Вакуумные технологии

Продукция
Прайс-лист


1. В зависимости от назначения, проектируемые НПП ЭПОС вакуумные плазменные установки имеют отличающиеся один от другого технологические и конструктивные особенности. Но общим для всех установок этого типа является наличие массивного полого нерасходуемого эмиссионного катода в виде, в простейшем случае, цилиндра из тугоплавкого металла (вольфрам, тантал, молибден), в котором при подаче через газоподводящие трубки плазмообразующего и технологического газов и происходит генерация низкотемпературной плазмы.2. В промышленности задача получения чистых тугоплавких ультрадисперсных, в т.ч. - нанокристаллических порошков с заданным набором свойств (удельная поверхность, чистота, текучесть, физико-механические и химические свойства, заданная форма и т.д.) для производства отечественных высококачественных изделий решается в несколько стадий, на громоздком и дорогостоящем оборудовании, с необоснованно высокими затратами материальных ресурсов. Получение порошков с помощью механического размола приводит к загрязнению порошков и требует дополнительной очистки.
2.В ряде случаев весь набор требований не может быть обеспечен, при этом свойство товара складываются на основе компромисса требований к нему. Технические устройства и технологии, оборудование, применяемые для получения тугоплавких нанопорошков, устарели и не соответствуют предъявляемым современным требованиям к качеству материалов. В технологической цепи производства тугоплавкого нанопорошка имеется большое количество физико-механических, химических и электрохимических переделов, приводящих к образованию сложных и опасных отходов и серьезно удорожающих конечный продукт. В силу дороговизны продукта и ограничению возможностей по обеспечению заданных свойств изделий, полученных по традиционной технологии, из-за малой производительности и незначительного выхода годного продукта при традиционной схеме переработки, он недоступен отечественному потребителю. Отдельные свойства порошка при получении его традиционными способами вообще не могут быть достигнуты. 
Это делает невозможным переход на массовый выпуск современных изделий микроэлектроники, оборонной техники, ракетной техники и авиации, базирующихся на использовании современных ультрадисперсных и нано-материалах.

3. Одна из плазменных установок, изготовленная по заказу Центра Электротехнологий НГТУ, состоит из двух постов, один из которых - для работы как с порошками, так и со слитками, другой - для работы с порошками.        

4.Вакуумная плазменная установка имеет следующие основные технические данные и характеристики:

  • Максимальный ток дуги – 3000А;
  • Максимальное напряжение на дуге – 80В;
  • Давление в рабочей камере в рабочем режиме - до мм.рт.ст.;
  • Напряжение питающей сети – 380В

Экспериментальная вакуумная плазменная установка с полым катодом состоит из следующих узлов:

  • рабочая вакуумная камера
  • откачная вакуумная система
  • система подачи плазмообразующего и транспортного газа
  • система водоохлаждения
  • система электропитания и управления установкой.

   

Вакуумная плазменная установка с полым катодом состоит из двух независимых технологических объемов «Камера №1» и «Камера №2», соединенных с вакуумной системой откачки посредством системы шиберов. 
Каждая из камер может работать независимо от другой, и позволяет проводить различные экспериментальные и технологические операции. Для создания пониженного давления в объеме установки предусмотрены вакуумные насосы: форвакуумный ВН-6Г и два бустерных паромасляных НВБМ-5.Система шиберов позволяет комбинировать работу вакуумных насосов в различной последовательности и производить откачку технологических объемов независимо друг от друга. 
Вакуумная камера №1 представляет собой водоохлаждаемый цилиндр с патрубком присоединения к откачной вакуумной системе. Сверху камера вакуумплотно закрыта водоохлаждаемой крышкой, внизу камеры установлена водохлаждаемая емкость для сбора и охлаждения порошка («приемник») с охлаждаемым анодом и экраном из магнитной стали, вакуумплотно соединенная с нижней неохлаждаемой крышкой. 
На верхней крышке установлен водоохлаждаемый экран, из магнитной стали, с возможностью вертикального перемещения. По оси медного экрана установлен медный водоохлаждаемый катододержатель («плазмотрон») с закрепленным на нем сильноточным полым катодом. Катододержатель имеет возможность вертикального перемещения вдоль оси. На боковых стенках камеры предусмотрены дополнительные фланцевые соединения, для подключения манометра, манометрического преобразователя типа ПМТ-2 и манометра. 
Порошок подается из вибробункеров через трубки в плазменный разряд и камеру. Расход порошка, поступающего в камеру, будет зависеть от напряжения питания вибробункера, расхода транспортирующего газа, давления внутри камеры.

