Получение нанокристаллических материалов методом испарения, конденсации и компактирования (метод Г. Глейтера)

Введение 3
1 часть. Описание процесса получения наноматериала 4
2 часть. Анализ структуры и свойств материала 7
Выводы 9
Список литературных источников 10

Весь текст будет доступен после покупки

На сегодняшний день получение наноматериалов является ключевой областью в современной науке, ведь наноматериалы обладают уникальными свойствами, обусловленными их наноразмерной структурой.
Несмотря на множество разнообразных и развитых методов получения нанокристаллических частиц (особенно это касается широко известных методов газофазного испарения, конденсации и осаждения из коллоидных растворов), изучение структуры и свойств наночастиц является сложным и трудоёмким процессом. Это объясняется, в частности, высокой реакционной способностью наночастиц из-за их развитой поверхности [1]. Успешно решать задачи по созданию новых материалов с определенными свойствами позволяют методы порошковой металлургии. Порошковые материалы характеризуются уникальными особенностями, такими как пористость, высокая твёрдость, тугоплавкость, специфические трибологические и электромагнитные свойства [2].

Весь текст будет доступен после покупки

1 часть. Описание процесса получения наноматериала
Порошковая металлургия — это отрасль техники, которая включает в себя различные методы производства металлических и металлоподобных порошков. Суть порошковой металлургии заключается в создании порошков и создании изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками [4].
В отличие от традиционных технологий в металлургии и машиностроении (литьё и последующая механическая обработка отлитых заготовок), порошковая металлургия имеет ряд преимуществ, обусловленных уникальными характеристиками порошковых материалов [5].
К преимуществам порошковой металлургии относятся [6]:
o высокая однородность материала конечных изделий;
o высокий уровень механизации и автоматизации процессов, а также возможность смешивать металлы, которые обычно не смешиваются, чтобы получить материалы со специфическими свойствами;
o возможность получения изделий, как с высокой плотностью, так и с высокой пористостью, из одного и того же исходного порошка.
Основные методы получения объёмных наноматериалов включают традиционные методы порошковой технологии, такие как прессование и спекание, адаптированные для работы с нанопорошками. Модификация процесса заключается в подборе оптимальных условий компактирования и спекания нанопорошков.
Компактирование НП можно проводить: холодным статическим прессованием с одно- или двухсторонним приложением давления; горячим прессованием; холодным или горячим изостатическим прессованием в гидро- или газостатах; формование литьем из коллоидных гелей с последующим спеканием; магнитно-импульсным, ударным и взрывным прессованием; ультразвуковым прессованием [7].
Немецкий профессор Г. Глейтер предложил метод вакуумного уплотнения наночастиц, созданных с помощью порошковых технологий. Этот метод позволяет создавать беспористые или малопористые продукты из нанопорошков. Сокращая продолжительность воздействия высокой температуры, можно уменьшить рекристаллизацию и рост зерен при спекании. Прессование нанопорошков с использованием высокого статического или динамического давления при комнатной или повышенной температуре помогает снизить остаточную пористость и повысить относительную плотность материалов. Порошковая технология применима к химическим элементам, соединениям и сплавам [8].
Прессование или компактирование порошка – формообразование и уплотнение порошка путем приложения к нему давления [9].
Объединение методов испарения и конденсации с последующим прессованием нанопорошков в вакуумной камере привело к созданию наноматериалов в форме таблеток с высокой плотностью. Благодаря наличию двух источников испарения стало возможным производить материалы сложного состава. Эта технология основана на методе испарения и конденсации для создания нанокристаллических частиц, которые оседают на холодной поверхности вращающегося цилиндра. Процесс происходит в разреженной атмосфере инертного газа, чаще всего гелия, где изменение плотности газа от гелия к ксенону приводит к увеличению размеров частиц в несколько раз при одинаковом давлении. Частицы поверхностного конденсата, как правило, имеют огранку. При одинаковых условиях испарения и конденсации металлы с более высокой температурой плавления формируют меньшие по размеру частицы. Осаждённый конденсат снимают специальным скребком с поверхности цилиндра и собирают в коллекторе. После откачки инертного газа в вакууме проводится предварительное (под давлением ~ 1 ГПа) и окончательное (под давлением до 10 ГПа) прессование нанокристаллического порошка.

Весь текст будет доступен после покупки

[1] Яценко Е.А. Физико-химические основы формования наноструктуры композита железо, медь, алюминий – защитное покрытие / Е.А. Яценко, А.П. Зубехин // Известия вузов. Технические науки. – 2007. – №3. – С. 61 – 64.
[2] Алымов М.И. Консолидированные порошковые материалы (обзор) / М.И Алымов // Авиационные материалы и технологии. – 2014. – С. 34 – 39.
[3] Ремпель А.А. Нанотехнологии, свойства и применение наноструктурированных материалов / А.А. Ремпель // Успехи химии. – 2007. – С. 474 – 496.
[4] А. Н. Кубанова, А. Е. Гвоздев. История развития порошковой металлургии и ее применение в современных технологиях // Чебышевский сборник, 2021, т. 22, вып. 2, с. 437–448.
[5] Кузнецов Н.А. Порошковая металлургия как способ изготовления изделий / Н.А. Кузнецов, И.А. Савин // Поколение будущего: Взгляд молодых ученых. – 2021. – С. 127 – 129.
[6] Angelo P. C., Subramanian R., Ravisankar B. Powder metallurgy: science, technology and applications. – PHI Learning Pvt. Ltd., 2022.
[7] Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. — 2-е изд., испр. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. — 416 с.
[8] Матренин С.В. Наноструктурные материалы в машиностроении: учебное пособие / С.В. Матренин, Б.Б. Овечкин; Томский политехнический университет. - Томск: Изд во Томского политехнического универ ситета, 2009. - 186 с.

Весь текст будет доступен после покупки