Разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства
Разработана энергосберегающая технология получения термо- и химически стойких металлокерамических фильтров методом реакционного спекания порошковых компонентов в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в поле центробежных сил. Исследованы СВС-процессы взаимодействия в сист...
Saved in:
| Date: | 2011 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2011
|
| Series: | Наука та інновації |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115738 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства / В.С. Полищук, М.И. Еремина, Ю.А. Алехов, К.И. Доценко, Г.С. Яценко, Ф.Н. Сагдеева, И.Н. Волошанович, В.И. Лукьянова, В.В. Уляшова // Наука та інновації. — 2011. — Т. 7, № 5. — С. 59-65. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-115738 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1157382017-04-12T03:02:30Z Разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства Полищук, В.С. Еремина, М.И. Алехов, Ю.А. Доценко, К.И. Яценко, Г.С. Сагдеева, Ф.Н. Волошанович, И.Н. Лукьянова, В.И. Уляшова, В.В. Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Разработана энергосберегающая технология получения термо- и химически стойких металлокерамических фильтров методом реакционного спекания порошковых компонентов в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в поле центробежных сил. Исследованы СВС-процессы взаимодействия в системах алюминий–никель, алюминий–кобальт, алюминий–железо, титан–углерод–азот, титан–азот. Установлены оптимальные составы исходных компонентов, режимы высокотемпературных СВС-процессов, обеспечивающих получение металлокерамических фильтров с повышенной устойчивостью в экстремальных условиях работы. Создано производство металлокерамических фильтров различных модификаций. Розроблена енергозберігаюча технологія отримання термо- і хімічно стійких металокерамічних фільтрів методом реакційного спікання початкових компонентів в режимі самопоширюваного високотемпературного синтезу (СВС) в полі відцентрових сил. Досліджені СВС-процеси взаємодії в системах алюміній—нікель, алюміній—кобальт, алюміній—залізо, титан—вуглець—азот, титан—азот. Встановлені оптимальні сполуки початкових компонентів, режими високотемпературних СВС-пр оце сів, що забезпечують отримання металокерамічних фільтрів з підвищеною стійкістю для роботи в екстремальних умовах. Створено виробництво металокерамічних фільтрів різних модифікацій. The energy saving technology for thermo and chemical-resistant metal-ceramic filters obtaining by reaction sintering of the initial components in self-propagating high temperature synthesis (SHS) in centrifugal force field is developed. Interaction SHS processes in the systems of alu mi nium— nickel, aluminium—cobalt, aluminium—iron, titanium— carbon—nitrogen, titanium—nitrogen are investigated. The op timum compounds of initial components, modes of the high-temperature conditions SHS-processes that provide metal-ceramic filters with increased stability in extreme conditions are established. Production of metal-ceramic filters of various modifications is created. 2011 Article Разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства / В.С. Полищук, М.И. Еремина, Ю.А. Алехов, К.И. Доценко, Г.С. Яценко, Ф.Н. Сагдеева, И.Н. Волошанович, В.И. Лукьянова, В.В. Уляшова // Наука та інновації. — 2011. — Т. 7, № 5. — С. 59-65. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin7.05.059 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115738 ru Наука та інновації Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| spellingShingle |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Полищук, В.С. Еремина, М.И. Алехов, Ю.А. Доценко, К.И. Яценко, Г.С. Сагдеева, Ф.Н. Волошанович, И.Н. Лукьянова, В.И. Уляшова, В.В. Разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства Наука та інновації |
| description |
Разработана энергосберегающая технология получения термо- и химически стойких металлокерамических
фильтров методом реакционного спекания порошковых компонентов в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в поле центробежных сил. Исследованы СВС-процессы взаимодействия в системах алюминий–никель, алюминий–кобальт, алюминий–железо, титан–углерод–азот, титан–азот. Установлены оптимальные составы исходных компонентов, режимы высокотемпературных СВС-процессов, обеспечивающих получение металлокерамических фильтров с повышенной устойчивостью в экстремальных условиях работы. Создано
