Устройство для возбуждения микроплазменных разрядов в силикатных растворах

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ МИКРОПЛАЗМЕННЫХ РАЗРЯДОВ В СИЛИКАТНЫХ РАСТВОРАХ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В. А. Белого НАН Беларуси(72) Авторы Злотников Игорь Иванович Пискунов Сергей Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В. А. Белого НАН Беларуси(57) Устройство для возбуждения микроплазменных разрядов в силикатных растворах, содержащее технологическую емкость с электролитом, электроды и источник питания, отличающееся тем, что оно содержит не менее трех плоских электродов, изготовленных из алюминиевого сплава, расположенных параллельно друг другу в горизонтальных сечениях технологической емкости, каждый нечетный электрод подключен к одному полюсу источника тока, а каждый четный - к другому, и в электродах выполнены отверстия диаметром 1-2 мм в количестве 5-10 на см 2.(56) 1. Поляков С.А., Шалаева О.А., Орлова Т.Н., Сахарова З.И. Оптимизация процесса приготовления жидкого силиката натрия // Стекло и керамика. - 2001. -4. - С. 30-31. 2. Кудина Е.Ф., Лисовский В.В., Тюрина С.И. Влияние воздействия электрического тока на органоминеральное связующее // Весц Акад. навук Беларус Серыя фз-тэхн. навук. - 1998. -1. - С. 7-10. 3. Белеванцев В.Н., Терлеева О.П., Марков Г.А. и др. Микроплазменные электрохимические процессы // Защита металлов. - 1998. - Т. 34. -5. - С. 469-484. 4. Магурова Ю.В., Тимошенко А.В. Влияние катодной составляющей на процесс микроплазменного оксидирования сплавов алюминия переменным током // Защита металлов.- 1995. - Т. 31. -4. - С. 414-415. 5. Черненко В.И., Снежко А.А., Потапова И.И. Получение покрытий анодно-искровым электролизом. - Л. Химия, 1991. - С.86-89. 6. Патент РБ на полезную модель 923, МПК С 2511/08, 2003. 7. Патент РБ на полезную модель 725, МПК С 2511/08, 2002 (прототип). Полезная модель относится к электрохимии, в частности к электронным устройствам,которые позволяют возбуждать микроплазменные разряды в силикатных растворах. Известно, что пропускание электрического тока даже через обычную воду позволяет значительно повысить свойства раствора силиката натрия, получаемого с использованием такой электроактивированной воды 1. Если электрический ток пропускать через смесь раствора силиката натрия и эпоксидной смолы, то это приведет к интенсификации химического взаимодействия между силикатом натрия и смолой 2. Более высокоэнергетическим методом воздействия на силикатные растворы с целью улучшения их физико-химических и технологических свойств является возбуждение в них микроплазменных разрядов, которые наиболее легко возбуждаются на алюминиевых электродах, погруженных в водный раствор, содержащий (наряду с другими компонентами) силикат щелочного металла 3. При этом происходит оксидирование поверхности алюминиевых электродов. Известен ряд устройств для возбуждения микроплазменных разрядов в растворах,применяемых для оксидирования изделий из алюминия и его сплавов 4-6. Общими конструктивными элементами этих устройств являются технологическая емкость с электролитом, плоские электроды, погруженные в электролит (иногда роль одного электрода выполняет технологическая емкость, изготовленная из нержавеющей стали или титана) и регулируемый источник питания. Кроме того, устройства могут содержать средства для перемешивания и охлаждения электролита. Эти устройства могут использоваться для электроискровой обработки растворов на основе силикатов щелочных металлов с целью улучшения их свойств. При длительном процессе обработки и интенсивном перемешивании раствора можно считать, что весь объем электролита пройдет через область, где возбуждены микроплазменные разряды, и подвергнется их воздействию. Недостатком данных устройств является их громоздкость и сложность, высокая энергоемкость и низкая производительность. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения оксидно-керамических покрытий путем возбуждения микроплазменных разрядов в растворе, содержащее технологическую емкость с электролитом,электроды, один из которых выполнен из графита, источник питания и средства для перемешивания и охлаждения электролита 7. При включении устройства на втором (не графитовом) электроде возбуждаются микроплазменные разряды. При достаточно длительном перемешивании электролита все его микрообъемы последовательно пройдут через область микроплазменных разрядов (у поверхности электрода) и подвергнутся 2 26612006.04.30 обработке. Недостатком известного устройства является его очень малая производительность, что связано с малой площадью поверхности, на которой возбуждаются микроплазменные разряды и сложность, так как требуются дополнительные средства для перемешивания и охлаждения раствора. Основной