Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 1. Методы синтеза наночастиц и нанопорошков от 5 до 10 мкм. Последняя стадия продолжительностью от 80 кс до 1 Мс является стадией гомогенизации нанокристаллического порошка по размеру зерен — полученный порошок карбида титана отличает- ся узким распределением зерен по размеру и состоит из частиц разме- ром около (2 ± 1) нм; зерна агломерированы в частицы сферической формы размером не более 300 нм. Полученный порошок карбида ти- тана был спечен в активированной плазме. В результате спекания уда- лось получить компактные образцы карбида титана с высокой плотно- стью до 5.2 г · см –3 и твердостью до 3.2 ГПа при сохранении среднего размера зерен менее 70 нм. Для получения твердого сплава ВК6 были использованы нанокри- сталлический порошок карбида вольфрама WC средним размером частиц 35 нм, синтезированный плазмохимическим методом, ми- крокристаллический порошок кобальта Co и полученный высоко- энергетическим размолом нанокристаллический порошок карбида ванадия VC 0.87 . Порошковая смесь ВК6-нано, содержащая 93 вес. % WC, 6 вес. % Co и 1 вес. % VC 0.87 , была приготовлена многоступенча- тым смешиванием в планетарной шаровой мельнице Retsch PM 200. В результате этого было достигнуто равномерное распределение всех компонентов по объему смеси. Смешивание было осуществлено в изо- пропиловом спирте при скорости вращения 300 об/мин и соотноше- нии массы шаров к массе порошка 3:1, общее время смешивания со- ставляло 20 ч. После смешивания порошки просушивали в течение нескольких часов при 100 °C. С помощью сканирующей электронной микроскопии показано, что структура сплава ВК6 достаточно неод- нородна и содержит игольчатые включения, наряду с мелкими зерна- ми размером от 300 до 400 нм встречаются вытянутые зерна длиной несколько микрометров. Тем не менее полученные сплавы имеют ми- нимальную пористость 0.02 % (по ГОСТ 9391–80). Это обусловлено тем, что пустоты между крупными зернами заполнены более мелки- ми зернами. Статистическая обработка данных о размерах зерен, вы- полненная по нескольким изображениям микроструктуры, показала, что средний размер зерен в сплаве ВК6 равен 0.6 мкм. Анализ также показал, что зерна сплава имеют размер от 80 нм до 4 мкм, но размер более 70 % всех зерен находится в диапазоне от 200 до 700 нм. Измере- ния твердости и микротвердости образцов спеченных твердых сплавов показали, что они обладают повышенной твердостью по сравнению 47 1.7. дезинтеграция с микрокристаллическими аналогами. Среднее значение твердости и микротвердости для образцов, полученных из нанокристаллических порошковых смесей ВК6-нано, равно 93.9 HRA (H V = 2100 кг/мм 2 ). 1.7. дезинтеграция Дезинтеграция — процесс механического деления твердых тел на части под действием внешних усилий, преодолевающих химиче- ские силы связи. Особенности протекания дезинтеграции в твердом теле под воз- действием механической энергии в общем случае рассматриваются как реализация процесса разрыва во времени под влиянием тепловых флуктуаций напряженных химических связей. Здесь возникает два во- проса: а) какие химические процессы при этом инициируются и про- текают в дальнейшем и б) каким образом предварительная механиче- ская обработка может изменить реакционную способность твердого тела. В первом случае из анализа возможных физических процессов, которые имеют место при механической деструкции твердого веще- ства, установлено, что к химическим изменениям приводят трение и разрушение кристаллов вследствие образования трещин. Представ- лена модель, согласно которой в точке контакта при трении возникают условия, способствующие возбуждению неравновесных импульсных состояний. Такие состояния чаще всего локализованы на микродефек- тах и характеризуются напряжениями, во много раз превышающими среднее значение разрушающих напряжений. При достижении значе- ния, соответствующего пределу прочности данного соединения, ини- циируется процесс образования и распространение трещины. Даль- нейшее протекание процесса разрушения частицы в кинетическом режиме поддерживается механическим воздействием за счет посто- янного обновления поверхности контакта. Второй из поставленных вопросов сводится к основным факторам, влияющим на реакционную способность твердого тела: а) дисперги- рованию, б) образованию дефектов и в) образованию продуктов ме- ханолиза в твердом веществе. Энергетическое условие развития трещины состоит в том, что по- требляемая и расходуемая энергия связаны соотношением |