо в основі процесу лежить механізм пара – рідина – кристал , отримують частинки сферичної форми. Унаслідок дії механізму пара – кристал утворюються частинки неправильної форми з огранюванням, яке відповідає мінімальним значенням поверхневої енергії (принцип Кюрі – Вульфа).

Таким чином, методи отримання порошків випаровуванням – конденсацією базуються на формуванні частинок у процесі синтезу на молекулярному рівні, які вміщують процеси газофазного осаджування шляхом фізичного перетворення пари в тверду дисперсну фазу чи завдяки хімічній реакції у газовій фазі. Швидке охолоджування парогазової суміші завдяки подачі холодного струменя чи газу реагенту сприяє утворенню аерозольних дисперсних та ультра дисперсних порошків.

Одним з варіантів отримання таких порошків може бути використання вакуумних установок безперервної дії (рис. 6. 2). Така установка складається з герметичного водоохолоджуваного корпуса 6. Усередині корпуса

розміщені графітовий тигель 8, нижня частина якого слугує випаровувачем. У центрі тигля розміщений патрубок, за допомогою якого підводиться інертний газ. Тигель нагрівається індуктором 9. Простір між тиглем та індуктором для теплоізоляції заповнений графітовою засипкою 10. Рідкий метал , який отримують плавленням вихідного матеріалу в печі 13 , за допомогою барометричної труби 12 подають у випаровувач. Метал випаровується з тигля і кристалізується у вигляді порошку на поверхні водоохолоджуваного обертового кристалізатора. З ножа знімального пристрою 5 по лотку 4 порошок зсипається у конічну частину камери, звідки через шлюз 3 поступає у розвантажувальний бункер 2 з герметичним люком 1. Такий устрій бункера дозволяє проводити в ньому пасивацію отриманого порошку та розвантажувати його без порушення технологічного циклу.

Рис. 6.2. Схема установки безперервної дії для отримання дисперсних

порошків: 1 – герметичний люк; 2 – розвантажувальний бункер;

3 – шлюз; 4 – лоток; 5 – знімальний пристрій; 6 – водоохолоджуваний

обертовий кристалізатор; 7 – корпус; 8 – графітовий тигель (випаровувач);

9 – індуктор; 10 – теплоізоляційна графітова засипка; 11 – патрубок для

підведення інертного газу; 12 – барометрична труба; 13 – плавильна піч