задачей полезной модели является упрощение устройства и повышение его производительности. Поставленная задача решается за счет того, что известное устройство для возбуждения микроплазменных разрядов в силикатных растворах, содержащее технологическую емкость с электролитом, электроды и источник питания, содержит не менее трех плоских электродов, изготовленных из алюминиевого сплава, расположенных параллельно друг другу в горизонтальных сечениях технологической емкости, каждый нечетный электрод подключен к одному полюсу источника тока, а каждый четный - к другому, и в электродах выполнены отверстия диаметром 1-2 мм в количестве 5-10 на 1 см 2. Наличие не двух, а большего числа электродов позволяет значительно увеличить площадь соприкосновения электролита с поверхностью электродов, а наличие в электродах отверстий диаметром не более 2 мм, обеспечивает протекание всего электролита на расстоянии не более 1 мм от электрода, т.е. в области микроплазменных разрядов. Расположение электродов в горизонтальных сечениях обеспечивает движение электролита через них под действием силы тяжести, что исключает необходимость применения средств для перемешивания электролита. Изложенная сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема заявляемого устройства. Устройство содержит технологическую емкость 1 цилиндрической формы, изготовленную из непроводящего материала (стекло, фарфор и др.). В нижней части емкости расположена система из нескольких горизонтальных плоских электродов, изготовленных из алюминия или алюминиевого сплава. Удобнее всего электроды изготавливать из фольги толщиной 0,1-0,5 мм. Все нечетные электроды 2 подключены к одному полюсу источника питания 5, а четные электроды 3 - к другому полюсу. Отверстия проще всего выполнять иглопробивным способом. При диаметре отверстия менее 1 мм силикатный электролит будет очень медленно протекать через отверстия из-за его вязкости, а при диаметре отверстий более 2 мм часть электролита будет протекать, не соприкасаясь с микроплазменными разрядами. При количестве отверстий менее 5 на 1 см 2 процесс протекания электролита через отверстия будет очень длительным, а выполнение более 10 отверстий на 1 см 2 неоправданно усложняет процесс изготовления электродов. Электроды можно крепить непосредственно к проводящим проводам. Электроды не обязательно должны плотно прилегать к стенкам технологической емкости, между стенками емкости и краями электродов можно оставлять зазор, но его ширина не должна превышать диаметра отверстий. В нижней части емкости находится сливной кран 4. Устройство работает следующим образом. После наполнения емкости силикатным раствором напряжение плавно повышают до тех пор, пока на электродах не зажигаются микроплазменные разряды. Обычно это происходит при напряжении 250-300 В в зависимости от концентрации применяемого силикатного раствора. Процесс продолжают в течение нескольких минут, а затем открывают кран. Электролит вытекает, просачиваясь через отверстия в электродах, в результате чего весь объем электролита оказывается подверженным воздействию микроплазменных разрядов. В процессе работы устройства на всей поверхности электродов образуется керамическое покрытие, состоящее из оксида алюминия и для поддержания микроплазменных разрядов необходимо повышать напряжение. Повышение напряжения выше 420-450 В нецелесообразно, так как это сопровождается большим тепловыделением. После этого электроды нужно сменить на новые. Обычно одного комплекта электродов хватает на 4-6 часов непрерывной работы устройства. Устройство может работать как с использованием 3 26612006.04.30 постоянного, так и переменного тока. По сравнению с прототипом заявляемое устройство обладает следующими преимуществами более просто по конструкции не требует применения дополнительных средств для перемешивания и охлаждения электролита, так как электролит движется самотеком и, разогревшись у электродов, вытекает из устройства имеет более высокую производительность, так как процесс протекания раствора через перфорированные электроды занимает несколько минут. Устройство для возбуждения микроплазменных разрядов, согласно полезной модели, изготовлено в институте механики металлополимерных систем НАН Беларуси и используется для электроискровой (микроплазменной) обработки силикатных растворов на основе натриевого жидкого стекла,модифицированного органическими реагентами, такими как глицерин, этиленгликоль,триэтаноламин, поливиниловый спирт, акриловая кислота. Установлено, что после обработки микроплазменными разрядами указанные выше силикаторганические растворы обладают более высокими показателями при их использовании в качестве клеев и связующих для композиционных материалов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.