Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов дан вакуум. Единый блок автоматики обеспечивает синхронную ра- боту зарядных и разрядных устройств трех конденсаторных батарей. В схеме предусмотрено предварительное уплотнение порошка с помо- щью ультразвукового генератора, передающего колебания на пуан- соны. При подаче импульса на разрядники происходит перемещение пуансонов и оболочки к центру. Одновременное воздействие на по- рошок оболочки в радиальном направлении и пуансонов, действую- щих по ее оси с двух сторон, позволяет получить всестороннее уплот- нение порошка, что дает возможность увеличить плотность прессовок и увеличить равномерность ее распределения по сечению. Недостат- ком данного устройства является сложность конструкции. Магнитно-импульсный метод прессования используется для по- лучения изделий различной формы, причем в большинстве случаев эти изделия не требуют какой-либо дополнительной механической обработки. В частности, при работе со сверхпроводящими оксид- ными керамиками были получены изделия плотностью более 95 % от теоретической. В общем случае применение импульсных давле- ний приводит к более высокой плотности образцов по сравнению со статическим прессованием благодаря эффективному преодоле- нию сил межчастичного взаимодействия при быстром движении порошковой среды. Краткость разогрева нанопорошка позволяет уменьшить его рекристаллизацию при высокой температуре и со- хранить малый размер частиц. Магнитно-импульсный метод применяется для прессования нано- кристаллических порошков Al 2 O 3 и TiN. Результаты измерений плот- ности показали, что повышение температуры прессования до 900 K более эффективно, чем увеличение давления при холодном прессова- нии. При импульсном давлении 4.1 ГПа и температуре 870 K удалось получить компактные образцы нанокристаллического нитрида тита- на размером зерен около 80 нм и плотностью около 83 % от теорети- ческого значения. Снижение температуры прессования до 720 K со- провождается снижением плотности до 81 %. В специальном эксперименте было проведено сравнительное изу- чение уплотнения ультрадисперсного порошка TiN магнитно-импульс- ным прессованием, прессованием под высоким давлением и обычным прессованием. Средний размер частиц исходного порошка составлял 70 и 80 нм. С уменьшением размера частиц степень уплотнения об- 77 2.1. Компактирование нанопорошков разцов понижается. Увеличение давления прессования сопровожда- ется ростом относительной плотности. Рост плотности замедляется при давлении выше 4 ГПа, причем даже при давлении до 7 ГПа плот- ность не превышает 85 %. Отмечено, что холодное прессование раз- ными способами дает очень близкие результаты при давлении более 1 ГПа. При давлении 1 ГПа плотность образцов, полученных магнит- но-импульсным прессованием, оказалась несколько ниже плотности образцов, полученных при статическом давлении. Для получения из нанопорошков газоплотных керамических труб с внешним диаметром до 15 мм и длиной до 100 мм применяется ради- альное магнитно-импульсное прессование, описанное ранее. Порошок помещают в цилиндрический зазор между прочным металлическим стержнем и внешней цилиндрической медной оболочкой. Прессова- ние осуществляется за счет радиального сжатия внешней оболочки импульсным током, развиваемое импульсное давление может дости- гать 2 ГПа. В качестве исходного материала использовали нанопорош- ки Al 2 O 3 и Y 2 O 3 -ZrO 2 средним размером частиц от 10 до 30 нм. В ре- зультате их радиального магнитно-импульсного прессования удалось получить трубы с относительной плотностью керамики более 95 %. Керамические нанопорошки можно компактировать с помощью су- хого холодного ультразвукового прессования. Воздействие при прес- совании порошка ультразвука с мощностью в несколько киловатт уменьшает межчастичное трение и трение порошка о стенки пресс- формы, разрушает агломераты и крупные частицы, повышает поверх- ностную активность частиц порошка и равномерность их распределе- ния по объему. Это приводит к повышению плотности спрессованного изделия, ускорению диффузионных процессов, к ограничению роста зерен при последующем спекании и сохранению наноструктуры. На- пример, в результате ультразвукового прессования нанопорошка ZrO 2 , стабилизированного оксидом Y 2 O 3 , и последующего спекания образ- цов на воздухе при температуре 1923 K удалось получить керамику с относительной плотностью около 90 %. Средний размер частиц в ис- ходном нанопорошке был около 50 нм. Для нанотехнологий представляет интерес метод спекания кера- мических наноматериалов с помощью сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения. Этот метод основан на сверхвысокочастотном нагреве спе- каемого образца. Нагрев осуществляется излучением миллиметрово- |