производство металлокерамических фильтров различных модификаций. |
| format |
Article |
| author |
Полищук, В.С. Еремина, М.И. Алехов, Ю.А. Доценко, К.И. Яценко, Г.С. Сагдеева, Ф.Н. Волошанович, И.Н. Лукьянова, В.И. Уляшова, В.В. |
| author_facet |
Полищук, В.С. Еремина, М.И. Алехов, Ю.А. Доценко, К.И. Яценко, Г.С. Сагдеева, Ф.Н. Волошанович, И.Н. Лукьянова, В.И. Уляшова, В.В. |
| author_sort |
Полищук, В.С. |
| title |
Разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства |
| title_short |
Разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства |
| title_full |
Разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства |
| title_fullStr |
Разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства |
| title_full_unstemmed |
Разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства |
| title_sort |
разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115738 |
| citation_txt |
Разработка и исследование термо- и химически стойких металлокерамических фильтров и создание энергосберегающей технологии их производства / В.С. Полищук, М.И. Еремина, Ю.А. Алехов, К.И. Доценко, Г.С. Яценко, Ф.Н. Сагдеева, И.Н. Волошанович, В.И. Лукьянова, В.В. Уляшова // Наука та інновації. — 2011. — Т. 7, № 5. — С. 59-65. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| series |
Наука та інновації |
| work_keys_str_mv |
AT poliŝukvs razrabotkaiissledovanietermoihimičeskistojkihmetallokeramičeskihfilʹtrovisozdanieénergosberegaûŝejtehnologiiihproizvodstva AT ereminami razrabotkaiissledovanietermoihimičeskistojkihmetallokeramičeskihfilʹtrovisozdanieénergosberegaûŝejtehnologiiihproizvodstva AT alehovûa razrabotkaiissledovanietermoihimičeskistojkihmetallokeramičeskihfilʹtrovisozdanieénergosberegaûŝejtehnologiiihproizvodstva AT docenkoki razrabotkaiissledovanietermoihimičeskistojkihmetallokeramičeskihfilʹtrovisozdanieénergosberegaûŝejtehnologiiihproizvodstva AT âcenkogs razrabotkaiissledovanietermoihimičeskistojkihmetallokeramičeskihfilʹtrovisozdanieénergosberegaûŝejtehnologiiihproizvodstva AT sagdeevafn razrabotkaiissledovanietermoihimičeskistojkihmetallokeramičeskihfilʹtrovisozdanieénergosberegaûŝejtehnologiiihproizvodstva AT vološanovičin razrabotkaiissledovanietermoihimičeskistojkihmetallokeramičeskihfilʹtrovisozdanieénergosberegaûŝejtehnologiiihproizvodstva AT lukʹânovavi razrabotkaiissledovanietermoihimičeskistojkihmetallokeramičeskihfilʹtrovisozdanieénergosberegaûŝejtehnologiiihproizvodstva AT ulâšovavv razrabotkaiissledovanietermoihimičeskistojkihmetallokeramičeskihfilʹtrovisozdanieénergosberegaûŝejtehnologiiihproizvodstva |
| first_indexed |
2025-07-08T09:18:16Z |
| last_indexed |
2025-07-08T09:18:16Z |
| _version_ |
1837069813303738368 |
| fulltext |
59
Наука та інновації. 2011. Т. 7. № 5. С. 59—65.
© В.С. ПОЛИЩУК, М.И. ЕРЕМИНА, Ю.А. АЛЕХОВ,
К.И. ДОЦЕНКО, Г.С. ЯЦЕНКО, Ф.Н. САГДЕЕВА,
И.Н. ВОЛОШАНОВИЧ, В.И. ЛУКЬЯНОВА,
В.В. УЛЯШОВА, 2011
В.С. Полищук, М.И. Еремина, Ю.А. Алехов, К.И. Доценко,
Г.С. Яценко, Ф.Н. Сагдеева, И.Н. Волошанович, В.И. Лукьянова, В.В. Уляшова
НТЦ «Реактивэлектрон» НАН Украины, Донецк
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ
ТЕРМО- И ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИХ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ
ФИЛЬТРОВ И СОЗДАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ
ТЕХНОЛОГИИ ИХ ПРОИЗВОДСТВА
Разработана энергосберегающая технология получения термо- и химически стойких металлокерамических
фильтров методом реакционного спекания порошковых компонентов в режиме самораспространяющегося высо-
котемпературного синтеза (СВС) в поле центробежных сил. Исследованы СВС-процессы взаимодействия в систе-
мах алюминий–никель, алюминий–кобальт, алюминий–железо, титан–углерод–азот, титан–азот. Установлены оп-
тимальные составы исходных компонентов, режимы высокотемпературных СВС-процессов, обеспечивающих по-
лучение металлокерамических фильтров с повышенной устойчивостью в экстремальных условиях работы. Создано
производство металлокерамических фильтров различных модификаций.
