Юридический и фактический:
141730 г. Лобня Московской области ул. Солнечная д.14
Главная
/
Новые разработки
/
Плазмодинамический синтез дисперсных оксидов железа

Плазмодинамический синтез дисперсных оксидов железа

Реализация разработанного совместно со школой энергетики Томского политехнического университета метода плазмодинамического синтеза (ПДС) позволяет эффективно использовать полученные в результате наноматериалы в целях поглощения электромагнитного излучения в широком диапазоне.

Применение покрытий с использованием данной технологии позволит существенно увеличить защиту, в том числе, и многих изделий, выпускаемых промышленностью для нужд ВС РФ.

Производительность установки по производству продуктов синтеза небольшая, но в случае необходимости готовы сотрудничать на взаимовыгодных условиях над скорейшей реализацией проекта создания высокопроизводительного агрегата.

ПЛАЗМОДИНАМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ДИСПЕРСНЫХ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Метод реализуется при использовании импульсного сильноточного высоковольтного (5 кВ) коаксиального магнитоплазменного ускорителя (КМПУ) эрозионного типа с электропитанием от емкостного накопителя энергии (ЕНЭ, 360 кДж). При синтезе оксидов железа электроды КМПУ (центральный электрод и электрод-ствол длиной ≈ 200 мм и диаметром ускорительного канала 12-15 мм) выполнены из стали. Наработка металлического прекурсора (железа) происходит с внутренней поверхности ускорительного канала при протекании разрядного тока электропитания порядка 100 кА в течение импульса длительностью до 1,0 мс. Плазменный выстрел производится в герметичную камеру-реактор, заполненную кислородом при нормальном давлении и температуре. Экспериментальная установка и КМПУ показаны на рисунках 1 и 2. Синтез оксидов железа реализуется при истечении сверхзвуковой струи электроэрозионной плазмы в пространство камеры-реактора. На рисунке 3 приведена фотограмма истечения плазменной струи. На рисунке 4 приведены графики ускорения плазмы в ускорительном канале и затухания скорости фронта головной ударной волны в свободном пространстве.

         Продукт синтеза состоит из 2х фракций: ультрадисперсный порошок и крупные полые сферические частицы. Ультрадисперсная фракция состоит из частиц размером порядка 10-200 нм (рис. 5), а полые сферические частицы имеют размеры от порядка 10 мкм до порядка 100 мкм (рис. 6).

risunok_1_eksperimentalnaya_ustanovka_plazmodinamicheskogo_sinteza_s_emkostnym_impulsnym_istochnikom_pitaniya
Рисунок 1 – Экспериментальная установка плазмодинамического синтеза с емкостным импульсным источником питания.
risunok_2_vneshnij_vid_koaksialnogo_magnitoplazmennogo_uskoritelya

1. хвостовик центрального электрода; 2. металлическая обойма; 3. составной изолятор центрального электрода; 5. внешняя индуктивная система;  7. стальной электрод-ствол (Ст.3)

Рисунок 2 – Внешний вид коаксиального магнитоплазменного ускорителя:

risunok_3_fotogramma_sverhzvukovogo_istecheniya_plazmennoj_strui

1) срез ускорительного канала; 2) косой скачок уплотнения, ограничивающий зону продолжения ствольного течения; 3) висячий скачок; 4) граница струи, ограничивающая, так называемую, первую «бочку»; 5) центральный скачок, «диск Маха»; 6) граница второй «бочки»; 7) головная ударная волна за центральным скачком.

Рисунок 3 – Фотограмма сверхзвукового истечения плазменной струи.

risunok_4_tipichnaya_krivaya_uskoreniya_plazmy_v_uskoritelnom_kanale_i_zatuhaniya_skorosti_fronta_golovnoj_udarnoj_volny_v_s

Рисунок 4 – Типичная кривая ускорения плазмы в ускорительном канале и затухания скорости фронта головной ударной волны в свободном пространстве.

В оптимальных условиях синтеза масса порошкообразного продукта, получаемого при реализации единичного рабочего цикла длительностью около 1,0 мс, равна ~ 15 г.

- Масса полых сферических частиц после промывки в изопропиловом спирте составляет ~ 60 % от массы синтезированного продукта и равна ~ 9 г.

- Для синтеза 100 г порошкообразного продукта в экспериментальных условиях необходимо провести 7 плазменных выстрелов.

 

- Для синтеза 100 г сферических частиц необходимо провести 11 плазменных выстрелов.

risunok_5_rezultaty_prosvechivayushchej_elektronnoj_mikroskopii_vysokogo_razresheniya_produkta_plazmodinamicheskogo_sinteza

а) скопление частиц ультрадисперсной фракции, распыляемой с границы головной ударной волны; б) снимки высокого разрешения характерных частиц в скоплении: 4,75 Å и 2,34 Å – ε-Fe2O3; 2,62 Å – α-Fe2O3.

Рисунок 5 – Результаты просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения продукта плазмодинамического синтеза.

risunok_6_rezultaty_skaniruyushchej_elektronnoj_mikroskopii_promytogo_v_izopropilovom_spirte_materiala

Рисунок 6Результаты сканирующей электронной микроскопии промытого в изопропиловом спирте материала.