Схема двухпостовой вакуумной плазменной печи для получения деформированных порошков и нанопорошков и слитков.5. В процессе проведения работ были реализованы несколько технологических схем оборудования вакуумной камеры для проведения процесса обработки порошка тантала. 
Условия, достигаемые в данном разряде, в совокупности не могут быть воспроизведены в других электротехнологических установках.
Для увеличения концентрации плазмы на оси разряда и предотвращения распада плазменного столба применяется дополнительное обжатие столба разряда внешним магнитным полем. Это осуществляется специальной электромагнитной системой, которая создает регулируемое по форме и величине кольцевое магнитное поле, с управляемыми параметрами. При соблюдении этих условий между катодом и анодом формируется столб плазмы с четко выраженной формой и видимым диаметром, примерно равным диаметру полости катода.
В технологической цепи производства тугоплавкого нанопорошка имеется большое количество физико-механических, химических и электрохимических переделов, приводящих к образованию сложных и опасных отходов и серьезно удорожающих конечный продукт. В силу дороговизны продукта и ограничению возможностей по обеспечению заданных свойств изделий, полученных по традиционной технологии, из-за малой производительности и незначительного выхода годного продукта при традиционной схеме переработки, он недоступен отечественному потребителю. Отдельные свойства порошка при получении его традиционными способами вообще не могут быть достигнуты.

                                                               

Распределение скорости газа в поперечном сечении плазмотрона.

Плазменный разряд с подачей порошка тантала.В России нанопорошки с близкими свойствами выпускаются ничтожными количествами, по чрезвычайно сложной и дорогой, многоступенчатой химико-металлургической технологии. 
Спрос на тугоплавкие нанопорошки внешними поставками не может быть обеспечен, т.к. они подпадают под ограничения на поставки, либо могут быть проданы только в виде готового изделия, в поставляемом оборудовании.
6. Технологическая схема производства высокоемких порошков тантала в США представлена на рисунке 1.1 (Патент США№4017302 и № 4141719)

Технологическая схема производства высокоемких порошков тантала.