К л ю ч е в ы е с л о в а: фильтрующий элемент, пористые композиционные материалы, самораспространяющийся
высокотемпературный синтез, реакционное спекание, технология очистки.
В металлургической, машиностроительной,
химической, коксохимической и энергетичес-
кой отраслях большое значение имеет очистка
воздуха, рабочих жидкостей и газов от твер-
дых частиц. Используемые металлические сет-
ки, хлопчатобумажные ткани, ткани из лавса-
на и другие распространенные материалы да-
леко не всегда отвечают современным требо-
ваниям к задерживающей и пропускной спо-
соб ности, стойкости в агрессивных средах,
воз можности работать при высоких темпера-
турах. Кроме того, такие материалы не долго-
вечны, их сложно регенерировать, вследствие
чего нельзя использовать их многократно. В
большей степени отвечают требованиям про-
мышленности металлокерамические фильтры.
Благодаря волнообразному и многослойному
устройству пор в теле фильтрующего элемен-
та металлокерамические фильтры задержива-
ют мелкие частицы лучше, чем фильтроваль-
ная ткань. Вместе с тем они более прочны и
эластичны, по сравнению с керамическими,
лучше выдерживают высокое давление и ко-
лебания температуры, они тепло- и электро-
проводны, стерильны. Их можно изготовить
коррозионно- и жаростойкими.
Металлокерамические фильтры используют-
ся в ряде технологических процессов с высо-
ким эффектом. Они обеспечивают качествен-
ное фильтрование горючего, смазочного мас-
ла, воздуха и выхлопных газов в двигателях
внутреннего сгорания, что повышает их КПД
и срок службы, уменьшает затраты горючего и
масла, улучшает атмосферу больших городов.
Металлокерамические фильтры могут эффек-
тивно использоваться для задержания вред-
60 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 5, 2011
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
ных выбросов на теплоэлектростанциях, зна-
чительно улучшая экологическую обстановку
окружающей среды.
Таким образом, металлокерамические филь-
тры имеют хорошую перспективу использова-
ния в самых разнообразных областях техники
и производства, обладая целым комплексом
преимуществ перед керамическими, волокон-
ными, сетчатыми и тканевыми фильтрами.
Металлокерамические фильтры получают
по классической технологии путем уплотне-
ния металлических порошков на прессах или
на прокатных станах с дальнейшим спеканием
в вакууме в восстановительной или инертной
среде. Этот процесс характеризуется высокой
трудо- и энергоемкостью. Кроме того, при та-
кой технологии затруднено получение филь-
тровальных элементов с высокой пористостью
и пропускной способностью, которые в ряде
случаев принципиально важны.
Нами исследовалась возможность получения
металлокерамических фильтров путем фор мо-
вания и реакционного спекания порошковой
массы в режиме СВС-процесса в поле цент-
робежных сил. Суть разрабатываемого ме тода
состоит в том, что из смеси порошковых ком-
понентов, образующих интерметаллические или
тугоплавкие соединения с достаточно значи-
тельным тепловым эффектом, в поле центро-
бежных сил формируются металлокерамичес-
кий элемент. Образование прочного пористого
тела фильтра обеспечивается за счет быстро-
течного реакционного спекания компонентов
в режиме СВС-процесса [1—9].
При выборе объектов исследований учиты-
валась величина теплоты реакции образования
интерметаллидов или тугоплавких соединений,
позволяющая реализовать СВС-процесс, их хи-
мические и физико-механические свойства.
На ми были выбраны следующие системы: Al—
Ni, Al—Co, Al—Fe, Ti—N, Ti—C—N. Экспери-
менты, проведенные с системой Al—Fe, пока-
зали, что стабильный СВС-процесс в ней не
реализуется из-за недостаточной экзотермич-
ности реакции.
