Модифицирование сплавов с нанокристаллической решеткой
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
?ежчастичные адгезионные силы, относительная величина которых резко возрастает с уменьшением размера частиц.
Применение динамических методов сжатия нанопорошков позволяет преодолеть силы адгезионного сцепления частиц и при одинаковом давлении достичь большей плотности компактных образцов, чем в условиях стационарного прессования.
Для компактирования нанокристаллических порошков достаточно эффективным оказался магнитно-импульсный метод, предложенный авторами [19-22]. Этот метод представляет собой сухое интенсивное прессование порошков. Метод магнитного импульсного прессования позволяет генерировать импульсные волны сжатия с амплитудой до 5ГПа п длительностью в несколько микросекунд. Метод основан на концентрировании силового действия магнитного поля мощных импульсных токов, позволяет относительно просто управлять параметрами волны сжатия, экологически чист и значительно безопаснее динамических методов, использующих взрывчатые вещества.
Принципиальная схема одноосного магнитно-импульсного прессования показана на рис. 3 |22]. Индуктор 1 создаёт импульсное магнитное поле В. Механический импульс силы F, сжимающей порошок, генерируется в результате взаимодействия импульсного магнитного поля с проводящей поверхностью концентратора 2. Концентратор приводит в действие верхний пуансоп 3, которым сжимается порошок. Перемещение концентратора основано на использовании диамагнитного эффекта выталкивания проводника из области импульсного магнитного поля. Матрица с образцом помещается в вакуумную камеру, и все операции с порошком осуществляются в вакууме.
а б
Рисунок 3. Схема одноосного магнитно-импульсного прессования; а-стадия сжатия, б-стадия выемки готового образца, 1-индуктор, 2-концентратор, 3-верхний и нижний пуансоны, 4-порошок, 5-матрица, 6-устройство выемки образца
В отличие от стационарных методов прессования, импульсные волны сжатия сопровождаются интенсивным разогревом порошка за счёт быстрого выделения энергии при трении частиц в процессе упаковки. Если размер частиц достаточно мал (D 4 0, Змкм), то время их прогрева диффузией тепла с поверхности оказывается заметно меньше характерной длительности импульсных воли сжатия (1-10 мкс). При определённых условиях, подбором параметров волны сжатия, можно реализовать динамическое горячее прессование ультрадисперсного порошка за счёт высокой поверхностной энергии последнего. При одинаковой величине давления прессования магнитно-импульсный метод позволяет получать более плотные компактные образцы, чем стационарное прессование.
Полученные с помощью электровзрыва порошки нитрида алюминия А1N прессуются магнитно-импульсным методом под давлением 2 ГПа до плотности 95% от теоретической, a AI2O3 - до относительной плотности, равной 86%. Магнитно-импульсный метод прессования использован для получения изделий различной формы, причём в большинстве случаев эти изделия не требуют какой-либо дополнительной механической обработки. В частности, при работе со сверхпроводящими оксидными керамиками |20] были получены изделия с плотностью более 95% от теоретической. В общем случае применение импульсных давлений приводит к более высокой плотности образцов по сравнению со статическим прессованием благодаря эффективному преодолению сил межчастичного взаимодействия при быстром движении порошковой среды. Краткость разогрева нанопорошка позволяет уменьшить его рекристаллизацию при высокой температуре и сохранить малый размер частиц.
Магнитно-импульсный метод применялся для прессования нано - кристаллических порошков AI2O3 |23, 24] и TiN [25]. Результаты |25] показали, что повышение температуры прессования до ~ 900 К более эффективно, чем увеличение давления при холодном прессовании. При импульсном давлении 4,1 ГПа и температуре 870 К удалось получить компактные образцы нанокристалличсского нитрида титана с размером зёрен ~ 80 им и плотностью около 83% от теоретического значения. Снижение температуры прессования до 720 К сопровождалось уменьшением плотности до 81%.
Перспективным и эффективным методом компактирования керамических нанопорошков без применения пластификаторов является сухое холодное ультразвуковое прессование [27, 28]. Воздействие на порошок мощного ультразвука в процессе прессования уменьшает межчастичное трение и трение порошка о стенки пресс-формы, разрушает агломераты и крупные частицы, повышает поверхностную активность частиц порошка и равномерность их распределения по объёму. Это приводит к повышению плотности спрессованного изделия, ускорению диффузионных процессов, к ограничению роста зёрен при последующем спекании и к сохранению наноструктуры. Например, в результате ультразвукового прессования нанопорошка Zr02, стабилизированного оксидом Y2O3, и последующего спекания образцов на воздухе при температуре 1923 К удалось получить керамику с относительной плотностью около 90%. Средний размер частиц в исходном нанопорошке был около 50 им. Средний размер зёрен в спечённой керамике зависит от мощности ультразвуковых колебаний при прессовании: увеличение мощности ультразвука от О до 2 кВт приводит к уменьшению среднего размера зёрен от 440 до 200 нм.
Ультразвуковое прессование нанопорошков особенно эффективно для изготовления изделий сложной формы: втулок, конических шестеренок, спиралей и т.д. (рис. 4) [29]. Полученные керамические изделия отличаются однородной микроструктурой и плотностью.
Рисунок 4. Керамические изделия, полученные ультра?/p>