Эта схема работ применяется при осколочных порошках. При использовании порошков тантала, полученных методом восстановления K2Ta F7 жидким натрием, технология начинается с этапа 5. Принципиально она повторяется, но имеет специфические особенности по просеву и температурам грануляции.
Создание электротехнологии для высокотемпературной обработки тугоплавких порошков (в т.ч. –тантала) является самой сложной задачей из задач деформации, сфероидизации и глубокого рафинирования порошковых металлических материалов из-за необходимости перегрева порошков до температур значительно более 3269К (температура плавления тантала), очень большой теплоты плавления тантала Н=35 кДж/моль. 
В соответствии со структурой атомов (5d36s2-4F3/2), потенциал ионизации тантала равен =7,89 эВ. Экстремальный характер свойств тантала резко усложняет вопрос контроля параметров процесса. 
Ранее разработанные электротехнологические устройства для получения плазмы при пониженных давлениях (от 10-1 до 10-5 мм. рт. ст.) позволили получить плазменные потоки с введенной мощностью свыше 1000 кВт. Эти электропечи реализованы для прямого переплава черновых порошков тантала, получаемых по электрохимическим технологиям его восстановления. За счет взаимодействия с плазмой при перемещении вдоль столба разряда порошковый материал нагревается до температуры плавления и выше, устойчиво удерживает частицы порошка внутри столба плазмы электродинамическими силами, что позволяет рафинировать порошок за счет испарения примесей и удаления газов аналогично вакуумному дуговому переплаву и электроннолучевому переплаву. Однако установлено, что интенсивность рафинировочных процессов в вакуумной плазме превышает даже электроннолучевой переплав в 3-5 раз. Это и позволило одним переплавом чернового порошка тантала по отработанной технологии, в вакуумной плазменной электропечи получить металл, равнозначный по свойствам металлу, получаемому в двойном переплаве.7. Новая плазменная установка для рафинирования и деформации порошков тантала представляет собой многоступенчатый аппарат, в котором каждая ступень выполняет определенную технологическую функцию. Подача и транспортировка порошка в реакционную зону плазмотрона является первой ступенью в этой технологической цепочке.
Оптимизация электротехнологической задачи строится на взаимосвязях параметров плазмы разряда с геометрическими размерами порошка под конечную цель - нагреть, расплавить, перегреть, чтобы испарить примеси и удалить газы. Кроме этого, на конечной фазе технологической обработки необходимо деформировать частицу для увеличения поверхности и придания ей дополнительных технологических свойств (структура зерен, качество и химические свойства поверхностных слоев, заданные механические свойства), либо создать условия для создания деформированных структур.8. Проведенные научно-технологическим подразделением предприятия работы показали высокие возможности плазменной обработки порошков, а именно:1) Во время ведения технологической переработки появляется возможность проведения рафинировочных процессов исходных порошков от примесей, в т.ч. - от кислорода, что в традиционных зарубежных технологиях достичь невозможно, т.к. кислород удаляется из порошка тантала в вакуумных печах только при температурах более 1600оС.
2) Создаются предпосылки для получения части порошков различного гранулометрического состава в виде отдельных сфер, что придает порошку важное положительное свойство – повышенную текучесть. Добавление сферических порошков в количестве 2-5% в готовую продукцию путем шихтовки увеличивает удельную поверхность и, как следствие, – заряд конденсатора.
3) Создается возможность получения порошков в виде "чешуек" различных размеров и толщин. Эта форма порошков имеет повышенную удельную поверхность по сравнению с исходным материалом (осколочная форма).
4) Создается возможность получения порошка в виде агломерата.
5) Порошок тугоплавких материалов после обработки в плазме приобретает повышенную текучесть за счет мгновенного нагрева и быстрого охлаждения. В настоящее время нет альтернативы плазменной обработке порошков по такому параметру, как увеличение текучести. Это технологическое свойство порошка приведет к резкому увеличению удельной поверхности и, как следствие, к увеличению заряда конденсатора.
6) Нет жестких требований по чистоте исходного сырья. В качестве исходных материалов для первой стадии – электрохимического передела можно применять первичные порошки после натриетермического восстановления, а также осколочные порошки после первичного переплава на слиток, в том числе некондиционные порошки, содержащие существенное количество примесей. Для электрохимического передела в указанной технологии не предъявляются жесткие требования по чистоте компонентов, поскольку при последующей стадии передела проблема нежелательных примесей устраняется на этапе электрофизической обработки. Это удешевляет процесс в целом.
7) При получении нанопорошков и конгломератов указанных свойств и качества себестоимость получения продукции из исходных веществ, получаемых по указанной технологии, в сравнении с существующими технологиями, снижается более, чем в 5-8 раз.
8) Направление использования данных порошков - компонент высокоемких конденсаторов, исходное сырье высококачественных сплавов для ракетной и авиакосмической промышленности, при использовании технологии порошковой металлургии, катализаторы, компоненты высококачественных сплавов.9.Предлагаемая технология производства высокоемких нанопорошков и агломератов в плазменной печи с полым катодом уникальна в том, что в одном устройстве удастся соединить ряд взаимоисключающих возможностей:1) Плотность мощности обеспечивается не меньшая, чем в электронно-лучевой печи. Однако структура разряда и распределение мощности в пучке невоспроизводима ни в одном другом разряде.
2) Порошковый материал нагревается до температуры плавления по всему периметру равномерно. Скорость нагрева может превышать скорость нагрева под электронным пучком благодаря активному участию частицы в сложном массо-и энергообмене с разрядом и газом. Нет локальных местных перегревов частиц.
3) Частицы порошка внутри столба плазмы устойчиво удерживаются электродинамическими силами, нет разлета частиц при кипении и взрывах под воздействием концентрированного источника тепла.
4) Высокая плотность мощности позволяет рафинировать порошок за счет испарения примесей и удаления газов аналогично вакуумному дуговому переплаву и электронно-лучевому переплаву.
5) Интенсивность рафинировочных процессов в вакуумной плазме превышает даже электроннолучевой переплав 3-5 раз.
6) Одним переплавом чернового порошка тантала в вакуумной плазменной электропечи можно получить металл, равнозначный по свойствам металлу, получаемому в двойном переплаве после первого электроннолучевого переплава.
7) По таким параметрам, как чистота по кислороду, пластичность, текучесть достигаются превосходные и недостижимые другим способом параметры.Получаемый на плазменно-вакуумном оборудовании плазменный разряд, формируемый горячим плазменным полым (многополостным) термоэмиссионным катодом, уникален по концентрации мощности, по возможностям передачи всей мощности разряда в нагреваемое изделие, транспортировке газа в пучке и обеспечению при этом эффективных ион-ионных и ион-электронных взаимодействий, с плотностью мощности, направленной в обрабатываемый в порошок, не достигаемый иными видами разрядов. В плазменном пучке подбором конфигурации рабочих элементов, технологических параметров, способов введения и транспортировки рабочих веществ созданы условия для придания порошку требуемого состояния и формы, обеспечивающих высокие рабочие качества изделия.Порошки для переработки подготавливаются с применением электрохимических способов передела. Однако при этом резко снижены, на порядки, требования к исходному и конечному качеству порошков, подаваемых в электрофизический этап передела.
Технология сделает ненужными несколько стадий химико-металлургических переделов с участием порошковых материалов и резко удешевляет продукт.
При изменении схемы оборудования, исключающего механическое воздействие на частицу, обеспечивается соответствующее физическое и электрохимическое воздействие на частицу, обеспечивающее существенное улучшение ее свойств- рафинирование от нежелательных включений и термообработка.Данное устройство является базовым для реализации технологии обработки нанокристаллических порошков тугоплавких металлов.При разработке концепций новой технологии предполагается использование мишеней, которые позволяли бы при ударе деформировали частицу, придавали ей заданную форму и транспортировали частицу в указанное место для дальнейшего использования.  

