Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

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

---

48