| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Ринок технологій / Актуальні винаходи і моделі / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2111104
СПОСІБ шліфування й полірування МІНЕРАЛЬНИХ ОБ'ЄКТІВ
Ім'я заявника: Радько Лідія Валеріївна
Ім'я винахідника: Радько Лідія Валеріївна
Ім'я патентовласника: Радько Лідія Валеріївна
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1995.12.19
Винахід може бути використано при обробці поверхонь геолого-мінералогічних аншліфа в лабораторних умовах, а й при шліфування та полірування поделочного і ювелірного каменю. Оброблювану поверхню мінералу попередньо насичують воднем, а потім використовують хімічний активатор (ХА). При цьому ХА вибирають з умови генерування їм локальної екзотермічної реакції, яка призводить до фізико-хімічного руйнування оброблюваної поверхні.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до технології обробки поверхні геолого-мінералогічних аншліфа в лабораторній практиці, а й до технології шліфування й огранювання виробного і ювелірного каменю.
Відомий спосіб обробки мінеральних об'єктів за допомогою абразивного матеріалу (оксид заліза, оксид хрому, електрокорунд, нітрид бору, карбід кремнію, алмаз і ін.), В якому з метою активації процесу до складу полірувальної пасти вводять різні хімічні добавки (наприклад, олеїнову кислоту і двовуглекислим соду). У цьому способі обробки домінує процес механічного руйнування неоднорідностей оброблюваної поверхні за допомогою абразивного зерна, тоді як ефективність хімічного впливу активують добавок невелика: при видаленні абразиву з полірувальної пасти полірування об'єкта припиняється, тоді як виняток з пасти хімічних активаторів лише кілька погіршує якість полірування. Тому при збільшенні твердості оброблюваного мінерального об'єкта продуктивність обробки зменшується, що спостерігаємо, наприклад, при обробці алмаза.
і відомий спосіб абразивної шліфування мінеральних об'єктів (SU, авторське свідоцтво 538014, кл. C 09 G 1/02, 1976), згідно з яким з метою підвищення продуктивності праці до складу зв'язки інструменту вводять речовини, що є хімічними активаторами процесу.
Завданням винаходу є збільшення продуктивності шліфування й полірування твердих мінеральних об'єктів за рахунок збільшення ефективності хімічного впливу на об'єкт.
Зазначена задача вирішується таким чином: оброблювану поверхню мінералу спочатку насичують воднем, а потім в процесі шліфування і / або полірування використовують хімічний активатор (ХА), здатний при нагріванні генерувати локальну екзотермічну реакцію, що призводить до фізико-хімічного руйнування поверхні мінералу.
Сутність запропонованого способу шліфування й полірування полягає в двоетапному впливі на оброблювану поверхню:
а) підготовчий етап, пов'язаний і дифузним і примусовим насиченням оброблюваної поверхні воднем, що призводить до зменшення твердості мінералу на заданій глибині, яку можна варіювати в межах 0,5-250 мкм;
б) на основному етапі дія ХА полягає в хімічному і термічному руйнуванні підготовленій поверхні в локальних ділянках, де тепловий ефект механічної роботи абразивного зерна служить стимулятором хімічної реакції, яка руйнує поверхню. Інгредієнти ХА вибирають з умови ефективного хімічного травлення поверхні мінерального об'єкта. Процентний склад суміші ХА розраховують за законами хімічної кінетики і термодинаміки методом пошуку екстремального виходу продуктів руйнування мінерального об'єкта.
Для деяких мінеральних об'єктів обидва етапи обробки можна поєднати, що найбільш чітко проявляється при обробці алмаза.
Для здійснення запропонованого способу виконують такі прийоми і операції:
1. Поверхня оброблюваного об'єкта насичують воднем, що здійснюють відомими способами:
а) витримують об'єкт в атмосфері молекулярного водню в умовах підвищеної температури t> 100 o C і підвищеного тиску P> 100 атм;
б) витримують об'єкт в якості катода для його насичення молекулярним воднем в процесі електролізу (наприклад, води);
в) примусово насичують поверхню об'єкта атомарним воднем в процесі бомбардування його поверхні швидкими 0,5 - 5 МеВ протонами або атомами водню. Для цього використовують сільноточние (плазмові) джерела водневих іонів або атомів, розроблені в прискорювальної техніки. Верхня межа енергії 5 МеВ обмежений виникненням небажаних ядерних реакцій, нижній - зменшенням глибини насичення до величини ~ 1 мкм.
