Нанотехнологии и наноматериалы

4.1.2. Nano kukunlardan mahsulot hosil qilish usullari.

Siqilish - texnologik jarayon bo'lib, natijada kukundan tayyor qism olinadi. Jarayon odatda ikki bosqichda amalga oshiriladi: shakllantirish va sinterlash. Bir qator usullarda bu bosqichlar bittaga birlashtirilgan. Kukunlardan ommaviy nanomateriallarni olish uchun asosan xona haroratida qoliplash va keyinchalik sinterlash qo'llaniladi.

Shakllantirish usullari

Kukun metallurgiyasida hozirgi vaqtda turli xil shakllantirish texnologiyalari qo'llaniladi. Bir o'qli presslash texnologiyasi nano kukunlarni bosish uchun eng keng tarqalgan hisoblanadi. Bunday usullar qo'llaniladi: statik (qoliplarda bosish yoki shtamplash), dinamik (magnit impulsli va portlovchi) va tebranish (ultratovushli) bosish. Bunday presslash turlari yaxshi ma'lum bo'lib, an'anaviy kukunlarni qoliplashda keng qo'llaniladi va adabiyotlarda keng yoritilgan, masalan .
Yuqori zichlikdagi qoliplarni olish uchun materialni siqish shartlari har tomonlama yaqin bo'lgan presslash qo'llaniladi. Ushbu texnologiya izostatik presslash deb ataladi. Buning uchun bir nechta variant mavjud: gidrostatik, gazostatik, kvazi-gidrostatik. Izostatik presslashda kukun elastik yoki deformatsiyalanadigan qobiqqa joylashtiriladi. Olingan qoliplar deyarli bir xil zichlikda farqlanadi (garchi ba'zida u qolipning ichki hajmlarida biroz kamroq bo'lsa ham) va aniq anizotropiyaga ega emas. Kamchilik - uskunaning etarlicha murakkabligi va yuqori narxi va qolip o'lchamlarining aniqligini saqlashning murakkabligi.
Gidrostatik presslash qalinligi 0,1-2 mm bo'lgan kauchuk yoki boshqa elastik qoplamalar yordamida amalga oshiriladi. Kukunli qobiq gidrostatning ish kamerasiga joylashtiriladi va u erda yuqori bosim ostida (100 dan 1200 MPa gacha) suyuqlik (yog ', suv, glitserin va boshqalar) AOK qilinadi. Olingan moldinglar murakkab shakllarga ega bo'lishi mumkin.
Gazostatik presslash alyuminiy yoki egiluvchan po'latlardan yasalgan metall qobiqlar (kapsulalar) yordamida amalga oshiriladi. Chig'anoqlarning shakli oddiy, tayyor mahsulotga iloji boricha yaqinroqdir. Ko'pincha, boshqa usullar bilan olingan ignabargli gazostatik bosimga duchor bo'ladi. Metall kapsula gaz regulyatoriga joylashtiriladi, uning ish kamerasida 200 ... 300 MPa gacha bosim hosil bo'ladi .
Kvazi-gidrostatik presslash gidrostatik presslashning soddalashtirilgan versiyasidir. Kukun elastik qobiqlarga joylashtiriladi, ularni bosish an'anaviy presslash uskunasi kukunida bir tomonlama yoki ikki tomonlama bosim qo'llash bilan amalga oshiriladi.
So'nggi paytlarda qattiq plastik deformatsiya usuli - bosim ostida buralish - ham muvaffaqiyatli qo'llanilmoqda. Ba'zi hollarda chiziqlar olish uchun rulon ishlatiladi.

Sinterlash usullari

Sinterlash Nano kukunli mog'orlar yuqori haroratni ishlata olmaslik bilan cheklangan. Sinterlash haroratining oshishi g'ovaklikning pasayishiga olib keladi, lekin boshqa tomondan donning o'sishiga olib keladi. Ushbu muammo bir qator faollashtirish usullari bilan hal qilinadi, bu esa past sinterlash haroratida mahsulotlarning past porozligiga erishishga imkon beradi:

• 
  yuqori tezlikda mikroto'lqinli isitishdan foydalanish (isitish tezligi 10 dan 300 ° / min gacha oshishi bilan TiO2 nano kukunining zarur sinterlash harorati 1050 dan 975 ° C gacha kamayadi ;
  
• 
  bosqichli boshqariladigan sinterlash;
  
• 
  plazma faollashtirilgan sinterlash.
  
• 
  vakuumda sinterlash yoki qaytaruvchi muhitda (metall kukunlari uchun)
  

Bosimli sintez lash usullari

Kalıplama va sinterlash jarayonlari yoki bosim ostida sinterlashning kombinatsiyasi pastroq isitish haroratidan foydalanganda yuqori zichlik qiymatlariga, shu jumladan nazariy qiymatga yaqin bo'lganlarga erishish imkonini beradi. Eng oddiy usul - bir eksenli sinterlash
bosim qo'llash... Shunday qilib, [7] ga ko'ra, 400 MPa gacha bo'lgan siqilish bosimi ostida temir nano kukunini sinterlashda g'ovaklik bo'lmagan sinterlash harorati 700 dan 350 ° C gacha kamayadi va mahsulotlarning don hajmi 1,2 dan kamayadi. mkm dan 80 nm gacha. Nano kukunlarni bosim ostida sinterlash uchun IMET RAS da ishlab chiqilgan o'rnatish diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 4.11. Metall nano kukunlari bo'lsa, faollashtirish jarayoni vakuumda yoki kamaytiruvchi atmosferada amalga oshiriladi.

