WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 13 |

Из анализа приведённых выше результатов и работ по пластическому деформированию и разрушению кристаллов MgO / 11, 12 / вытекает, что изменение валентности парамагнитных ионов связано с пластическим деформированием, а возникновение Fцентров – с образованием новых поверхностей. Следовательно, образование Fцентров ограничивается зоной разрушения (т.е. поверхностным сильно разрыхленным слоем), а переход ионов в иное валентное состояние – зоной пластического деформирования (т.е. приповерхностным слоем).

Окончательное подтверждение такого механизма образования, перестройки парамагнитных центров и распределения их по слоям частицы требует проведения дополнительных исследований.

Сравнивая характер изменения интенсивности Fцентров и спектров ионов Mn2+, V2+ и Cr3+ (рис. 2), мы убедились, что в процессе образования Fцентров принимают участие электроны, возникающие при переионизации ионов в поверхностном слое. Следовательно, в частицах одного и того же размера с увеличением концентрации примесей интенсивность сигнала Fцентров должна возрастать.

Действительно при разрушении кристаллов MgO, содержащих на порядок больше ионов Mn2+ и Cr3+, интенсивность сигнала Fцентров увеличилась в три раза. При количественной оценке парамагнитных центров оказалось, что Fцентров значительно меньше общей концентрации примесей в образцах. Так в частицах размером 56 мкм Fцентры составили ~ 1 процент общего содержания примесей, что близко к количеству ионов марганца, ванадия и хрома в поверхностном слое толщиной ~ 0,2 мкм, т.е. число Fцентров и примесных ионов в поверхностном слое приблизительно одинаково.

Рис. 2. Зависимость интенсивности спектра ЭПР от размера частиц: 1 – VM = 80 м/с, 2 VM = 300 м/с Следует, однако, подчеркнуть, что возникновение Fцентров нельзя всецело относить за счёт перестройки примесных ионов, поскольку процесс образования новых поверхностей сопровождается совокупностью физических явлений (акустических, оптических, плазменных и др.), как правило, связанных с рождением и аннигиляцией различных электронных центров. Об этом, например, свидетельствует существенное различие в концентрациях Fцентров образцов, разрушенных в вакууме и на воздухе: при диспергировании на воздухе сохраняется лишь ~ 20 процентов центров по сравнению с вакуумным измельчением. Повидимому, при разрушении кристаллов MgO в процессе образования Гцентров, парамагнитные примеси могут играть как инициирующую, так и стабилизирующую роль.

Влияние способа измельчения на свойства порошков установлено и при обработке кристаллов MgO в шаровой мельнице. Измельчение образцов в ней длительностью в 5 с приводило к возникновению в порошках сигнала ЭПР с g = 2,0006 ± 0,0005, который можно отнести к к F2центрам, представляющим собой Fцентры, локализованные возле катионной вакансии. Такой же сигнал проявляется и в образцах, полученных разрушением кристаллов в ступке и дезинтеграторе, но лишь после многочасового отжига при температуре 400?С.

Эти данные указывают на принципиальные отличия в дефектности частиц, полученных различными методами разрушения. Более того, наличие в образцах, разрушенных в шаровой мельнице, только F2центров свидетельствует о появлении в процессе диспергирования высоких температур, приводящих к отжигу Fцентров. Такие температуры могут возникать в местах разрушения частиц за счёт соударения шаров и, учитывая кратковременность обработки, превышать 1000?С.

В целом, процесс измельчения в шаровых мельницах включает в себя как образование более развитой поверхности, создание определённой дефектной структуры частиц, так и одновременный отжиг части дефектов за счёт возникновения высоких локальных температур.

Из проведённых ЭПРисследований ясно, что в процессе дезинтеграторной обработки кристаллов MgO образуются порошки со сложной структурой распределения дефектов по объёму частиц. В этих частицах существует разрыхленный поверхностный слой, толщина которого и плотность распределения Fцентров практически не зависит от режима обработки образцов. Следующий за ним приповерхностный пластически деформированный слой имеет существенно иную дефектную структуру, благодаря которой осуществляется перевод части ионов марганца, ванадия и хрома в парамагнитно ненаблюдаемое состояние. Fцентры в этом слое не образуются.

Толщина такого приповерхностного слоя зависит от режимов обработки материалов.

