Тема Нанопорошки металлов и их применение в технологии керамических

1 – нанопорошки металлов
Хабас Тамара Андреевна Томский политехнический университет Кафедра технологии силикатов

и наноматериалов

ТПУ, 2009. - 230с.

Громов А.А., Хабас Т.А., Ильин А.П. и

др. Горение нанопорошков металлов / Томск: Дельтаплан, 2008. - 382 с.
Назаренко О.Б. Электровзрывные нанопорошки: получение, свойства, применение / Под ред. А.П. Ильина. Томск: Изд-во ТПУ, 2005. 148 с.
М.И. Лернер, Н.В. Сваровская, С.Г. Псахье, О.В. Бакина. Технология получения, характеристики и некоторые области применения электровзрывных нанопорошков металлов. Обзор//Российские нанотехнологии, 2009.-Т4.-№11-12.-С. 56-68.
Журнал «Российские нанотехнологии»
http://nanorf.ru/science.aspx?cat_id=4353&d_no=4380&print=1&back_url=%2fscience.aspx%3fcat_id%3d4353%26d_no%3d4380

исходного сырья при производстве керамических и композиционных материалов, сверхпроводников, солнечных

батарей, фильтров, геттеров, присадок к смазочным материалам, красящих и магнитных пигментов, компонентов низкотемпературных высокопрочных припоев и др. По мере выполнения фундаментальных и прикладных исследований этот перечень быстро расширяется.

100° С;
- высокая химическая активность;
- наличие избыточной (запасенной) энергии.
В нанодисперсном

состоянии изменяются фундаментальные свойства традиционных материалов (понижаются: температура начала плавления, теплота испарения, энергия ионизации, работа выхода электронов и др.). Это открывает широчайшие возможности в области создания новейших материалов и технологий, принципиально новых приборов и устройств.

последующей быстрой конденсации металлов. При этом высокие скорости охлаждения являются

одним из обязательных условий получения активных нанопорошков.

Этому требованию в полной мере отвечает ЭВП-технология - скорости расширения продуктов взрыва составляют километры в секунду.

ЭВП относится к числу наиболее развитых технологий, позволяющих получать нанопорошки с заданными характеристиками.
Электрический взрыв проводника (ЭВП) реализуется при прохождении через металлическую проволоку импульса тока с плотностью 106–109 А/см2. Проволока нагревается до температуры плавления, плавится, а затем взрывообразно разрушается. При расширении продуктов взрыва в газовую атмосферу происходит образование наночастиц.

нанопорошков являются [4]:

1. Высокий КПД передачи энергии. В ЭВП-технологии энергия

импульсно передается объему металлической проволоки, потери энергии на нагрев окружающей среды малы.
2. Возможность гибкого регулирования параметров процесса и, соответственно, характеристик получаемых нанопорошков.
3. Универсальность. Единственное ограничение в ЭВП-технологии – это использование металлической проволоки необходимого диаметра. Метод позволяет получать широкий спектр нанопорошков.
4. Сравнительно небольшой разброс частиц по размерам.
5. С одной стороны, относительная стабильность свойств электровзрывных нанопорошков в нормальных условиях, с другой, высокая активность в химических процессах.
6. Невысокая стоимость оборудования, его простота, малые массогабаритные показатели.

электрод; 2 – заземление ; 3 – устройство подачи проводника

; 4- бухта с проводником-; 5 - ось взорванного проводника

химических соединений:
1 – взрывная камера;
2 – фильтр для

порошка;
3 – сборник порошка;
4 – высоковольтный блок

некоторых случаях предпочтительнее применение водорода, азота или смеси газов, например,

аргон + кислород

рабочего газа и плавления металла,
условиями пассивации нанопорошков.

Частицы дисперсной фазы формируются в результате объединения кластеров, образующихся на ранних стадиях процесса.

зависимости от введённой в проводник энергии

газовой среды:
На микрофото (1) показана блочная структура наночастиц алюминия, полученных

при -5оС
Наночастицы, полученные при температуре около 70 оС (2), имеют близкую к сферической форму, а блочная структура наночастиц отсутствует

спекаются в режиме самораспространяющегося процесса при чрезвычайно низких температурах;
легко

образуют интерметаллические соединения;
имеют пониженную работу выхода электронов. (Величина энергии, которую необходимо сообщить электрону для того, чтобы он покинул поверхность металла, называется работой выхода)

при относительно низких температурах. Для исследования закономерностей спекания таблетки из

нанопорошков нагревали в токе аргона с измерением их электропроводности. Точка резкого падения сопротивления образца свидетельствует о процессе спекания частиц с образованием между ними токовых контактов.