На рисунках 7 и 8 показаны рентгеновские дифрактограммы исходного синтезированного продукта и выделенной крупной фракции в виде полых сферических частиц. Фазовый состав исходного синтезированного порошкообразного продукта и выделенной из нее крупной фракции представлен в таблице 1. 

risunok_7_rentgenovskaya_difraktogramma_sintezirovannogo_poroshkoobraznogo_materiala

Рисунок 7Рентгеновская дифрактограмма синтезированного порошкообразного материала.

risunok_8_rentgenovskaya_difraktogramma_polyh_sfericheskih_chastic

Рисунок 8Рентгеновская дифрактограмма полых сферических частиц.

Таблица 1 – Фазовый состав продуктов

Продукт

Исходный материал

Промытый материал

Фазы

ε-Fe2O3

Fe3O4

α-Fe2O3

ε-Fe2O3

Fe3O4

α-Fe2O3

n, %

34,6

35,9

29,5

9,6

49,5

40,9

         На рисунке 9 приведены микроснимки крупной фракции продуктов плазмодинамического синтеза, полученных в различных газовых средах.

risunok_9_rezultaty_skaniruyushchej_elektronnoj_mikroskopii_produktov_plazmodinamicheskogo_sinteza_poluchennyh_v_razlichnyh_

а, г) He/O2, б, д) N2/O2, в, е) Ar/O2.

Рисунок 9Результаты сканирующей электронной микроскопии продуктов плазмодинамического синтеза, полученных в различных газовых средах.​​​

Образцы для измерения поглощения электромагнитного излучения выполнены на основе эпоксидного компаунда при 50%-м наполнении порошкообразными продуктами синтеза, толщиной порядка 1 мм. Измерения коэффициентов поглощения и отражения электромагнитного излучения проведены с применением векторного анализатора цепей N5247A (Agilent) в коаксиальном волноводном тракте (0,1-18 ГГц) и спектрометра терагерцового диапазона СТД-21 (80-180 ГГЦ). На рисунке 10 приведены экспериментальные данные коэффициента поглощения электромагнитного излучения в миллиметровом диапазоне длин волн (от 80 ГГц до 180 ГГц) для образцов, полученных с максимальным содержанием ультрадисперсного оксида железа (эпсилон фаза ε-Fe2O3). Ширина диапазона эффективного поглощения ЭМИ (свыше 90%) составляет 110,0 - 180,0 ГГц с максимумом около 130,0 ГГц.

risunok_10_chastotnyj_spektr_pogloshcheniya_emi

Рисунок 10 - Частотный спектр поглощения ЭМИ.

На рисунке 11 и 12 приведены спектры потерь на отражение образцов на основе полых сферических частиц из магнетита (Fe3O4) размерами порядка 10-100 мкм до и после размола (рис. 11) и спектры потерь выделенных фракций №1, №2, №3 (рис. 12). Фракция 1 – размеры частиц менее 30 мкм, фракция 2 – 30-100 мкм, фракция 3 – более 100 мкм.

Проведенные измерения на образцах с разной толщиной показали, что при толщине образца 2 мм обеспечивается максимально широкая полоса поглощения в диапазоне рабочих частот по уровню -10 дБ. Сравнение спектров потерь на отражение исходного и молотого продукта показывает существенную разницу в эффективности поглощения (рисунок 11). Исходный продукт (образец толщиной 2 мм с коэффициентом наполнения по массе 50%), основу которого составляют частицы сферической формы с полой структурой, проявляет способность поглощения ЭМИ с эффективной шириной полосы поглощения (область, где потери на отражение меньше или равны -10 дБ) почти в 12 ГГц от 3,7 до 15,6 ГГц. Этот эффект обусловлен суперпозицией спектров поглощения образцов на основе отдельных фракций 1, 2 и 3 из полых сферических частиц магнетита (рис. 12).

risunok_11_spektry_poter_na_otrazhenie_dlya_nerazdelennogo_produkta_krupnoj_frakcii_polye_sfery_i_razmolotogo_produkta_krupn
Рисунок 11Спектры потерь на отражение для неразделенного продукта крупной фракции (полые сферы) и размолотого продукта крупной фракции.
risunok_12_spektry_poter_na_otrazhenie_dlya_vydelennyh_frakcij_no1_no2_no3

Рисунок 12Спектры потерь на отражение для выделенных фракций №1, №2, №3.

Контакты
141730 г. Лобня Московской области
ул. Солнечная д.14
Этот сайт использует файлы cookie и метаданные. Продолжая просматривать его, вы соглашаетесь на использование нами файлов cookie и метаданных в соответствии с Политикой конфиденциальности.
Продолжить
Отправьте заявку и наши специалисты перезвонят Вам в течение пяти минут
Оставить заявку
это поле обязательно для заполнения
Строка ввода:
*
это поле обязательно для заполнения
Телефон:
*
это поле обязательно для заполнения
E-mail:
*
это поле обязательно для заполнения
Область ввода:
*
это поле обязательно для заполнения
Я согласен(на) на обработку моих персональных данных
*
Спасибо! Форма отправлена