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简体中文 गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड पाउडर एक आवश्यक सतह कार्यात्मक सामग्री है, जिसका व्यापक रूप से एयरोस्पेस, इलेक्ट्रॉनिक सूचना, विद्युत शक्ति, ऊर्जा, पेट्रोलियम, रासायनिक इंजीनियरिंग, धातु विज्ञान और मशीनरी उद्योगों में उपयोग किया जाता है। पारंपरिक उत्पादन में, टंगस्टन कार्बाइड पाउडर, टंगस्टन पाउडर और पुनर्चक्रित सामग्रियों को एक विशिष्ट कार्बन अनुपात में मिलाया जाता है, ग्रेफाइट की नावों में रखा जाता है, और लगभग 3000 डिग्री सेल्सियस पर झुकी हुई कार्बन ट्यूब भट्टियों में पिघलाया जाता है। पारंपरिक विधियों द्वारा उत्पादित टंगस्टन कार्बाइड पाउडर अधिकतर परतदार, पट्टी के आकार का या बहुभुजी होता है, जिसमें सुईनुमा यूटेक्टिक संरचनाओं की मात्रा कम होती है।.
दुर्दम्य धातु पाउडर निर्माण पर किए गए व्यापक प्रारंभिक अध्ययनों के आधार पर, यह शोध स्वतंत्र रूप से अति-उच्च तापमान परमाणुकरण उपकरण का एक सेट विकसित करता है। एकीकृत अति-उच्च तापमान पिघलने और अक्रिय गैस परमाणुकरण उपकरण पिघले हुए पदार्थ को 3000°C से ऊपर तक गर्म कर सकता है और निरंतर परमाणुकरण को सक्षम बनाता है। टंगस्टन पाउडर, कार्बन ब्लैक, टंगस्टन कार्बाइड अग्रदूतों और बहुभुजीय टंगस्टन कार्बाइड को कच्चे माल के रूप में उपयोग करके, अति-उच्च तापमान परमाणुकरण के माध्यम से उच्च गुणवत्ता वाला गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड तैयार किया जाता है। यह शोधपत्र गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड के निर्माण पर अति-उच्च तापमान परमाणुकरण मापदंडों के प्रभाव नियमों की पड़ताल करता है, और तैयार पाउडर की प्रदर्शन विशेषताओं और निर्माण तंत्र का विश्लेषण करता है।.
अति उच्च तापमान परमाणुकरण उपकरण अपनाने के मुख्य कारण
मुख्य तकनीकी समस्याओं का समाधान करें
परंपरागत गलाने की तकनीक से कणों का गोलाकारीकरण संभव नहीं है, जिसके परिणामस्वरूप कणों का आकार अनियमित होता है और यूटेक्टिक संरचनाएं अपर्याप्त होती हैं, जो व्यावहारिक अनुप्रयोग प्रदर्शन को कमजोर करती हैं। गोलाकार पाउडर के उत्कृष्ट समग्र गुण नियमित आकार और एकसमान सूक्ष्म संरचना पर निर्भर करते हैं। अति-उच्च तापमान पर परमाणुकरण उच्च तापमान वाले पिघले हुए पदार्थ को महीन बूंदों में फैलाता है, जो सतह तनाव के तहत गोलाकार आकार में सिकुड़ जाती हैं और तीव्र शीतलन के दौरान एकसमान WC और W₂C यूटेक्टिक संरचनाएं बनाती हैं। साथ ही, टंगस्टन कार्बाइड और इसके पूर्ववर्ती पदार्थों का गलनांक अति-उच्च होता है, जिन्हें सामान्य उपकरणों द्वारा पूरी तरह से पिघलाया और अभिक्रिया नहीं कराई जा सकती। यह विशेष उपकरण 3000°C से अधिक का स्थिर अति-उच्च तापमान वातावरण प्रदान करता है, जिससे कच्चे माल का पूर्ण रूप से पिघलना, पर्याप्त रासायनिक अभिक्रियाएं और घटकों की एकरूपता सुनिश्चित होती है।.
