Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов Гидростатическое прессование проводят при использовании рези- новых или других эластичных оболочек толщиной от 0.1 до 2 мм. Поро- шок в оболочке помещают в рабочую камеру гидростата и нагнетают в нее жидкость (масло, вода, глицерин и др.) под высоким давлением (от 100 до 1200 МПа). Получаемые формовки могут иметь не только сферическую, но и сложную форму. Газостатическое прессование проводят при использовании метал- лических оболочек (капсул) из алюминия или пластичных сталей. Форма оболочек простая, максимально приближенная к готовым из- делиям. Часто газостатическому прессованию подвергают уже полу- ченную ранее другими методами заготовку. Металлическую капсулу помещают в газостат, в рабочей камере которого создают давление до 300 МПа. Квазигидростатическое прессование является упрощенным ва- риантом гидростатического прессования. Порошок помещают в эла- стичные оболочки, прессование которых проводят при односторон- нем или двустороннем приложении давления на обычном прессовом оборудовании. Материал оболочки (резиновая масса, эпоксидные смо- лы и т. д.) должен под давлением вести себя подобно жидкости, при этом иметь определенную упругость и не склеиваться с порошком. В последнее время для получения плотных прессовок начал успеш- но использоваться один из методов интенсивной пластической дефор- мации — кручения под давлением. В отдельных случаях для получе- ния прессованных лент применяют прокатку. Спекание формовок из нанопорошка ограничено возможностью использовать высокие температуры. Повышение температуры спе- кания приводит к уменьшению пористости, но ведет и к росту зер- на. Эту проблему решают рядом методов активации, позволяющих добиваться получения низкой пористости изделий при более низких температурах спекания. Среди методов активации следует выделить: — высокоскоростной микроволновой нагрев, например, при уве- личении скорости нагрева с 10 до 300 град/мин необходимая темпе- ратура спекания нанопорошка TiО 2 снижается с 1050 до 975 °C; — ступенчатое контролируемое спекание; — плазмоактивированное спекание; — спекание в вакууме или восстановительных средах (для метал- лических порошков). 69 2.1. Компактирование нанопорошков Совмещение процессов формования и спекания или проведение спекания под давлением позволяет достигать больших значений плот- ности, в том числе и близких к теоретическому значению при исполь- зовании меньших температур нагрева. Наиболее простой способ — спекание при одноосном приложении давления. Более прогрессивным методом совмещения процессов формовки и спекания является го- рячее изостатическое прессование. Метод горячего изостатическо- го прессования (ГИП) с использованием газостатов является универ- сальным и широко известен в практике. В современных установках могут быть достигнуты значения давления до 300 МПа и температу- ры до 2000 °C. Более дешевым вариантом, заменяющим ГИП, является так называемый метод быстрого ненаправленного компактирования. В этом методе используется нагреваемая толстостенная цилиндриче- ская пресс-форма, которая после заполнения порошком подвергается одноосному сжатию под высоким давлением (до 900 МПа). При этом внешние стенки пресс-формы плотно прилегают к металлическому ци- линдру соответствующих размеров, который препятствует деформа- ции пресс-формы. В результате заполненный порошком внутренний объем, который имеет форму будущей детали, находится под квазии- зостатическим давлением. Метод позволяет спрессовать металличе- ский порошок почти до 100 % плотности всего за несколько минут. Метод высокотемпературной газовой экструзии заключается в по- лучении формовки гидростатическим методом при комнатной темпе- ратуре, ее термической обработке в среде водорода при относительно низкой температуре и последующем экструдировании при повышен- ной температуре. Этот метод позволяет проводить компактирование порошков при кратковременном температурном воздействии и до- статочно больших значениях температуры. Метод эжекционного литья основывается на добавлении в по- рошок специальной связки (например, термопластичные полимеры типа полипропилена, полиэтилена или полистерола), которая обеспе- чивает малую вязкость порошковой смеси. Порошковую смесь подвер- гают затем литью под давлением (аналогично литью под давлением металлов и пластмасс). После получения отливки проводят выжигание термопластических веществ, а затем уже спекание. Недостатки мето- да связаны со сложностью процесса удаления связующих при выгора- нии (изменение формы детали, процессы взаимодействия продуктов |