огранкой

Размер частиц, нм 10-500
Размер структурных фрагментов, нм 3-50
Удельная поверхность, м2/г

2-50
Распределение частиц по размерам - нормально-логарифмическое

своем составе один из элементов (железо, никель, вольфрам, алюминий) или

их любые композиции, а также керамических материалов на основе оксидов и нитридов алюминия, титана, циркония.
Небольшая добавка в спекаемую шихту активатора от 0,1 до 5 мас % позволяет:
снизить температуру спекания;
повысить физико-механические характеристики материалов и изделий;
снизить требования к чистоте исходного сырья.

внутреннего сгорания. Препарат используется в качестве присадки к моторным маслам,

представляет собой концентрат, получаемый в результате соединения нанопорошков (НП) меди, моторного масла и специальных компонентов.
Действие присадки заключается в создании на поверхности трущихся деталей (например, вкладыш-вал, цилиндр-поршень и др.) саморегулирующего слоя, что обеспечивает их восстановление и работу в режиме «безызносность».

( трещин, непроваров сварных соединений и др.)  в деталях и

полуфабрикатах из ферромагнитных материалов.
деталь посыпают магнитным порошком (сухой метод) или поливают магнитной суспензией (мокрый метод). Частицы порошка, попавшие в зоны магнитных полей рассеяния, оседают на поверхности деталей вблизи мест расположения дефектов. Ширина полосы, на которой происходит оседание порошка, значительно больше ширины «раскрытия» дефекта, поэтому невидимые до этого дефекты фиксируют по осевшему около них порошку даже невооруженным глазом.

на основе железа черного цвета, обладающий магнитными и "проявляющими" свойствами.

Магнитные порошки выделяются в особую группу в связи с тем, что их можно наносить с помощью магнитной и обычной ворсовой дактилоскопической кисти. При их применении меньше риск испортить свежие следы, они легко наносятся и легко удаляются с поверхности, не загрязняют помещение.
Папиллярные линии в следах, оставленные на поверхностях многих материалов, выявляются четко и хорошо копируются. И даже если был получен не целый отпечаток, а лишь малая его часть, то за счет четкости и контрастности линий эксперт однозначно может заключить, кому он принадлежит.

Магнитный порошок для дактилоскопии

очистки жидких сред)

каталитические компоненты и сорбенты для удаления сернистых соединений из дизельных

фракций нефти (наряду с оксидами и соединениями типа титаната цинка).

поглотительная способность.

и хранения водорода может стать использование генераторов Н2 на основе

НП Al.
При взаимодействии с водой одного килограмма НП Al выделяется 1244,5 л Н2, который при сжигании дает 13,43 МДж тепла.

составляет лишь 0,138 мл в секунду на 1 г порошка.

При этом в конечный продукт - смесь оксидов и гидроксидов алюминия - превращается только 20...30 % исходного порошка.

применение гидриды металлов, для получения которых наиболее эффективны нанопорошки.
При

температуре 400-500 оС в камере под давлением водорода 1 атм проходит гидрирование титана
Ti +H2 = TiH2
Гидрид титана используют в ряде важных областей:
в качестве источника чистейшего водорода (выделяющегося при нагревании гидрида),
для получения чистых гидридов других металлов,
для светлого отжига некоторых деталей в часовой и приборостроительной промышленности,
для поглощения излучений в атомной технике и др.

алюминия
100 нм

анализа (седиментометр ВС-3)

Получение безметалловой
керамики
слоистые
дисперсно-
упрочненные
Оксидная керамика
Оксидно-
нитридная
Оксидно-
углеродистая
Керамика сложного
состава, в том числе

силикатная

металл (Mg, Cа, Sr, Ba);
получаемая таким образом керамика из

эквимолярного прекурсора Mg-Al2O3 практически безусадочна (изменение объема не более 0.5 %).
2. Экструзия пластичной оксидно-металлической смеси (щ/з, благородные, медь, свинец, висмут ) с последующим спеканием;
заготовка легко обрабатывается механически, сохраняет геометрические размеры; металлы при этом остаются в порах композита.
3. Пропитка оксидной заготовки расплавом под давлением в атмосфере азота или аргона с последующим спеканием в окислительной атмосфере;
керамика имеет небольшую усадку (0,5%), прочность и трещиностойкость может быть в 2 раза выше, чем у материала из плотного оксида алюминия.

получении керметов способствует увеличению теплопроводности , трещиностойкости, ударо-вибропрочности, металлоустойчивости .

При этом порошки металлов аналогично металлическим волокнам сохраняются в материале в виде отдельной металлической фазы.

(безусадочную или с малой усадкой);
растет прочность, микротвердость и трещиностойкость изделий.