Способ получения металлических изделий из газовой фазы

 

Изобретение может быть использовано в области получения поликристаллических тел из металлов заданной формы, имеющих высокое давление паров. Сущность изобретения: изделия получают дистилляцией металла из сплава в вакууме. Формирование дистиллята происходит благодаря размещенным в водоохлаждаемом конденсаторе неохлаждаемым пластинам, плоскости которых ориентированы в направлениях отвода тепла. 4 ил.

Изобретение относится к области получения поликристаллических тел из газовой фазы и может быть использовано для получения изделий из металлов, в частности из кальция или магния, имеющих высокое давление паров.

В настоящее время для придания необходимой геометрической формы изделиям из различных материалов используют различные способы литья, обработки давлением и резанием /1/.

Некоторые металлы, такие как кальций или магний, обладающие высокой химической активностью получают в виде крупногабаритных слитков методом вакуумной дистилляции. Известен, например, способ получения кальция вакуумной дистилляцией из сплава /2/. Процесс проводят в вертикальной герметичной реторте, имеющей в верхней части водоохлаждаемый цилиндрический конденсатор. Пары кальция испаряются из сплава и направляются в конденсатор, где происходит их охлаждение и кристаллизация. Образующиеся кристаллы кальция (поперечное сечение - до 10 мм) растут в направлении противоположном теплоотводу. Поэтому дистиллят имеет волокнистую структуру. Полученный, таким образом, слиток массой 50-80 кг имеет форму внутренней полости конденсатора (преимущественно цилиндрическую). В центре его, как правило, находится усадочная раковина, образующаяся из-за уменьшения ~ 800 раз объема пара при переходе "пар-кристалл".

Недостатком данного способа является сложность получения небольших изделий массой 3 - 5 кг более сложной геометрии. Уменьшение размеров реторты приводит к тому, что пары кальция кристаллизуются в нижней части конденсатора, а верхняя часть его остается незаполненной.

Поэтому изделия меньших размеров и массы получают обработкой резанием и литьем. Так как исходным материалом является дистиллированный кальций, то получение изделий непосредственно в процессе дистилляции оказывается более выгодным.

Цель изобретения - создание экономичного способа получения изделий определенной геометрии и, или массы из кальция (или магния) в процессе дистилляции.

Указанная цель достигается тем, что в отличии от известного способа кристаллизацию паров металла проводят в водоохлаждаемом конденсаторе с неохлаждаемыми пластинами, плоскости которых ориентированы в направлении теплоотвода. Это позволяет делить дистиллят на части.

При отсутствии охлаждения пластин пары металла не кристаллизуются на них и свободно проникают в верхнюю часть конденсатора. Охлаждение его стенок приводит к осаждению на них металла и росту кристаллов в напралении, противоположном отводу тепла. Поэтому наличие пластин, плоскости которых ориентированы в указанном направлении, не препятствует росту дистиллята и делит его на части. Таким образом, получаются металлические изделия заданной формы и, или массы.

Прилагаемые чертежи иллюстрируют некоторые варианты конструкции конденсатора. На фиг. 1 изображен цилиндрический конденсатор 1 с водяной рубашкой охлаждения 2. Внутри конденсатора расположены пластины 3, закрепленные на фиксирующей трубке 4.

На фиг. 2 представлено сечение А-А фиг. 1, стрелками показано направление отвода тепла.

На фиг. 3 изображен конденсатор квадратного сечения с размещенными в нем пластинами.

На фиг. 4 представлены изделия, полученные в конденсаторе круглого (а) и квадратного (б) сечения.

Пример осуществления способа.

Получение кальциевых изделий заданной формы (фиг. 4 а) проводили в вертикальной герметичной реторте, на дно которой помещали загрузочный стакан с меднокальциевым сплавом. В верхнюю часть реторты (конденсатор с водяным охлаждением) устанавливали фиксирующую трубу с продольными пластинами (фиг. 1). Плоскости пластин совмещали с направлениями теплоотвода.

Направления теплоотвода, изображенные на фиг. 2, характерны для описанного в примере конденсатора с наружной водоохлаждаемой рубашкой.

В случаях, когда водоохлаждаемыми являются размещенные внутри конденсатора центральная труба или змеевик, могут быть получены другие направления отвода тепла.

После сборки и вакуумирования реторты проводили ее установку в шахтную печь, нагретую до 1100^oC1200^oC и подавали воду на охлаждение конденсатора. Процесс дистилляции проводили при температуре 1100-1200^oC в течение 4-6 часов. Затем проводили внепечевое охлаждение реторты, ее разборку и извлечение полученного дистиллята. Размер дистиллированных изделий оценивали визуально и с помощью линейки (цена деления 1 мм). Максимальное отклонение от заданных размеров составили 10 мм. Масса изделий при задании 3-5 кг составила 41,5 кг. Выход годного - 80%.

Возможность осуществления заявляемого способа показана на примере кальция. Однако, по заявляемому способу возможно изготовлению изделий из магния и других металлов, имеющих высокое давление паров и получаемых методом дистилляции.

Источники информации: 1. Л.Ф. Усова "Технология металлов и материаловедение", М, "Металлургия", 1987 г.

2. Н.А. Доронин "Металлургия кальция", М, 1959 г, стр. 72 - 79.4

Формула изобретения

Способ получения металлических изделий из газовой фазы путем вакуумной дистилляции металла из сплава с кристаллизацией паров в водоохлаждаемом конденсаторе, отличающийся тем, что перед началом процесса в конденсатор помещают неохлаждаемые пластины, плоскости которых ориентируют в направлениях теплоотвода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4