औद्योगीकरण की सीमाओं को तोड़ें
प्लाज्मा प्रोसेसिंग और जल-शीतित क्रूसिबल विधि जैसी वर्तमान मुख्यधारा की प्रौद्योगिकियां कम उत्पादन, जटिल प्रक्रियाओं, उच्च लागत और बड़े पैमाने पर प्रचार में कठिनाई से बाधित हैं। अति-उच्च तापमान परमाणुकरण उपकरण पिघलने और निरंतर परमाणुकरण को एकीकृत करता है, जिससे एकीकृत निरंतर उत्पादन संभव होता है, उत्पादन क्षमता में प्रभावी रूप से सुधार होता है और प्रसंस्करण लागत कम होती है, जो औद्योगिक बड़े पैमाने पर उत्पादन का समर्थन करती है। इसके अलावा, पूरी तरह से सीलबंद संरचना और अक्रिय गैस पृथक्करण प्रणाली कार्बन जलने से होने वाली हानि और ऑक्सीकरण संदूषण को काफी हद तक कम करती है, जिससे पाउडर उत्पादों की रासायनिक संरचना और प्रदर्शन स्थिरता स्थिर रूप से बनी रहती है और उच्च स्तरीय औद्योगिक क्षेत्रों की अनुप्रयोग मांगों को पूरा करती है।.
प्रयोग
प्रायोगिक उपकरण और मुख्य विशेषताएं
यह प्रयोग हुनान मेइतेयू सीमेंटेड कार्बाइड कंपनी लिमिटेड द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित अति-उच्च तापमान परमाणुकरण उपकरण पर किया गया, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। संपूर्ण प्रणाली में नौ प्रमुख मॉड्यूल शामिल हैं, जिनमें फीडिंग सिस्टम, हीटिंग और मेल्टिंग सिस्टम, मेल्ट कन्वेइंग और परमाणुकरण सिस्टम, पाउडर संग्रहण सिस्टम, वर्गीकरण उपचार सिस्टम, अक्रिय गैस संरक्षण सिस्टम, स्वचालित नियंत्रण सिस्टम, विद्युत आपूर्ति सिस्टम और गैस पुनर्प्राप्ति सिस्टम शामिल हैं। यह प्रणाली अति-उच्च तापमान मेल्टिंग को गैस परमाणुकरण के साथ नवीन रूप से जोड़ती है, जिससे अति-उच्च गलनांक वाले पदार्थों के लिए गैस परमाणुकरण की तकनीकी बाधा दूर हो जाती है। संचालन के दौरान, भट्टी की नली को लगभग 3000°C तक गर्म किया जाता है, और ग्रेनुलेटर के माध्यम से पदार्थों की निरंतर और समान रूप से आपूर्ति की जाती है। परमाणुकरण नोजल के इंजेक्शन के तहत, एक बार में पाउडर बनाने की दर 95% से अधिक और एक बार में गोलाकार बनाने की दर 90% से अधिक हो जाती है। पूरी तरह से सीलबंद हीटिंग और परमाणुकरण डिज़ाइन पदार्थ के जलने से होने वाले नुकसान को कम करता है। यह संक्षिप्त और सरलीकृत प्रक्रिया ढले हुए गोलाकार WC की उत्पादन लागत को काफी कम कर देती है, और निरंतर और कुशल औद्योगिक उत्पादन को बढ़ावा देती है।.
प्रायोगिक प्रक्रिया और परीक्षण विधियाँ
टंगस्टन पाउडर, कार्बन ब्लैक और टंगस्टन कार्बाइड प्रीकर्सर सहित विशिष्ट कण आकार वाले कच्चे माल को कार्बन सामग्री की आवश्यकताओं के अनुसार आनुपातिक रूप से मिलाया गया। ब्रिकेटिंग प्रक्रिया के बाद, मिश्रण को स्थिर गति से उच्च तापमान वाले एटमाइजेशन फर्नेस में डाला गया। कच्चे माल लगभग 3000°C पर पिघलकर तरल अवस्था में आ गए और पिघला हुआ पदार्थ उच्च तापमान वाले एटमाइजेशन क्षेत्र में प्रवेश कर गया। 0.8~1.5 MPa उच्च शुद्धता वाले आर्गन के उच्च दबाव के प्रभाव में, पिघला हुआ पदार्थ छोटे-छोटे कणों में टूट गया। ये कण शीतलन क्षेत्र में प्रवेश कर गए और पृष्ठ तनाव के कारण तेजी से संघनित होकर गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड पाउडर में परिवर्तित हो गए।.
