Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время в связи с созданием новых технологий и материалов значительно усилился интерес к различного рода наносистемам, в том числе и к ультрадисперсным алмазам (УДА). Порошки и гидрозоли УДА применяются, в частности, при создании высокоэффективных композиций для полирования прецизионных поверхностей в оптике, электронике, лазерной технике, для получения электролитических и химических покрытий в машиностроении, в качестве дисперсных антифрикционных и противоизносных добавок в смазках, резинах и твердых композициях, используются в биотехнологии. Их использование в перечисленных технологиях позволяет обеспечивать высокую надежность, снижать материальные и энергетические затраты, решает задачу экономии металлов, в особенности легированных сталей, позволяет получать совершенные поверхности и не нарушенные приповерхностные слои кристаллических и иных материалов высокоточной оптики.
Проблема эффективного использования УДА во всех вышеперечисленных областях состоит в необходимости получения порошка или гидрозоля алмаза с низким содержанием примесей. Содержащиеся в продукте примеси делятся на растворимые, нерастворимые и адсорбированные, а их количество и состав определяются режимами процесса синтеза, первичной химической обработки и последующей глубокой очистки.
В связи с этим, актуальна проблема усовершенствования процесса получения УДА глубокой очистки, а также разработки его аппа-ратурно-технологического оформления. Применение с этой целью электрического поля значительно интенсифицирует процесс очистки и уменьшает потери ценного продукта. Экспериментально доказанная эффективность данного метода потребовала разработки физико-математической модели, которая позволит контролировать степень очистки получаемого продукта в зависимости от условий протекания процесса электрообработки и конструктивных размеров аппарата.
Для проектирования аппаратов электрообработки гидрозолей УДА возникла необходимость разработки методики инженерного расчета.
FOC. 1ілцпипллв<»АЯ БИБЛИОТЕКА
СПтЛгрфаа
Цели исследования:
разработка эффективных процессов и аппаратов для получения УДА глубокой очистки;
теоретические и экспериментальные исследования процесса электроразделения гидрозолей УДА;
разработка инженерной методики расчета аппаратов.
Задачами, соответственными поставленным целям, являлись:
изучение существующих методов очистки и концентрирования высокодисперсных систем применительно к гидрозолям УДА;
экспериментальное исследование влияния частиц твердой фазы на электрофизические и реологические свойства гидрозолей УДА, прошедших кислотную и щелочную обработку;
разработка математического описания процесса электродиализа в мембранных аппаратах при электрообработке гидрозо-лейУДА;
экспериментальное исследование эффективности и оптимизация режимов электромембранных процессов, протекающих при электрообработке гидрозолей УДА;
разработка эффективных аппаратов электрообработки гидрозолей УДА;
усовершенствование технологической линии получения УДА глубокой очистки.
Объект и методы исследования. В настоящей работе объектом
исследования являлись гидрозоли УДА и процессы, проходящие при их электрообработке. В качестве методов исследования использовались аналитический и экспериментальный методы. На базе экспериментов проводили установление адекватности и применимости математической модели электродиализа гидрозолей УДА
Научная новизна:
- определен характер влияния концентрации частиц УДА на
динамическую вязкость, удельную электропроводность дис
персной системы и на протекание процесса электроочистки в
целом;
экспериментально обоснована эффективность процесса глубокой очистки методом электродиализа при концентрации твердой фазы в гидрозоле не более 1% масс;
разработана физико-математическая модель электрообработки гидрозолей УДА в потенциостатическом режиме в области «запредельных» токов, позволяющая прогнозировать изменение концентрации растворимых примесей в зависимости от напряженности электрического поля, конструктивных параметров аппарата и времени процесса;
на основании экспериментальных исследований получены значения электрических параметров и эмпирических коэффициентов, обеспечивающих оптимальный режим электрообработки гидрозолей УДА
Практическая ценность:
на основании аналитических и экспериментальных исследований определены оптимальные параметры процесса и выведена зависимость, связывающая геометрические параметры установки со свойствами обрабатываемой дисперсной системы и управляющими электрическими воздействиями;
разработана методика инженерного расчета аппаратов элек
тромембранной очистки и сгущения гидрозолей УДА;
усовершенствована технологическая линия получения УДА
глубокой очистки, отличающаяся от действующей более
ВЫСОКОЙ производительностью и меньшими
энергетическими затратами.
Реализация работы. Результаты работы использованы в лаборатории ультрадисперсных алмазов ФГУП «ФНГТЦ «Алтай» (г. Бийск) для получения УДА глубокой очистки.
Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы обсуждались на I Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Материалы и технологии XXI века» (Бийск, 2000); I Всероссийской научно-технической конференции «Измерения, автоматизация и моделирование
в промышленности и научных исследованиях» (Бийск, 2000); научно-практической конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетия» (Томск, 2000); межрегиональной конференции «Высокоэнергетические процессы и наноструктуры материалов (Ста-веровские чтения)» (Красноярск, 2001); I, II, III межрегиональных научно-практических конференциях «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» (Бийск, 2001, 2002, 2003); VI Всероссийской конференции «Физико-химия ультрадисперсных материалов» (Москва, 2002); международном симпозиуме «Детонационные наноалмазы: получение, свойства, применение» С-Петербург, 2003); Всероссийской научно-технической конференции «Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение (Ставе-ровские чтения)» (Красноярск, 2003).
На защиту выносятся:
результаты экспериментального исследования влияния частиц УДА на электрофизические и реологические свойства гидрозо-лейУДА;
результаты теоретических и экспериментальных исследований эффективности и оптимизации режимов процесса электроразделения гидрозолей УДА;
разработанная модель процесса электрообработки, описывающая зависимость между конструктивными размерами аппарата, физическими свойствами дисперсной системы и электротески-ми параметрами;
методика инженерного расчета аппаратов для электрообработки гидрозолей;
усовершенствованная технологическая линия получения УДА глубокой очистки.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
четырех разделов, основных выводов и результатов, списка литературы из 104 наименований и содержит 121 страницу машинописного текста