Газоподібний водень має високу дифузійної здатністю; хімічна активність атомарного водню вище, ніж у молекулярного з огляду на те, що розрив молекулярних зв'язків H 2 вимагає витрати енергії 104 ккал / моль. Ступінь насичення виробляють до прояву візуальних змін поверхні, пов'язаних з утворенням дефектів або з розрахунку питомої енергії реакції окислення запасеного водню. Для підвищення активності водневих реакцій як активатори використовують каталізатори Ni, Pd, вольфрамові бронзи і ін. Або гідриди алюмінію AlH 3 і кальцію CaH 2, які при нагріванні генерують атомарний водень.
2. Вибирають хімічний активатор - окислювач водню (наприклад, кисень і фтор):
а) Як кисневого активатора використовують калієву KNO 3 або натрієву NaNO 3 селітру, стабілізовану бертолетову сіль KClO 3 або марганцевокислого калію KMnO 4, які при нагріванні виділяють кисень:
KNO 3 = KNO 2 + O
NaNO 3 = NaNO 2 + O
KClO 3 = KClO 2 + O
Дія кисневого активатора проявляється в термічних реакціях окислення:
2H 2 + O 2 = 2H 2 O + 137 ккал
2H + O = H 2 O + 230 ккал
6) Як фторного активатора використовують гідрофторид калію KF · nHF (де n = 1, 2, 3), які при нагріванні виділяють фтористий водень, а при електролізі розплаву (t пл <250 C) - фтор F. Дія фторного активатора проявляються в термічних реакціях фтору з воднем і алюмінієм [4 і 5]:
H 2 + F 2 = 2HF + 130 ккал
2Al + 3F 2 = 2AlF 3 + 421 ккал
а й в реакції окислення кремнію з утворенням летючого тетрафторида кремнію:
SiO 2 + 4F = SiF 4 + O 2
Si + 4F = SiF 4
SiO 2 + 4HF (+ волога) = SiF 4 + 2H 2 O (оскільки багато мінерали містять кремній).
3. Вибирають термічний активатор (наприклад, Al, S, C);
a) Термічний активатор Al отримують при тепловому розкладанні гідриду алюмінію. Його дія проявляється в реакції окислення з киснем і фтором:
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 + 400 ккал
4Al + 3F 2 = 2Al 2 O 3 + 420 ккал
і в інших (алюмотерміческого) реакціях.
6) Термічний активатор сірка S беруть участь в реакції окислення алюмінію:
2Al + 3S = Al 2 S 3 + 170 ккал
а) Термічний активатор - вуглець (графіт, вугілля) C бере участь в локальних реакціях окислення з киснем і сіркою (сумарна реакція "чорний порох"):
2KNO 3 + 3C + S = N 2 + 3CO 2 + K 2 S + 147 ккал
Як термічного активатора використовують і (висококалорійні) високомолекулярні вуглеводні типу антрацену C 14 H 10 (1685 ккал / моль), стеаринову кислоту C 18 H 36 O 2 (2695 ккал / моль) і ін.
4. Вибирають активатор окису алюмінію, здатний переводити окис алюмінію в розчинні сполуки:
а) піросульфат калію K 2 S 2 O 7:
Al 2 O 3 + 3K 2 S 2 O 7 = Al 2 (SO 4)3 + 3K 2 SO 4
6) Натрійуглекіслая сода Na 2 CO 3:
Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2NaAlO 2 + CO 2,
(оскільки багато мінерали містять Al 2 O 3).
Термічний активатор (тверда речовина) здатний виділити кількість питомої (локальної) енергії більше, ніж газоподібний хімічний активатор.
5. Вибирають носій ХА, (наприклад, аморфний Al 2 O 4, SiO 2, порошок мікролітів і ін.), Завдання якого полягає в підборі концентрації активаторів ХА щодо хімічного складу шліфується об'єкта, а й придушення небажаних ланцюгових реакцій активатора.
6. Розраховують допустиму комбінацію реакційної суміші ХА з умови узгодження сумарного енергетичного ефекту (з урахуванням можливих побічних екзотермічних і ендотермічних реакцій і умов тепловідводу) і погоджують сумарний енергетичний ефект з енергетичними параметрами оброблюваної поверхні. Розрахункову частину ХА вважають вихідним варіантом суміші (ІТТ), остаточний склад якої уточнюють в результаті експерименту.