नमूना तैयार करने के बाद, सूक्ष्म संरचना का अवलोकन और विश्लेषण करने के लिए XJP-100 मेटलोग्राफिक माइक्रोस्कोप और LEO1450 स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग किया गया। चरण संरचना का पता लगाने के लिए M21X एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर का उपयोग किया गया, और व्यापक प्रदर्शन विशेषताओं के निर्धारण हेतु पाउडर की तरलता का परीक्षण करने के लिए हॉल फ्लो मीटर का उपयोग किया गया।.
परिणाम और चर्चा
पाउडर की आकृति विज्ञान
परमाणुकरण में प्रतिक्रिया तंत्र और प्रभावित करने वाले कारक
यह बंद अति-उच्च तापमान पिघलने और परमाणुकरण उपकरण बिना किसी रुकावट के निरंतर पिघलने और परमाणुकरण की प्रक्रिया को संभव बनाता है। कच्चे माल को लगातार रिएक्टर में भेजा जाता है, गिरने की प्रक्रिया के दौरान पूरी तरह से गर्म और पिघल जाता है, और फिर बीम प्रवाह छिद्र के माध्यम से परमाणुकारक तक पहुँचाया जाता है। रिएक्टर में पदार्थों का निवास समय केवल लगभग 1 सेकंड होता है। इस छोटी अवधि के भीतर, कच्चे माल ऊष्मा अवशोषण, ठोस-ठोस अभिक्रिया और WC तथा W₂C के यूटेक्टिक निर्माण को पूरा कर लेते हैं। मुख्य रासायनिक अभिक्रिया नीचे दर्शाई गई है:
W + WC -> W2C
इस ठोस-ठोस अभिक्रिया में, टंगस्टन के कण ठोस से कार्बन तत्वों को ग्रहण करते हैं। स्वागत और सतही प्रतिक्रियाओं को सक्रिय करते हैं, जो धीरे-धीरे कणों के आंतरिक भाग में प्रवेश करके W₂C उत्पन्न करती हैं। टंगस्टन पाउडर का कण आकार और सक्रियता सीधे प्रतिक्रिया की प्रगति को नियंत्रित करती है। 3410°C के गलनांक के कारण अप्रतिक्रियाशील टंगस्टन को पारंपरिक परमाणुकरण तापमान पर पिघलाया नहीं जा सकता, और यह तैयार पाउडर में अशुद्ध कणों के रूप में बना रहता है। इसी प्रकार, WC का कण आकार और कण संरचना भी प्रतिक्रिया दक्षता, गलनांक प्रभाव और यूटेक्टिक गुणवत्ता को प्रभावित करती है, जिससे कण आकार वितरण एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया नियंत्रण सूचकांक बन जाता है।.
प्रक्रिया मापदंडों का अनुकूलन
सभी कच्चे माल के पूर्ण पिघलने और पर्याप्त अंतराच्छिक प्रतिक्रिया सुनिश्चित करने के लिए, अग्रदूतों के कणों का आकार 80~200 μm के बीच नियंत्रित किया गया था। ढले हुए गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड का गलनांक 2525°C है, और उचित गोलाकारीकरण के लिए अतिरिक्त ऊष्मा की आवश्यकता होती है। उत्पाद के प्रदर्शन पर तापमान के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए 2600°C, 2700°C, 2800°C, 2900°C और 3000°C के पाँच तापमान प्रवणताएँ निर्धारित की गईं।.