Guruch. 4.11. Nano kukunlarni bosim ostida sinterlash uchun IMET RAS da ishlab chiqilgan o'rnatish sxemasi: 1- inert yoki reaksiya gaz kirish joyi, 2- qoliplash, 3- anvil, 4- isitish elementi, 5- gaz chiqishi, 6-

ish kamerasi, 7- termojuft, 8- zımba, 9- punch, 10- muhr
qistirma [7].

Issiq izostatik presslash qoliplash va sinterlash jarayonlarini birlashtirishning yanada progressiv usuli hisoblanadi. Gazostatlardan foydalangan holda issiq izostatik presslash (HIP) usuli universal bo'lib, chang metallurgiya amaliyotida keng tarqalgan [56, 60]. Zamonaviy qurilmalarda 300 MPa gacha bosim va 2000 ° S gacha bo'lgan haroratga erishish mumkin. Kukunlar uchun metall payvandlangan kapsulalar bu holda karbonli po'latdan yoki korroziyaga chidamli po'latdan tayyorlanadi. Oddiy mahsulotlar uchun faqat po'lat kapsulalar ishlatiladi va juda murakkab shakldagi mahsulotlar uchun alohida texnologiyadan foydalangan holda maxsus sermet qoliplari qo'llaniladi. Mahsulotlar sifati haqida

nafaqat HIPning texnologik parametrlari, balki kapsulalarni ishlab chiqarish sifati va ularni kukun bilan to'ldirish jarayoni ham ta'sir qiladi. Ko'pincha kukun bilan to'ldirishda kukunli tebranish siqilishi qo'llaniladi, degazatsiya va kapsulalarni yaxshilab muhrlash amalga oshiriladi [56]. Nano kukunlar uchun katta o'ziga xos sirt maydoni va gaz bilan to'yinganlik tendentsiyasi tufayli degassatsiya ayniqsa muhimdir [7].
GUI o'rnini bosuvchi arzonroq variant - bu tez yo'nalishsiz siqish usuli [56]. Ushbu jarayonda qizdirilgan qalin devorli silindrsimon qolip qo'llaniladi, u kukun bilan to'ldirilgandan so'ng, yuqori bosim ostida (900 MPa gacha) bir o'qli siqilishga duchor bo'ladi. Bunday holda, qolipning tashqi devorlari tegishli o'lchamdagi metall tsilindrga mahkam yopishadi, bu esa qolipning deformatsiyasini oldini oladi. Natijada, kelajakdagi qismning shakliga ega bo'lgan kukun bilan to'ldirilgan ichki hajm kvazizostatik bosim ostida. Usul metall kukunini bir necha daqiqada deyarli 100% zichlikka siqish imkonini beradi.
Yuqori haroratli gaz ekstruziyasi usuli xona haroratida gidrostatik usulda qolip olish, uni nisbatan past haroratda vodorod atmosferasida issiqlik bilan ishlov berish va keyinchalik yuqori haroratda ekstruziya qilishdan iborat [7, 89]. Bu usul qisqa muddatli harorat va etarlicha yuqori harorat ta'sirida kukunlarni siqish imkonini beradi. Misol uchun, nikel nano kukunidan bu usul bilan olingan ixchamlar yuqori mustahkamlik ko'rsatkichlari va shu bilan birga juda yaxshi plastiklik ko'rsatkichlari bilan ajralib turardi [89].
Ejeksiyon kalıplama usuli kukunga maxsus bog'lovchi qo'shilishi (masalan, polipropilen, polietilen yoki polistirol kabi termoplastik polimerlar) asosida, bu kukun aralashmasining past yopishqoqligini ta'minlaydi [74]. Keyin kukun aralashmasi inyeksion kalıplamaga (metall va plastmassani quyish bilan o'xshash) qo'yiladi. To'qimalarni qabul qilgandan so'ng, termoplastik moddalar yondiriladi, so'ngra sinterlanadi. Ushbu usulning kamchiliklari kuyish paytida bog'lovchi moddalarni olib tashlash jarayonining murakkabligi bilan bog'liq (qismning shaklini o'zgartirish, termoplastik moddalarning parchalanish mahsulotlarining kukunli material bilan o'zaro ta'siri, ish paytida aralashmaning erkin olib tashlanishini ta'minlash). kuyish.Shuning uchun kompleksning kichik maxsus qismlarini olish uchun bu usul cheklangan darajada qo'llaniladi
devor qalinligi 10 mm dan kam bo'lgan shakllar [74]. Usulning o'zgarishi kukunning suvli suspenziyasidan foydalanishdir [90]. Suspenziya qolipga quyiladi va keyin muzlatiladi. Ish qismini quritish muzlatilgan holda amalga oshiriladi, so'ngra sinterlash jarayoni amalga oshiriladi.

2.