Для исследования СВС-процесса и получе-
ния образцов фильтрующих элементов ис-
пользовали мелкодисперсные порошки карбо-
нильного железа, никеля и кобальта, порошок
алюминия марки ПА-ВЧ и порошок титана
марки ПТОМ.
Технологическая схема получения опытных
образцов показана на рис. 1. В цилиндрический
реактор загружали смесь порошков и при по-
Рис. 1. Схема технологического СВС-процесса получения
фильтроэлементов в поле центробежных сил: 1 — вра-
щающийся реактор; 2 — шаровая мельница; 3 — поддон;
4, 5 — весы; 6 — вибропитатель; 7 — устройство иниции-
рования электродуги; 8 — шаблон для выравнивания
слоя шихты; 9 — трансформатор; 10 — вентилятор; 11,
12 — вытяжные зонты
Рис. 2. Этапы СВС—процесса получения трубчатого фи-
льтроэлемента в поле центробежных сил: а — через 5 с;
б — через 10 с; в — через 15 с; г — через 20 с после иници-
ирования СВС-процесса
61ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 5, 2011
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
мощи электропривода приводили его во вра ща-
тельное движение. За счет центробежных сил
порошковая смесь равномерно распределялась
на внутренней стенке реактора. Затем при по-
мощи электрического разряда инициировали
СВС-процесс. Фронт СВС-процесса пе ре ме-
щал ся по объему образца за 20—30 с (рис. 2).
При этом температура реакционной массы до-
стигала 1500—2000 °С. Такая температура удер-
живается 5—7 мин. Затем снижение темпера-
туры реакционной массы до 150—200 °С про-
исходило за 10—15 мин. По достижении ком-
натной температуры образцы извлекались из
реактора. Все опыты по получению образцов
фильтрующих элементов проводились на воз-
духе. Внешний вид опытных образцов фи льт-
рующих элементов показан на рис. 3, а их гео-
метрические параметры — в табл. 1.
Полученные образцы подвергали химичес-
кому и рентгенофазовому анализу, определя-
ли их плотность и пористость, испытывали на
задерживающую и пропускную способность
при фильтровании жидкостей и газов, их хи-
мическую стойкость в агрессивных средах,
термическую стойкость на воздухе.
Структуру образцов исследовали на цифро-
вом металлографическом микроскопе ММО-
600. Химический состав образцов определяли
на рентгеновском кристалл-дифракционном
спектрометре «Спрут-В». Содержание элемен-
тов в образце определяли по интенсивности
линий Fe—Kα1 (1,936 Å); Co—Kα1 (1,788 Å);
Ni—Kα1 (1,657 Å); Al—Kα1 (8,339 Å); Ti—Kα1
(2,748 Å). Значение относительного стандарт-
ного отклонения (Sr) при n = 6 и P = 95 не пре-
вышали 0,05. Рентгенофазовый анализ образ-
цов проводился на дифрактометре ДРОН-3 с
медным отфильтрованным излучением.
Пропускную и задерживающую способнос-
ти полученных образцов определяли по ГОСТ
Р50554-93 на установке, схема которой пока-
зана на рис. 4.
Прочность фильтроэлементов определяли
по ГОСТ Р50554-93. Во всех случаях давле-
ние разрушения фильтроэлементов превыша-
ло 25 кг/см2, что позволяет применять их в
технических средствах, работающих при вы-
соких давлениях.
Газодинамические характеристики фильтро-
элементов в потоке воздуха для материалов раз-
Рис. 3. Фильтроэлементы, полученные реакционным
спеканием в поле центробежных сил
Рис. 4. Схема установки для испытания газодинамичес-
ких характеристик фильтроэлементов: 1 — компрессор,
2 — регулировочный кран, 3 — манометр, 4 — испытывае-
мый фильтроэлемент, 5 — ротаметр
Таблица 1
Размеры опытных образцов фильтроэлементов
систем Al—Ni и Ti—C—N, полученных реакционным
спеканием в поле центробежных сил
№ пор. Диаметр, мм Высота, мм
Толщина стенки,
мм
1
2
3
300
146
40
345
90
94
15
6
3
62 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 5, 2011
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Рис. 6. Зависимость скорости прохождения потока воды
через поры фильтроэлементов от перепада давления. Ис-
ходные порошковые материалы для изготовления филь-
троэлементов те же, что и на рис. 5
терметаллида Al—Co, имеет меньшую порис-
тость и, следовательно, более высокое сопротив-
ление потоку воздуха по сравнению с фильтро-
элементами, состоящими из карбонитрида Ti—
С—N и интерметаллида Al—Ni.