पाउडर के प्रदर्शन पर परमाणुकरण तापमान का प्रभाव
तालिका 1 में दर्शाए अनुसार, तापमान गोलाकारीकरण प्रक्रिया को प्रभावित करता है। 2600°C पर तैयार किए गए पाउडर को गोलाकार बनाना कठिन होता है। 2700°C पर प्राप्त नमूनों में अनियमित आकार और खुरदरी सतह के साथ गोलाकारीकरण की दर कम होती है। पूर्ण गोलाकारीकरण केवल 2800°C से अधिक तापमान पर ही प्राप्त किया जा सकता है। 2700°C से 3000°C के तापमान सीमा में, परमाणुकरण तापमान में वृद्धि गोलाकारीकरण की दर, सतह की चिकनाई और कणों की समग्र आकृति में प्रभावी रूप से सुधार करती है।.
तालिका 2 में दर्शाए गए आंकड़ों के अनुसार, परमाणुकरण तापमान का गोलाकारीकरण दर और पाउडर की तरलता के साथ सकारात्मक सहसंबंध है। 2700°C पर गोलाकारीकरण दर अपेक्षाकृत कम है, 2800°C पर यह 90% तक पहुँच जाती है और 2900°C पर 100% पूर्ण गोलाकारीकरण प्राप्त कर लेती है। उच्च तापमान से पाउडर की तरलता भी बेहतर होती है। कण आकार वितरण के संदर्भ में, 2700°C से 3000°C तक तापमान बढ़ने के साथ महीन पाउडर की मात्रा बढ़ती है जबकि मोटे पाउडर का अनुपात घटता है। उच्च सुपरहीट गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड पिघल की श्यानता को कम करता है और बूंदों को कुचलने के लिए आवश्यक ऊर्जा को कम करता है, जिससे समान परमाणुकरण स्थितियों में महीन पाउडर के निर्माण को बढ़ावा मिलता है।.
सूक्ष्म संरचना, चरण संरचना और गुण
चित्र 3 में गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड पाउडर की स्थूल आकृति और सूक्ष्म संरचना दर्शाई गई है। नमूनों का आकार पूर्णतः गोलाकार है और सतह चिकनी है, जिसके भीतर महीन पंखनुमा यूटेक्टिक संरचनाएं मौजूद हैं। इससे यह सिद्ध होता है कि प्रिकर्सर ने ऊष्मा को पूर्णतः अवशोषित कर गलाने की प्रक्रिया में W से W₂C और WC में चरण परिवर्तन पूरा किया, और शीतलन के बाद अंततः स्थिर WC-W₂C यूटेक्टिक संरचनाएं निर्मित कीं।.
चित्र 4 अति उच्च तापमान पर परमाणुकरण द्वारा तैयार किए गए गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड के एक्स-रे विवर्तन चरण विश्लेषण के परिणाम दर्शाता है। सभी नमूनों में केवल WC और W₂C दोहरे चरण मौजूद हैं। उचित तापमान और अग्रदूत कण आकार के साथ, कच्चे माल पूरी तरह से पिघल जाते हैं और शुद्ध गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड यूटेक्टिक संरचनाओं के निर्माण के लिए प्रतिक्रिया करते हैं।.
परमाणुकरण तंत्र का विश्लेषण
बूंद के गोलाकारीकरण की तापमान पर निर्भरता
परमाणुकरण में धातु की बूंदों के निर्माण के बाद, पृष्ठ तनाव अनियमित बूंदों को नियमित गोलों में संकुचित कर देता है। उच्च तापीय दबाव में, बूंदों को जमने से पहले पूर्ण गोलाकार आकार में बदलने के लिए पर्याप्त शीतलन समय मिलता है, जिससे पूर्ण गोलाकार या अर्धगोलाकार पाउडर बनता है। कम तापीय दबाव में, प्राथमिक या द्वितीयक पिसाई में बूंदें तेजी से जम जाती हैं। अपर्याप्त गोलाकार आकार में बदलने का समय मोटे कणों, डम्बल के आकार की संरचनाओं और अन्य दोषपूर्ण आकृतियों का कारण बनता है।.