ПЛАЗМЕННО-ВАКУУМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ С АКТИВАЦИЕЙ ВЫСОКОИОНИЗИРОВАННОЙ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕЙ ПЛАЗМЕННЫМ ПОЛЫМ КАТОДОМ И ПЛАЗМЕННЫМИ ПУШКАМИ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ.

 В 70-е годы двадцатого столетия широкое распространение получило вакуумное оборудование для нанесения покрытий, с целью увеличения ресурса работы обрабатывающего инструмента и быстроизнашиваемых деталей. Декларируемое для оборудования напыления покрытий увеличение ресурса работы инструмента составляло 2-3 раза. Ограничение возможности увеличения ресурса деталей 2-3 разами связано как собственно с ограничением ресурса на истираемость (износ) нанесенного слоя, так и с прочностью сцепления покрытия с поверхностью. 
В значительной мере, адгезия покрытия с основой, на которую производится напыление, определяется способом подготовки поверхности (активацией), а также технологией формирования подслоя для качественного сцепления покрытия с основой. 
Поставленная задача решалась предприятием посредством разработки и выпуском собственного нового технологического оборудования с применением плазменного полого катода оригинальной конструкции и разработанных нами технологий на указанной основе. В результате, в 1993-1996 годах разработано плазменное оборудование, позволившее реализовать технологии подготовки поверхности, обеспечивших адгезию наносимых слоев к основе на уровне прочности основного материала, а также обеспечение нечувствительного к режимам эксплуатации адгезионного покрытия и основы. 
На основе указанных технологий выпущено оборудование для создания предприятий, выпускавших инструмент и детали на основе износостойких покрытий, а также товары народного потребления.

Цех плазменного оборудования предприятия «Титан», г. Семипалатинск-21, выпускавшего
инструмент и оснастку, товары народного потребления. Участок оборудования по нанесению покрытий.
 Площадь помещений цеха плазменного оборудования предприятия «Титан» составляла 2100 кв. м, объем выпуска продукции - до 3000 изделий в смену. Штатная численность работающих - 45 человек. Потребляемая мощность по установленному оборудованию - 80 КВт. Цех расположен в отдельно стоящем здании и содержит три участка подготовки изделий, участок напыления, хим. лабораторию, участок изготовления упаковки и участок упаковки, склады, транспортный участок, вспомогательные участки. 

 

Сверх изображенного на фотографиях, с плазменным покрытием на основе титана, тантала, оксидных и нитридных соединений выпускается: плунжерные и иные трущиеся пары тепловозов, электровозов, ножи для резки бумаги, кожи, металла, сверла, метчики, развертки, фрезы, челноки и иглы для текстильной промышленности, зубные коронки, металлургические тигли для плавки тугоплавких материалов и т.д. — сотни наименований для десятков отраслей промышленности Республики Казахстан пользуются произведенными товарами АО «НПП ЭПОС».