Гидродинамические характеристики филь-
трующих элементов определяли аналогичным
образом. Испытанию подвергались фильтрую-
щие элементы из разных материалов, каждый
из которых имел экстремальные характерис-
тики по механической прочности и пористос-
ти. Гидродинамические характеристики филь-
трующих элементов, полученные при фи льт-
ра ции воды для материалов с различным хи-
мическим составом, показаны на рис. 6.
Видно, что скорость прохождения потока во-
ды через фильтрующие элементы растет прямо
пропорционально перепаду давления. Наклоны
кривых на рис. 6 в координатах «перепад давле-
ния — скорость потока» для различных матери-
алов отличаются. Их отличие также связано, в
основном, с разной величиной размера пор и
пористостью фильтроэлементов [10—13].
Наибольший интерес представляют филь-
троэлементы на основе нитридов и карбонит-
ридов титана, т.к. они обладают целым рядом
положительных качеств: высокой пропускной
способностью, щелоче- и кислотостойкостью.
Процесс азотирования титана отличается ря-
дом особенностей [15]. Титан обладает высокой
активностью по отношению к азоту, а величина
тепла реакции образования нитрида титана (334
кДж/моль) в 10 раз превышает теплоту плавле-
ния титана. Поэтому в начальный период при
интенсивном химическом взаимодействии мо-
жет наблюдаться плавление металла и образо-
вание проплавов в слое фильтроэлемента, что и
наблюдалось нами в реальных условиях.
В системе Ti—N существуют две нитридные
фазы — тетрагональная Ti2N (ε-фаза) и гране-
центрированная кубическая TiN (δ-фаза), с
широкой областью гомогенности. Образова-
ние этих фаз в твердом состоянии идет по пе-
ритектической реакции при 1083 °С и с учас-
тием жидкой фазы при 1995 °С и 2345 °C [14].
Рис. 5. Зависимость скорости прохождения потока воз-
духа через фильтрующий элемент от перепада давления.
Исходные порошковые материалы для изготовления
фильтроэлементов: 1 — 90 % Тi, 10 % сажа, пористость —
63 %; 2 — 85 % Ni, 15 % Al, пористость — 55 %; 3 — 47 % Со,
53 % Al, пористость — 51,4 %
личного химического состава представлены на
рис. 5. Видно, что скорость прохождения потока
воздуха через фильтрующий элемент растет
прямо пропорционально перепаду давления.
Наклоны кривых на рис. 5 в координатах «пере-
пад давления — скорость прохождения газа» для
различных материалов отличаются. Их отличие
связано, в основном, с разной величиной порис-
тости. Фильтрующий элемент, состоящий из ин-
63ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 5, 2011
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Нитрид титана (TiN) представляет собой хи-
мически инертное вещество, проводящее элек-
трический ток значительно лучше металличес-
ко го титана, что в ряде случаев (особенно при
возможности образования статического элек-
тричества) весьма существенно.
Нами также были исследованы фильтрующие
элементы, полученные в СВС-процессе при вза-
имодействии смеси титана с 10 % масс. углерода
(сажи) на воздухе, а также при взаимодействии
порошка титана с азотом в замкнутом объеме.
Физико-химические характеристики получен-
ных фильтрующих элементов представлены в
табл. 2. Кажущаяся плотность фильтроэлемен-
тов, полученных в поле центробежных сил, со-
ответствует кажущейся плотности фильтроэле-
ментов, уплотненных в цилиндрической пресс-
форме при давлении прессования 0,3 т/см2.
