Модифицирование сплавов с нанокристаллической решеткой
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
олщину, покрытия существенно повышают механические свойства изделий. Например, покрытия из нитрида TiN или карбонитрида TiCxNy титана существенно повышают износостойкость и режущие свойства металлообрабатывающего инструмента, коррозионную стойкость металлов и сплавов. Пленки различного состава широко применяются в электронных микросхемах. Пленки и покрытия получают химическим (CVD) и физическим (PVD) осаждением из газовой фазы, электроосаждением (electrodeposition), с помощью золь-гель технологии.
Беспористые наноструктурированные материалы можно получить также кристаллизацией из аморфного состояния, но этот метод пригоден только для сплавов, которые можно закалить из расплава в аморфное состояние. Кристаллизацию аморфных сплавов проводят при обычном и высоком давлении, совмещают с деформационной обработкой.
Интенсивная пластическая деформация позволяет получать беспористые металлы и сплавы с размером зерна около 100 нм и применима в основном к пластически деформируемым материалам.
Формирование наноструктуры в нестехиометрических соединениях тина карбидов, нитридов и оксидов МХ,; переходных металлов (М = Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та; X = С, N, О) и в твёрдых растворах замещения АхВх_х возможно с помощью атомного упорядочения. Этот метод применим, если превращение беспорядок-порядок является фазовым переходом первого рода и сопровождается скачкообразным изменением объёма.
Рассмотрим некоторые из них.
2.1 Методы компактирования нанопорошков
Широкую известность и популярность приобрел метод получения компактных нанокристаллических материалов. Данная технология использует метод испарения и конденсации для получения нанокристаллических частиц, осаждаемых па холодную поверхность вращающегося цилиндра; испарение и конденсация проводятся в атмосфере разреженного инертного газа, обычно гелия; при одинаковом давлении газа переход от гелия к ксенону, т.е. от менее плотного инертного газа к более плотному, сопровождается ростом размера частиц в несколько раз. Частицы поверхностного конденсата, как правило, имеют огранку. При одинаковых условиях испарения и конденсации металлы с более высокой температурой плавления образуют частицы меньшего размера. Осажденный конденсат специальным скребком снимается с поверхности цилиндра и собирается is коллектор. После откачки инертного газа в вакууме проводится предварительное (под давлением ~ 1 ГПа) и окончательное (под давлением до ЮГПа) прессование нанокристаллического порошка (рис. 1).
Рисунок 1. Схема аппаратуры для полумения компактных нанокристаллических материалов методом испарения, конденсации и комлактирования [8|: вещество, испаренное или распылённое ил одного или нескольких источников, конденсируется в виде наночастиц в атмосфере разреженного инертного газа и с помощью конвекции переносится на поверхность вращающегося и охлаждающегося жидким азотом цилиндра; нанопорошок скребком удаляется с поверхности цилиндра, собирается в пресс-форму и последовательно компактируется при низком, а затем при высоком давлении прессования
Исключение контакта с окружающей средой при получении нанопорошка и его прессовании позволяет избежать загрязнения компактных нанокристаллических образцов, что весьма важно при изучении наносостояния металлов и сплавов. Описанную в [5 9] аппаратуру можно применять для получения компактных нанокристаллических оксидов и нитридов; в этом случае металл испаряется в кислород- или азотсодержащую атмосферу. Как пример па рис. 2 показан компактный образец нанокристаллического оксида Z1O2, полученный описанным методом. Средний размер зёрен в образце равен 20 им. Диаметр образца равен 5 мм, толщина составляет около 1 мм.
Рисунок 2. Компактный образец панокристаллическот оксида ZrOa, приготовленный методом испарения, конденсации и компактирования, иредло - женным Г. Пляйтером |5, 8|. Диаметр образца 5 мм, толщина около 1 мм, средний размер зёрен в образце 20 им (Институт теоретической и прикладной физики Штутгартского университета, Штутгарт, Германия)
Перспективным методом получения высокоплотных компактных тонкозернистых материалов является спекание при высоком (до 10 ГПа и более) давлении 117, 18]. Например, порошок TiN со средним размером частиц 40 нм спекали при давлении 3 и 4ГПа и температуре от 1000 до 1800 К. Максимальная плотность спечённого образца достигалась при температуре спекания 1670К. Повышение давления сопровождалось увеличением плотности до 94% от теоретической. Размер кристаллитов составлял 200-400 нм. Заметим, что в образцах, спечённых при температуре 1400 1500 К, размер кристаллитов не превышал 60 им, а относительная плотность образца достигала 92 93%.
В целом для получения компактных нанокристаллических материалов, в особенности керамических, перспективно прессование с последующим высокотемпературным спеканием нанопорошков. При реализации ЭТ01Ч) способа необходимо избегать укрупнения зёрен па стадии спекания спрессованных образцов. Это возможно при высокой плотности прессовок (не менее 0,7 от рентгеновской плотности), когда процессы спекания протекают достаточно быстро и при относительно низкой температуре Т < 0,5Tmeit (температура плавления). Получение таких плотных прессовок является серьезной проблемой, поскольку нанокристаллические порошки плохо прессуются и традиционные метода статического прессования не приводит к достаточно высокой плотности. Физической причиной плохой прессуемости нанопорошков являются ?/p>