Виконують в пристрої для шліфування деякі зміни з урахуванням застосування ХА (ІТТ), наприклад, вибирають хімічно стійкий при даному ІТТ абразив і матеріал зв'язки абразиву в абразивному інструменті і потім приступають до експериментального уточнення складу ХА (по вимірюванню продуктивності шліфування).
Хімічна реакція між компонентами ХА і взаємодія продуктів реакції з оброблюваної поверхнею виникає тільки при досягненні і локальної області поверхні, що шліфується деякої початкової критичної температури суміші (t> 100 o C для хімічного активатора і t> 300 o C для термічного). Ці умови досягаються в процесі шліфування і за рахунок механічної роботи, яку здійснюють робочим інструментом при руйнуванні локального ділянки оброблюваної поверхні (або абразиву зерна) або за рахунок енергії електричного розряду, що збуджується в робочому проміжку. У пропонованому способі теплової ефект роботи абразивного зерна Q 0 служить тільки в якості механізму, що запускає дію ХА, що дозволяє збільшити продуктивність обробки і послабити вимоги до механічної твердості зерна, замінивши їх вимогою тугоплавкости і хімічної стійкості до застосовуваної суміші ХА.
Як конкретний приклад оцінки застосування ХА розглянемо задачу шліфування алмазу, яка представляється найбільш складною з огляду на граничної твердості мінералу і ідентичності використовуваного на практиці хімічного складу і фізичної структури оброблюваного об'єкта і абразиву (алмаз шліфують алмазом).
Вивчення режиму обробки алмазу вказує на те, що абразивну дію алмазного порошку на шліфується поверхня алмазу (принаймні частково) зводиться до хімічного впливу за рахунок локального підвищення температури, графитизации алмазу в цій області поверхні і окислення графіту киснем повітря. Ідея застосування ХА (в разі алмазу) полягає в досягненні аналогічного ефекту за рахунок локальних термічних реакцій в різних мікроділянки оброблюваної поверхні алмазу.
Оцінку застосування ХА (в разі алмазу) починають з заміни алмазного абразиву неалмазним, для чого вибирають, наприклад, електрокорунд Al 2 O 3. Як хімічного активатора застосовують гідрид алюмінію AlH 3 і калієву селітру KNO 3, в якості наповнювача - аморфний Al 2 O 3. Далі розглядають реакції ХА типу {1}, {2}, {6}, використовуючи комп'ютерну програму, яка оцінює тимчасову залежність теплового ефекту і виходу CO 2, CO, що виникають в суміші компонент ХА (з урахуванням плоскої геометрії і побічних реакцій) для різних значень з масовою концентрацій вихідних компонент P i = P i (t) і qk = qk (t) - результуючих компонент реакції:
Q 0 (t) + p 1 · Al 2 O 3 + p 2 · AlH 3 + p 3 · KNO 3 + p 4 · H + p 5 · C = q 1 · CO + q 2 · CO 2 + q 3 · Al 2 O 3 + ....... + Q (t)
Програма розраховує можливі вибори p i з умови екстремуму функції: 
,
т. е. з умови максимального окислення алмаза за повний час реакції T. Так, наприклад, один з відносних максимумів функції Ф виникає при T = 34 млс, p 1 (0) = 0,0722, p 2 (0) = 0, 0637, p 3 (0) = 0,864, p 4 (0) = 0,0001, p 5 (0) = 0. На кресленні наведена розрахункова тимчасова залежність вихідної концентрації графіту p 5 (t), температури суміші T (t) і сумарного виходу газоподібних продуктів q (t) = q 1 (t) + q 2 (t) для цього випадку. Залишок неокисленного графіту буде видалений в процесі шліфування (хрестиком відзначена температура графітизації).
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб абразивної шліфування й полірування мінеральних об'єктів, при якому використовують хімічний активатор, який відрізняється тим, що оброблювану поверхню мінералу попередньо насичують воднем, а хімічний активатор вибирають з умови генерування їм локальної екзотермічної реакції, що призводить до фізико-хімічного руйнування оброблюваної поверхні.
Версія для друку
Дата публікації 02.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.