परमाणुकरण पर पिघले हुए पदार्थ के भौतिक गुणों का प्रभाव
पिघले हुए पदार्थ का घनत्व, पृष्ठ तनाव और श्यानता मिलकर प्रवाह व्यवहार और परमाणुकरण विशेषताओं को निर्धारित करते हैं। संपीड्यता की सीमा के कारण, पिघले हुए तरल पदार्थ के घनत्व में परिवर्तन नगण्य होता है, जिससे समग्र परमाणुकरण प्रक्रिया पर इसका बहुत कम प्रभाव पड़ता है। पृष्ठ तनाव बूंद की स्थिरता बनाए रखता है और पाउडर की आकृति को नियंत्रित करता है, जबकि श्यानता कण के आकार को समायोजित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। परमाणुकरण के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा पृष्ठ तनाव और तरल सतह क्षेत्र में परिवर्तन के साथ सकारात्मक रूप से सहसंबंधित होती है। गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड पिघले हुए पदार्थ के लिए, पृष्ठ तनाव और श्यानता अतिऊष्मा में वृद्धि के साथ घटती है, जो तापमान विनियमन के लिए सैद्धांतिक समर्थन प्रदान करती है।.
गोलाकारता सूचकांक और अतिताप के बीच सहसंबंध
गोलाकारता सूचकांक का उपयोग गोलाकारता की मात्रा का मात्रात्मक मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है, जिसे पाउडर प्रक्षेपण में X और Y अक्षों के लंबाई अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। जब सूचकांक 1 के बराबर होता है, तो पाउडर एक आदर्श गोला होता है; जब सूचकांक 1 से अधिक होता है, तो कण अनियमित होते हैं। प्रभावी गोलाकारता के लिए महत्वपूर्ण अतिताप की स्थिति का होना आवश्यक है। 2700°C से 2850°C की सीमा में, तापमान बढ़ने से पिघले हुए पदार्थ का पृष्ठ तनाव और श्यानता कम हो जाती है, जिससे गोलाकारता की दर में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। पर्याप्त अतिताप की स्थिति में कण स्वतः ही नियमित गोलों में सिकुड़ सकते हैं।.
निष्कर्ष
- टंगस्टन पाउडर, कार्बन ब्लैक, टंगस्टन कार्बाइड प्रीकर्सर और बहुभुजीय टंगस्टन कार्बाइड को कच्चे माल के रूप में उपयोग करके, उच्च तरलता, घिसाव-प्रतिरोधी और उच्च प्रदर्शन वाले उत्पाद तैयार किए जाते हैं। गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड इसे अति उच्च तापमान पर पिघलने और अक्रिय गैस परमाणुकरण तकनीक के माध्यम से बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जा सकता है।.
- 2800~3000°C के तापमान सीमा के भीतर, उच्चतर परमाणुकरण तापमान महीन पाउडर की मात्रा को बढ़ाता है और साथ ही कण की गोलाकारता और गोलाकारीकरण दर को अनुकूलित करता है।.
- तैयार किए गए गोलाकार टंगस्टन कार्बाइड में नियमित गोलाकार आकृति और उत्कृष्ट तरलता पाई जाती है। इसके आंतरिक भाग में शुद्ध WC-W₂C यूटेक्टिक चरण के साथ महीन सुईनुमा यूटेक्टिक संरचनाएं मौजूद हैं, जिसकी सूक्ष्म कठोरता 3200HV और हॉल प्रवाह दर 6.5 सेकंड/50 ग्राम है।.
- पिघले हुए पदार्थ की अतिताप के गोलाकारीकरण पर प्रभाव के नियम के आधार पर, मात्रात्मक लक्षण वर्णन के लिए गोलाकारीकरण सूचकांक पेश किया गया है, और टंगस्टन कार्बाइड पाउडर के गोलाकारीकरण सूचकांक और पिघले हुए पदार्थ की अतिताप के बीच सहसंबंध सूत्र स्थापित किया गया है।.
