Нанопорошка

Cтраница 2

В последние 10 - 15 лет все большее внимание уделяется новому классу материалов - ультрадисперсным порошкам ( иное название нанопорошки - НП) химических соединений, представляющих собой тонкодисперсные сверхмелкозернистые кристаллические или аморфные образования, размеры которых не превышают 100 нм. Количество атомов в поверхностном слое и в объеме НП оказывается соизмеримым, в результате чего они обладают уникальными физико-химическими и механическими свойствами, существенно отличающимися от свойств материалов того же химического состава в обычном массивном состоянии. [16]

В работе [77] методом неупругого рассеяния нейтронов при 100 - 300 К была изучена плотность фононных состояний д ( ио ] в нанопорошке n - Ni, в компактированном нанокристаллическом образце nc - Ni с относительной плотностью 80 % и в крупнозернистом никеле. [17]

Схема установки газотермического напыления. [18]

В качестве сырья используются различные оксидные ( А12О3 - TiO2, А12О3 - ZrO2, Cr2O3 - TiO2, ZrO2 - Y2O3 и др.) и карбидные ( WC - Co, Cr3C2 - Ni и др.) композиционные нанопорошки. [19]

При получении наноразмерных порошков или компактных нанокристаллических материалов наноразмер имеет место во всех трех пространственных направлениях. Нанопорошки используются самостоятельно или для получения компактных нанокристаллических материалов. [20]

На первом этапе плазмохимического синтеза образуются активные частицы, а на втором - выделяются продукты взаимодействия. Выбор места и скорости синтеза позволяет получать нанопорошки с заданным составом, формой и размером частиц. [21]

Полученные этим способом нанопорошки по своим характеристикам ( дисперсный состав, агломерируемость, температура спекания) не отличались от нанопорошков, синтезируемых стандартным методом испарения и конденсации. Свойства изолированных нанокристаллических частиц в большой мере определяются вкладом поверхностного слоя. [22]

Идея формирования наноструктуры с помощью атомно-вакан-сионного упорядочения нестехиометрических соединений впервые была реализована авторами [129] на примере нестехиомет-рического карбида ванадия. В нанокристаллических твердых телах и нанопорошках важную роль играют не только объемные ( связанные с размерами частиц), но и поверхностные ( связанные с состоянием и структурой границ раздела) эффекты [132,133], поэтому авторы [129] и последующих исследований [134,135] при изучении физико-химических свойств карбида ванадия особое внимание уделяли состоянию поверхности изучаемого вещества. [23]

В дальнейшем основное внимание будет уделено консолидированным наноматериалам. Именно для этих объектов к настоящему времени получена обширная и довольно систематизированная информация. Сведения о других разновидностях наноматериалов, включая наночастицы и нанопорошки, исчерпываются преимущественно данными о синтезе и химических и физических характеристиках ( см., например, [6, 13, 16]), поэтому они будут изложены в ограниченном объеме. [24]

В пределах точности измерений зависимости микротвердости от величины нагрузки не обнаружено. Микротвердость Ну составила 60 - 80 ГПа, что примерно в 3 раза превышает микротвердость крупнокристаллического карбида ванадия ( 29 ГПа при нагрузке 0 1 и 0 2 кг) [143] и приближается к микротвердости алмаза. Существенно более высокая микротвердость образца карбида VCo875 полученного спеканием нанопорошка, может быть объяснена законом Холла-Петча, согласно которому Ну пропорциональна с. Анализ экспериментальных данных по микротвердости компактных нанокристаллических материалов, выполненный в [133], показал, что закон Холла-Петча выполняется при изменении размера зерна d в интервале от 500 до 20 нм. Изучаемый карбид по размеру нанокристаллитов соответствует этому интервалу. [25]

Этот результат был получен методом сканирующей калориметрии и измерением температурной зависимости намагниченности насыщения. Измерения зависимости IS ( T) обнаружили, что при 300 К намагниченность nc - Ni ( d 100 нм) примерно на 10 % меньше, чем Is крупнозернистого ( d 1 мкм) никеля. Компактные образцы nc - Ni были получены в [78] прессованием нанопорошка на воздухе и, конечно, содержали большое количество кислорода. Учитывая высокую чувствительность магнитных свойств никеля к примеси кислорода [104] и результаты [103], можно полагать, что наблюдавшиеся в [78] эффекты непосредственно не связаны с наносостоянием никеля, а являются следствием загрязнения нанокристаллического никеля кислородом. [26]

Только в США более трех десятков компаний ведут на различ-м уровне работу по их производству. Многие наноматериалы уже лупны на рынке. В атомной энер-гике таблетки ТВЭЛов изготавливаются из УДП UO2, в термоядерной шике из УДП бериллия изготавливают мишени для лазерно-термо-ерного синтеза. Металлические нанопорошки добавляют к моторным юлам для восстановления трущихся поверхностей. Пленочные наноматериалы плоской и слож -) й формы из магнито-мягких сплавов используются для видеоголовок щеомагнитофонов, существенно превосходя по служебным свойствам тдиционные материалы. [27]

Этот метод весьма производителен; твердость и износостойкость повышаются в 1 3 - 2 раза. Агломерированные нанопорошки для газотермического напыления изготавливают в промышленных масштабах на ряде фирм США. [28]

Поэтому поверхностные слои частиц оказываются растянутыми, а внутренние - сжатыми. В наночастицах реализуются условия, при которых межатомное расстояние закономерно изменяется при переходе от центра частицы к ее поверхности. Ультрадисперсные частицы имеют существенно искаженную кристаллическую решетку, что влияет на энергию активации большинства процессов, в которых они участвуют, меняя их привычный ход и последовательность. Под это определение, согласно [2], подпадают нанопорошки, аэрозоли, тонкие пленки, кристаллические усы и высокопористые материалы. Малые кристаллические или аморфные частицы, из которых состоят нанопорошки, занимают промежуточную позицию между кластерами и однородными материалами. [29]

Авторы [71] предположили, что повышенная теплоемкость обусловлена более рыхлой структурой границ раздела. Такое объяснение выглядит мало правдоподобным, так как в настоящее время установлено, что структура границ раздела в компактированных наноматериалах очень мало отличается от структуры кристаллитов. Более вероятно, что избыточная теплоемкость, как и в нанопорошках, обусловлена большой площадью границ раздела и соответствующим ей вкладом в теплоемкость. Подтверждением этого может быть измерение теплоемкости нанопорошка и образца, компактированного из этого же порошка; при одинаковом размере зерен теплоемкость нанокристаллического порошка и компактированного наноматериала скорее всего ( с учетом ошибок измерений) будут близки. Кроме того, вклад в избыточную теплоемкость может дать примесный водород; в особенности это относится к палладию, способному очень легко поглощать и растворять водород. Действительно, при изучении теплоемкости nc - Pt авторы [72] пришли к выводу, что при температуре 300 К большая часть избыточной теплоемкости компактированных наномате-риалов является следствием возбуждения примесных атомов водорода. Примесный водород часто присутствует в наноматериалах, полученных конденсацией нанокластеров в инертном газе и их последующим компактированием. [30]

Страницы: 1 2 3