Полученные фильтроэлементы при взаимо-
действии титана с атмосферой воздуха были
многослойными. По данным рентгеновского
анализа белый внешний слой, покрывающий
образцы со всех сторон, представлял собой
TiO2 (рутил). Темный слой, находящийся под
внешним, состоял из TiN с небольшим коли-
чеством TiO2 (рутил) и следами Ti2O. Сердце-
вина образца состояла из TiN и Ti2O. Такая
слоистая структура фильтроэлементов объяс-
няется тем, что процесс азотирования и окис-
ления титана на воздухе происходит одновре-
менно. Так как кислород более активен, на по-
верхности образца образуется слой оксида ти-
Таблица 2
Физико-химические характеристики фильтрующих элементов, полученных в СВС-процессе
Химический
состав исходной
смеси, % масс.
Продолжи-
тельность
СВС-
процесса,
с
Давление
уплотнения,
т/см2
Кажущая-
ся плот-
ность,
г/см3
Открытая
порис-
тость, %
Фазовый
состав,
% масс.
Химическая стойкость
Жаростой-
кость, %
Кислотостой-
кость,
% (HNO3
конц., Ткип,
τ = 1 ч)
Щелочестой-
кость, %
(50% NaOH,
Ткип,
τ = 1 ч)
Ti — 90,
TiN — 10
8 0,3 1,9 55,8 TiN, Ti2O,
Ti2N,
α-Ti (следы)
99,5 98 9,2
Ti — 90,
сажа — 10
18 0 1,5 61,6 TiN0,52С0,48
TiN0,31С0,69
99,0 99,5 13,3
Ti — 90,
сажа — 10
20 0,3
В поле
центробеж-
ных сил
1,9 54,1 TiN0,58С0,42
TiN0,54С0,46
TiN0,93С0,07
97,0 99,6 13,3
Niкарб. — 80,
Al ПА-ВЧ — 20
10 1 3,59 45,9 AlNi,
Al3Ni
18,4 99,2 1,41
Niкарб. — 80,
Al ПА-ВЧ — 20
20 0,3
В поле
центробеж-
ных сил
2,58 60,9 AlNi,
Al3Ni
14,0 99,3 0,5
Niкарб. — 80,
Al ПА-ВЧ — 20
20 0 2,26 65,8 AlNi,
Al3Ni
29,6 99,3 0,5
Coкарб. — 47,
Al ПА-ВЧ — 53
10 0,3
В поле
центробеж-
ных сил
1,75 51,4 Al Co 0 51,3 0,4
64 ISSN 1815-2066. Science and Innovation. T. 7, № 5, 2011
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
тана. Фильтроэлемент, полученный в среде
чис того азота, также слоистый.
Внешний слой фильтроэлемента представ-
лял собою практически однофазный TiN с не-
большим количеством Ti2O и Ti2N, а также
примесями α-Ti. Внутренний слой фильтро-
элемента — это практически однофазный TiN
с небольшими примесями Ti2N. По данным
химического анализа содержание азота в ус-
редненном образце составляет 14,4 % масс.
Фильтроэлементы, полученные на воздухе из
смеси Ti + С, также многослойны, хотя и более
однородны. Как показал рентгеноструктурный
анализ, поверхностный слой состоит из твердо-
го раствора карбонитрида титана, соответству-
ющего по составу TiN0,8С0,2. Под ним рас по ла-
гается слой, представляющий собой однофаз-
ный карбонитрид состава TiN0,4С0,6. В нем в не-
больших количествах присутствует TiN и следы
α-Ti. По данным химического анализа со дер жа-
ние азота в образце составляет 7,1 % масс.
Несмотря на неоднородность и многофазность
полученных фильтровальных образцов, они об-
ладают рядом качеств, обеспечивающих возмож-
ность их широкого использования в различных
областях техники. Пористость всех исследован-
ных фильтроэлементов нитридов и карбонитри-
дов титана составляет 55—60 %. Они имеют до-
статочно высокую задерживающую и пропуск-
ную способность, обладают высокими кислото- и
щелочестойкими свойствами (80—99 %). Жарос-
тойкость также достаточно высокая — 8—13 %.
