Борис Владимирович Сырнев – д.т.н., вед. науч. сотрудник научного центра «Веритас»
Казахстан, 070004, г. Усть-Каменогорск, ул. Д. Серикбаева, 19
Boris V. Syrnev – Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher of the Scientific Center “Veritas”
19 D. Serikbaev Str., Ust-Kamenogorsk 070004, Kazakhstan
Галина Сергеевна Пестова – к.т.н., вед. инженер-конструктор научного центра «Веритас»
Казахстан, 070004, г. Усть-Каменогорск, ул. Д. Серикбаева, 19
Galina S. Pestova – Cand. Sci. (Eng.), Leading Design Engineer of the Scientific Center “Veritas”
19 D. Serikbaev Str., Ust-Kamenogorsk 070004, Kazakhstan
Оксана Валерьевна Семилуцкая – ст. преподаватель школы «Металлургия и обогащение полезных ископаемых»
Казахстан, 070004, г. Усть-Каменогорск, ул. Д. Серикбаева, 19
Oksana V. Semilutskaya – Senior Lecturer of the School “Metallurgy and mineral processing”
19 D. Serikbaev Str., Ust-Kamenogorsk 070004, Kazakhstan
Фарит Сапаргалиевич Туганбаев – вед. инженер-технолог научного центра «Веритас»
Казахстан, 070004, г. Усть-Каменогорск, ул. Д. Серикбаева, 19
Farit S. Tuganbaev – Leading Process Engineer of the Scientific Center “Veritas”
19 D. Serikbaev Str., Ust-Kamenogorsk 070004, Kazakhstan
Представлены результаты экспериментально-аналитических исследований процесса газоструйного диспергирования расплава и получения бериллиевых гранул. Показано влияние природы (азот, гелий), скорости подачи охлаждающего газа (300–650 м/с), температуры расплава и размера образующихся капель (<500 мкм) на скорость охлаждения и свойства гранул. Установлено, что в зависимости от регламента распыления затвердевание бериллиевых гранул может происходить по двум механизмам: кристаллизация, аморфизация (стеклование). При распылении азотом расплава бериллия гранулы диаметром менее 100 мкм затвердевают по механизму стеклования (аморфизируются), а диаметром более 300 мкм – по механизму кристаллизации. При этом определенная фракция гранул (размером от 100 до 300 мкм) затвердевает по смешанному механизму – поверхность аморфизируется, а центральная часть кристаллизуется, в результате чего происходит отслаивание «скорлупы» по поверхности перехода от механизма стеклования к механизму кристаллизации. Толщина «скорлупы» зависит от диаметра гранулы и составляет 10–15 мкм (на гранулах 300 мкм) и 20–25 мкм (на гранулах 100 мкм). Полученные результаты исследований хорошо согласуются с гипотезой о стеклокристаллическом механизме затвердевания гранул бериллия, обуславливающем расслоение их по межфазной границе. Такое затвердевание, по смешанному механизму, приводит к образованию легко отслаиваемой «корочки» на грануле, которая наиболее загрязнена примесями. Понимание изученного эффекта создает перспективы для его практического применения при получении специальных материалов из бериллия. Возможность отделения «корочки» от «ядрышка» создает условия для получения особых сортов спеченного бериллия для использования в атомных реакторах и производстве фольги, где необходима микроструктура бериллия с «чистыми» границами.
Experimental and analytical studies on gas atomization of the molten beryllium and the production of beryllium granules are presented. The impact of various factors, including the choice of gas (nitrogen or helium), the cooling gas flow rate (ranging from 300 to 650 m/s), melt temperature, and droplet size (<500 µm), on the cooling rate and granule properties, is demonstrated. It has been determined that the solidification of beryllium granules can occur through two distinct mechanisms depending on the atomization process. These mechanisms include crystallization and amorphization (glass transition). When beryllium melt is atomized with nitrogen, granules with diameters less than 100 µm solidify via the amorphization mechanism (glass transition), while those with diameters exceeding 300 µm solidify through crystallization. In such cases, a portion of granules with sizes ranging from 100 to 300 µm undergoes a mixed mechanism solidification. In this process, the surface becomes amorphous, while the central part crystallizes, resulting in the formation of a “shell” on the surface, marking the transition from the glass transition mechanism to the crystallization mechanism. The thickness of this “shell” depends on the granule diameter, measuring 10–15 µm for 300 µm granules and 20–25 µm for 100 µm granules. The findings from this research align well with the hypothesis of a glass-crystalline mechanism of beryllium granule solidification, which leads to their separation at the interfacial boundary. Such solidification through a mixed mechanism results in the creation of a removable “crust” on the granule, which is typically more contaminated with impurities. Understanding this effect opens up possibilities for practical applications in the production of specialized materials from beryllium. The ability to separate the “crust” from the “core” provides the conditions for obtaining specialized sintered beryllium grades suitable for use in nuclear reactors and foil production, where a beryllium microstructure with “clean” boundaries is essential.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.