Кристаллическое поле в ядре частиц искажено как за счёт пластического деформирования, недостаточного для перевода примесных ионов в иное состояние, так и напряжений, компенсирующих образование дефектов в поверхностных слоях.

В заключение хотелось бы выразить глубокую признательность профессору С. Г. Тресвятскому за любезно предоставленные кристаллы MgO и Н. Н. Багмуту за помощь в организации исследований.

Литература 1. Хинт И. А. Об основных проблемах механической активации. Таллин, 1977. Препринт 1.

2. Wertz J. W., Auzins P., Weeks R. A., Silsbee R. H. Phys. Rev., 1957, p. 107, 1535.

3. Samsonov G. V., Kakazsy N. G., Sorin L. A., Physics of Sintering. 1973.

4. Каказей Н. Г. Порошковая металлургия, 1974, № 4, с. 84.

5. Каказей Н. Г., Сорин Л. А. Изв. Вузов. Физика, 1969, № 3, с. 48.

6. Low W. Phys. Rev., 1957, 105, 793.

7. Low W. Phys. Rev., 1957, 105, 801.

8. Low W. Phys. Rev., 1956, 101, 1827.

9. Альтшулер С. А., Козырев Б. М. Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп, М., “Наука”, 1972, с. 83.

10. Каказей Н.Г., Власова М.В. Журнал прикладной спектроскопии, 1976, 24, 150.

11. Gager W.B., Klein M.J., Johes W.H., Appl. Phys. Lett., 1964, 5, 12. Sibley W.A., Kolopy J.L., Mallard W.S. Phys. Status solidi, 1969, 31, 223.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЛЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ КРУГЛОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ И ОБРАБАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА (стр. 2533) А. Тюманок Обработка материала в дезинтеграторе вызывает ряд механохимических изменений – активацию материала, которая проявляется в технологических эффектах. Согласно рабочей гипотезе, разработанной И. Хинтом / 1 /, активация определяется тремя параметрами: скоростью соударения, числом ударов и интервалом времени между последующими ударами. Поэтому представляет интерес взаимодействие мелющего элемента пальца и обрабатываемого материала. Мелющие элементы круглого поперечного сечения были исторически первыми и по сей день находят в УДА широкое применение.

Настоящая статья посвящена изучению взаимодействия частицы материала и мелющего элемента поперечного сечения.

1. Обработка одной частицы В дезинтеграторе типа УДА процесс обработки материала происходит, по сравнению с другими мелющими агрегатами, очень быстро. За интервал времени порядка 102 сек материал получает от 2 до 7 высокоинтенсивных ударов. При производительности 30 т/час и угловой скорости 1500/1500 об/мин и 12 мелющих элементах на круге оборота, на пальце, однократно обрабатываемая порция материала равняется 1,2 кг. Если за площадь рабочей зоны принять 10 см2 и плотность материала с = 2,5 кг/см3, то толщина слоя оказывается 0,48 мм, т.е. порядка размера частиц большинства обрабатываемых материалов. Следовательно, в УДА происходит индивидуальная обработка каждой частицы и представляет интерес изучение взаимодействия одной частицы с мелющим элементом.

Взаимодействие частицы, которая соударяется с относительной скоростью V0 (рис. 1) с мелющим элементом, определяется мгновенным трением скольжения и качения. Трение скольжения определяется коэффициентом f и трением качения k. Первый определяет угол трения скольжения tg ц1 = f второй определяет смещение нормальной реакции (рис. 1). Если провести из точки контакта в центр массы частицы прямую, то она образует с нормалью угол ц Рис. 1.

который условно можно назвать углом трения качения. В зависимости от угла наклона г возможны различные случаи соударения частицы и пальца:

1) при г > ц1 и г < ц2 имеет место прямой удар без скольжения и качения частицы. При этом возбуждаются интенсивные нормальные усилия, и разрушение частицы происходит под действием сил сжатиярастяжения;

2) при ц2 < г < ц1 и ц1 < г < ц2 в момент соударения происходит смещение центра массы частицы – в первом случае качения без проскальзывания, во втором скольжения без перекатывания. В преобладающем большинстве этих случаев имеет место первый. При этом возникают интенсивные нормальные и касательные усилия, которые и вызывают разрушение частиц;

3) при г > ц1 и г < ц2 имеет место удар с последующим скольжением и перекатыванием частицы. В этом случае возникают и нормальные, но, главным образом, интенсивные касательные усилия. Разрушение частицы происходит под действием сил сдвига и среза. При этом раскалывание частиц не происходит, а продуктом измельчения являются мелкие стружки верхних слоёв частиц.





