Проекты

Разработка станка для заточки вольфрамовых игл

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Приборостроение
Авторы работы: ГБОУ Школа № 179
Предметы: Физика, Химия, Технология
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 18−20 апреля 2019 года

Постоянно совершенствующиеся методы исследования вещества позволяют работать со всё меньшими объектами, что подогревает интерес исследователей. Поэтому всё более остро встаёт проблема работы с такими объектами, чей размер достигает долей микрона.

В минералогии для этого используются тонкие вольфрамовые иглы с диаметром кончика менее 1 микрона.

Проблема

Самостоятельно получить такие можно только с помощью электрохимического травления, т. к. механически получить их просто невозможно, а иные технологии недоступны рядовому исследователю. По заказу сотрудников минералогического музея им. А. Е. Ферсмана иглы должны были быть сделаны под три типовые операции:

  •   Раздробление породы вокруг зерна в целях его извлечения (угол конуса иглы при этом должен составлять примерно 30−35 º);
  •   Отделение нужного зерна от ненужных в шлихе (угол конуса примерно 5−20 º);
  •   Перенос зерна на другую поверхность (угол конуса 1−5º).

Цель

Создание настольного станка для заточки вольфрамовых игл и разработка наилучших способов их перезаточки/дозаточки. Изготовление стендов для микрозаточки и перезаточки вольфрамовых игл.

Задачи

1.      Найти оптимальные параметры травления вольфрамовых игл под типовые операции.

2.      Заточить партию игл каждого типа.

3.      Разработать и реализовать устройство (станок) для заточки и перезаточки игл в лабораторных условиях.

Дополнительные требования:

1.      Работа со станком должна быть максимально безопасна.

2.      Работа со станком должна быть простой и не требовать специальных навыков.

3.      Кроме станка необходимо разработать ещё и систему безопасного хранения готовых игл.

Описание

Так как проект объёмный, авторы решили разделить его на 2 части: экспериментальную и аппаратную.

Экспериментальная часть

1) съёмка параметров электрохимической ячейки;

2) съёмка параметров электрохимической ячейки на ультразвуковой бане;

3) съёмка параметров электрохимической ячейки при разных диаметрах анода;

4) съёмка параметров электрохимической ячейки на разных расстояниях «анод-катод»;

5) съёмка параметров электрохимической ячейки на пяти- и двадцатипроцентных растворах КOH;

6) проверка изменений параметров раствора при череде травлений без смены раствора;

7) съёмка параметров электрохимической ячейки в растворе по патенту «№ 210598»;

8) съёмка параметров электрохимической ячейки на 30 %-й смеси из KOH, NaOH, LiOH;

9) быстрая съёмка броска тока при подаче разных напряжений;

10) съёмка параметров электрохимической ячейки с введением биполярного электрода;

11) электрогравиметрия с последующей оценкой поверхности;

12) электрогравиметрия «запредельных» напряжений;

13) травление подпружиненного анода в целях получения длинного узкого конуса;

14) сравнение результатов травления при различных скоростях перемещения анода;

15) травление неподвижного анода в проточной ячейке;

16) травление анода с микровытягиванием его из раствора;

17) травление анода с микровытягиванием из проточной ячейки.

Аппаратная часть

1) разработка стенда для проведения статичных экспериментов;

2) разработка конструкции установки для проведения динамичных экспериментов;

3) управление перемещением;

4) разработка узла отвода едких паров от электрохимической ячейки;

5) испытание эжекторной вытяжки;

6) разработка автономной системы управления;

Разработка обеих частей проходила параллельно.

Результат

 Получены наилучшие (по мнению автора) «рецепты» для всех трёх задач и перезаточки\дозаточки.

 Построен настольный станок для заточки вольфрамовых игл.

 Изготовлены стенды для микрозаточки и перезаточки вольфрамовых игл.

Оснащение и оборудование

1) Комбинированный прибор Щ300;

2) Осциллограф С1-114;

3) Мультиметры UT33A и UT33C;

4) Блоки питания Masters FPS325D и СPS-1620;

5) Аналитические весы Sartorius G150D;

6) Ультразвуковая ванна СТ-408;

7) Окуляр-микрометр АИ-9-4;

8) Видеомикроскоп Digital Video Microscope 600X;

9) Видеокамера Sony DCR-HC15R;

10) Цифровой измеритель температуры;

11) Рентгено-флюоресцентный анализатор Oxford ED-2000.

Перспективы использования результатов работы

В экспериментальной части стоит усовершенствовать процесс дозаточки с микровытягиванием анода из обычной ячейки и из проточной. Необходимо также добиться большей повторяемости получения длинного и тонкого конуса. В аппаратной части также есть перспективы: доработать систему отвода едких паров и написать подробную инструкцию по использованию станка так, чтобы любой человек смог им воспользоваться.

Награды/достижения

Московский городской конкурс проектов – призёр.

Конференция «Наука для жизни» − призёр.

Сотрудничество

Минералогический музей им. А. Е. Ферсмана.

Особое мнение

«Этот проект по мере его развития стал неотъемлемой частью нашей жизни. Мы занимались им везде, так как на него уходило очень много времени»