Технология получения металлокерамических
фильтрующих элементов методом реакционного
спекания с использованием самораспространяю-
щегося высокотемпературного синтеза внедрена
на опытном производстве НТЦ «Реактивэлект-
рон» НАН Украины, а фильтры, полученные по
этой технологии, были испытаны в производс-
твенных условиях и показали высокие задержи-
вающую и пропускную способности, а также воз-
можность их многократной регенерации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработана высокопроизводительная энер-
госберегающая технология получения метал-
локерамических фильтров с высокими эксп лу-
а тационными характеристиками. Технология
позволяет в широких пределах управлять хи-
мическим и фазовым составами фильтров, их
физико-механическими свойствами и стойкос-
тью в различных агрессивных средах. Разрабо-
тан ный способ позволяет получать фильтро-
элементы различных форм и размеров.
Равномерное и мягкое воздействие центро-
бежных сил на порошковый слой исходных
компонентов в процессе формования и спека-
ния фильтра исключает образование неодно-
родностей и трещин.
Реализация процессов формования и реак-
ционного спекания порошковой массы позво-
ляет достигать экстремальных значений порис-
тости и пропускной способности фильтров. Та-
кие металлокерамические фильтры поддаются
регенерации путем растворения улавливаемых
частиц щелочью или кислотой, обратным то-
ком промывных жидкостей или воздуха.
Высокая жаростойкость фильтровальных
образцов, состоящих из интерметаллида Al—
Ni, делает их весьма перспективными для очис-
тки дымовых газов.
Высокие задерживающая и пропускная спо-
собности разработанных фильтроэлементов
пре допределяют перспективность их испо-
ль зования в машиностроении для очистки
масел, эмульсий, газов с многократной реге-
нерацией.
ЛИТЕРАТУРА
1. Левашов Е.А., Рогачев А.С., Юхвид В.И., Боровинская
И.П. Физико-химические и технологические основы
самораспространяющегося высокотемпературного
синтеза. — М.: Бином, 1999. — 176 с.
2. Мержанов А.Г. Процессы горения и синтез материа-
лов. — Черноголовка: ИСМАН, 1998. — 512 с.
3. Шаривкер С.Ю., Мержанов А.Г. СВС-порошки и их
технологическая переработка. — Черноголовка:
ИСМАН, 2000. — 123 с.
4. Мержанов А.Г. Твердопламенное горение. — Черно-
головка: ИСМАН, 2000. — 224 с.
5. Самораспространяющийся высокотемпературный син-
тез: теория и практика. — Черноголовка: Территория,
2001. — 432 с.
65ISSN 1815-2066. Наука та інновації. T. 7, № 5, 2011
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
6. Концепция развития cамораспространяющегося вы-
сокотемпературного синтеза как области научно-тех-
нического прогресса. — Черноголовка: Территория,
2003. — 368 с.
7. Пат. 1826933 СССР, В 22 F 3/10, С 22 С 1/08, 1/04 Спо-
соб получения пористых изделий из порошковых мате-
риалов: Пат.1826933 СССР, В 22 F 3/10, С 22 С 1/08, 1/04
Полищук В.С., Печук С.Э., Дудко Г.Ф. (СССР)-
5021853/02: Заявл. 31.01.92; Опубл. 07.07.93, Бюл. № 25.
8. Пат. 1817733 СССР, В 22 F 1/00, C 22 C 1/08, 19/00,
1/09 Шихта на основе никеля для получения порис-
того материала самораспространяющимся высоко-
температурным синтезом: Пат. 1817733 СССР, В 22
F 1/00, С 22 С 1/08, 19/00, 1/09 Полищук В.С., Пе-
чук С.Э., Дудко Г.Ф. (СССР)— 5021854/02; Заявл.
31.01.92; Опубл.23.05.93, Бюл. №19.
9. Пат. 1814796 СССР, В 22 F 1/00, C 22 C 1/08, С 22 С
19/00 Шихта на основе никеля для получения порис-
того материала самораспространяющимся высокотем-
пературным синтезом: Пат. 1814796 СССР, В 22 F 1/00,
С 22 С 1/08, С 22 С 19/00 Полищук В.С., Печук С.Э.,
Дудко Г.Ф. (СССР) — 5021855/02; Заявл. 31.01.92.
