Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов металлические, керамические, полимерные и композиционные. Для получения наноматериалов в консолидированном виде в основном используется четыре метода: порошковая металлургия (компактиро- вание нанопорошков), кристаллизация из аморфного состояния, ин- тенсивная пластическая деформация и различные методы нанесения наноструктурных покрытий. Исследования по созданию конструкци- онных наноматериалов, пригодных для широкого практического при- менения, находятся на начальной стадии развития и требуют исполь- зования разнообразных нанотехнологий. Применимость того или иного материала определяется комплек- сом свойств, включающим соотношение между прочностью, пластич- ностью и вязкостью. Значительный интерес к объемным наномате- риалам обусловлен тем, что их конструкционные и функциональные свойства существенно отличаются от свойств крупнозернистых ана- логов. В этом плане перспективными являются исследования по усо- вершенствованию существующих и разработке новых сталей и спла- вов с нанокристаллической структурой. Прирост прочностных свойств сталей и сплавов за последние десятилетия достигался главным обра- зом за счет легирования и изменения фазового состава. В последние годы для улучшения механических характеристик сталей и сплавов начали использовать и другие подходы, основанные на формирова- нии у материалов микро- и нанокристаллической структуры. Прочность нанокристаллических материалов при растяжении су- щественно превышает прочность крупнокристаллических аналогов и при этом сохраняется лучшее соотношение между прочностью и пла- стичностью (рис. 2.7) . Для получения в сталях и сплавах нанокристаллической структуры в основном используются методы интенсивной пластической дефор- мации. Например, широко известная нержавеющая аустенитная сталь 12Х18Н10Т с размером зерна 100 нм после равноканального углово- го прессования при комнатной температуре имеет предел текучести 1340 МПа, практически в 6 раз превышающий предел текучести этой стали после термообработки. При этом пластичность сохраняется на до- статочно высоком уровне (δ = 27 %). Прочность низкоуглеродистых ма- лолегированных сталей с субмикрокристаллической структурой при комнатной температуре может быть в 2.5 раза выше, чем серийно вы- пускаемых, при сохранении пластичности и высокой вязкости. 129 2.8. Конструкционные наноматериалы Пластичность П ро чн ос ть Наноматериал Крупнозернистый материал Рис. 2.7. Соотношение между прочностью и пластичностью для крупнозернистых материалов и наноматериалов В последнее время большое внимание уделяется разработкам ста- лей, дисперсионно упрочненным оксидами (ДУО-сталям), к которым относят стали, упрочненные наночастицами. Такие стали характери- зуются повышенными значениями длительной прочности и радиаци- онной стойкости при высоких температурах, что позволяет использо- вать их в качестве конструкционных материалов ядерных реакторов нового поколения. При переходе к наноструктурному состоянию наблюдается улучше- ние механических характеристик и у различных сплавов. Нанострук- турный чистый титан, полученный интенсивной пластической дефор- мацией, имеет более высокие прочностные свойства (σ В = 1100 МПа) и близкие значения пластичности по сравнению с широко исполь- зуемым сплавом Ti-6Al-4V. Титановые сплавы типа ВТ1, ВТ8 и дру- гие в наноструктурном состоянии (размер зерна меньше либо равен 100 нм) имеют прочностные характеристики в полтора — два раза более высокие по сравнению с крупнозернистыми аналогами. При это пластичность сохраняется. Такая же картина наблюдается и для известного жаропрочного сплава RSR Rene 80 при переходе к субми- кроскопической структуре. |