Всевозможные случаи контакта при соударении двух твёрдых недеформируемых тел подробно изучены В. Ю. Плявниексом / 2, 3 /. Однако рассмотренные случаи соударения объединяются в две основные группы по характеру силового воздействия: А – прямой удар, силовое воздействие и разрушение происходят преимущественно сжатием. Это имеет место в первом и во втором случаях; В – скользящий удар, силовое воздействие и разрушение происходят преимущественно силами сдвига и среза (3й случай).

2. Соударение с круглым мелющим элементов Рассмотрим случай соударения (рис. 2) частицы шарообразной формы размером 2r, с пальцами круглого профиля с радиусом r0. Соударение происходит под углом ц с относительной скоростью V0. Точка контакта каждой частицы определяется углом б. Особенность соударения частицы с круглым пальцем состоит в том, что условия соударения зависят от точки соударения б. Угол соударения г выражается формулой г = б ц Рис. 2.

В частном случае, при f = 0,3, k = 0,1 мм, r0 = 20 мм, r1 = 2 мм, имеем ц1 = 16,7?, ц2 = 2,9 ?. Тогда на поверхности круглого мелющего элемента имеем следующие зоны соударения:

I 7,1? < б < 12,9? зоны прямого удара II 6,7? < б < 7,1? зона прямого удара с поворотом частицы или 12,9? < б < 26,7? III 80? < б < 6,7? зона скользящего удара с поворотом или 26,7? < б < 100? Из этих зон следует выделить ещё одну – зону наиболее интенсивного износа. Согласно исследованиям проф. И. Клейса / 4 / эта зона определена г > 55 – 60? для ст.3. В нашем случае зона наибольшего износа находится в IV 80? < б < 50? или 70? < б < 100? Рис. 3. Характерные зоны на мелющем элементе круглого профиля при f=0, Зоны изображены графически на рис. 3. В случае коэффициента трения f = 0,6, соответствующие зоны сохраняются, изменяются лишь их границы:

I 7,1? < б < 12,9? III 80? < б < 20,9? 40,9? < б < 100? II 20,9? < б < 7,1? IV 80? < б < 50? 12,9? < б < 40,9? 70? < б < 100? 3. Эффективность соударения Кинетическая энергия соударения определяется энергией, теряемой при соударении. При соударении под углом г после соударения скорость скольжения частицы вдоль поверхности мелющего элемента выражается:

(1) Изменение кинетической энергии за время соударения назовём энергией удара:

(2) Удельная энергия обработки – энергия удара на единицу массы определяется формулой (3) Удельная энергия обработки зависит от точки соударения, т.е. от угла г. Энергия удара имеет максимальное значение при б = 0, так как г = 0 и V = 0, имеем (4) Удельная энергия имеет максимальное значение и при углах. При углах соударения, скорость V не равна 0 и энергия удара изменяется. Для оценки изменения удельной энергии введём коэффициент эффективности соударения K1, который определим соотношением удельной энергии к её максимальному значению (5) Учитывая формулу (2), имеем (6) Коэффициент эффективности меняется в зависимости от точки соударения и представлен графически на рис. 4. Для всего материала характерным является средний коэффициент эффективности (7) После интегрирования имеем (8) который зависит только от коэффициента трения. Эта зависимость представлена на рис. 5. Как видно из графика, с увеличением коэффициента трения эффективность обработки материала возрастает.

Рис. 4. Зависимость коэффициента эффективности удара K1 от места соударения на пальце 4. Движение материала по поверхности мелющего элемента Если принять удар абсолютно упругим, то после соударения материал может мгновенно остановиться на поверхности пальца или двигаться в наружную или даже во внутреннюю сторону. Материал, скользящий по поверхности пальца, отделяется от него в некоторой точке. Отрыв имеет место там, где радиус кривизны естественной траектории будет больше радиуса поперечного сечения мелющего элемента.

Рис. 5. Зависимость среднего коэффициента эффективности удара от коэффициента трения f Движение материала по поверхности мелющего элемента (рис. 2) описывается дифференциальным уравнением (9) где r – расстояние точки от оси вращения ротора, N – нормальная реакция, f – коэффициент трения скольжения, S – длина дуги.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 13 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.