10. Евстигнеев В.В., Новоселов А.А., Пролубников В.И., Ту-
балов Н.П. Моделирование процессов очистки отра-
ботавших газов химических производств и дизель-
ных агрегатов от твердых частиц СВС-фильтрами //
Известия Томского политехнического университе-
та. — 2005. — Т. 308, — № 1. — С. 138—143.
11. Евстигнеев В.В., Колесников Д.В., Пролубников В.И и
др. Методика определения гидравлического сопро-
тивления пористых СВС-материалов // Ползуновс-
кий вестник. — 2005. — № 2. — С. 277.
12. Гейнеман А.А., Гончаров В.Д., Щетинкина Н.Ю. Очистка
газовых и жидких сред металлокерамическими СВС-
фильтрами // Известия Томского политехнического
университета. — 2007. — Т. 311, № 2. — С. 146—150.
13. Процессы очистки отработавших газов химических
производств и дизельных агрегатов от твердых час-
тиц фильтрами, изготовленными по СВС-техноло-
гиям // Автореф. дис. канд. техн. наук, 05.17.08. —
Томск, 2003. — 21 с.
14. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных метал-
лических систем. — М: Машиностроение, 1996. —
Т. 1. — 992 с.
15. Полищук В.С. Интенсификация процессов получе-
ния карбидов, нитридов и композиционных матери-
алов на их основе // Севастополь—Донецк: Вебер,
2003. — 327 с.
В.С. Поліщук, М.І. Єрьоміна, Ю.О. Альохов,
К.І. Доценко, Г.С. Яценко, Ф.Н. Сагдєєва,
І.М. Волошановіч, В.І. Лук’янова, В.В. Уляшова
РОЗРОБКА І ДОСЛІДЖЕННЯ
ТЕРМО- І ХІМІЧНО СТІЙКИХ ФІЛЬТРУЮЧИХ
ЕЛЕМЕНТІВ ТА ВПРОВАДЖЕННЯ
ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧОЇ ТЕХНОЛОГІЇ
ЇХ ВИРОБНИЦТВА
Розроблена енергозберігаюча технологія отримання тер-
мо- і хімічно стійких металокерамічних фільтрів методом
реакційного спікання початкових компонентів в режимі са-
мопоширюваного високотемпературного синтезу (СВС) в
полі відцентрових сил. Досліджені СВС-процеси взаємодії в
системах алюміній—нікель, алю мі ній—кобальт, алюміній—
залізо, титан—вуглець—азот, ти тан—азот. Встановлені оп-
тимальні сполуки початкових компонентів, режими висо-
котемпературних СВС-пр оце сів, що забезпечують отри-
мання металокерамічних фільтрів з підвищеною стійкістю
для роботи в екстремальних умовах. Створено виробни-
цтво металокерамічних фільтрів різних модифікацій.
Ключові слова: фільтруючий елемент, пористі ком-
позиційні матеріали, самопоширюваний високотемпера-
турний синтез, реакційне спікання, фільтрування, техно-
логія очищення.
V. Polischuk, M. Eremina, Y. Alyokhov,
K. Dotsenko, G. Iatsenko, F. Sagdeeva, I. Voloshanovich,
V. Luk‘yanova, V. Ulyashova
DEVELOPMENT AND RESEARCH OF TERMO
AND CHEMICALLY RESISTANT FILTER ELEMENTS
AND IMPLEMENTATION OF THE ENERGY-SAVING
TECHNOLOGY OF THEIR PRODUCTION
The energy saving technology for thermo and chemical-re-
sistant metal-ceramic filters obtaining by reaction sintering
of the initial components in self-propagating high tempera-
ture synthesis (SHS) in centrifugal force field is developed.
Interaction SHS processes in the systems of alu mi nium—
nickel, aluminium—cobalt, aluminium—iron, titanium—
carbon—nitrogen, titanium—nitrogen are investigated. The
op timum compounds of initial components, modes of the
high-temperature conditions SHS-processes that provide
metal-ceramic filters with increased stability in extreme
conditions are established. Production of metal-ceramic fil-
ters of various modifications is created.
Key words: filter element, porous composite materials,
self-propagating high temperature synthesis, reaction sin-
tering, filtration, cleaning technology.
Стаття надійшла до редакції 05.04.11
|