|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
дан вакуум. Единый блок автоматики обеспечивает синхронную ра-
боту зарядных и разрядных устройств трех конденсаторных батарей.
В схеме предусмотрено предварительное уплотнение порошка с помо-
щью ультразвукового генератора, передающего колебания на пуан-
соны. При подаче импульса на разрядники происходит перемещение
пуансонов и оболочки к центру. Одновременное воздействие на по-
рошок оболочки в радиальном направлении и пуансонов, действую-
щих по ее оси с двух сторон, позволяет получить всестороннее уплот-
нение порошка, что дает возможность увеличить плотность прессовок
и увеличить равномерность ее распределения по сечению. Недостат-
ком данного устройства является сложность конструкции.
Магнитно-импульсный метод прессования используется для по-
лучения изделий различной формы, причем в большинстве случаев
эти изделия не требуют какой-либо дополнительной механической
обработки. В частности, при работе со сверхпроводящими оксид-
ными керамиками были получены изделия плотностью более 95 %
от теоретической. В общем случае применение импульсных давле-
ний приводит к более высокой плотности образцов по сравнению
со статическим прессованием благодаря эффективному преодоле-
нию сил межчастичного взаимодействия при быстром движении
порошковой среды. Краткость разогрева нанопорошка позволяет
уменьшить его рекристаллизацию при высокой температуре и со-
хранить малый размер частиц.
Магнитно-импульсный метод применяется для прессования нано-
кристаллических порошков Al
2
O
3
и TiN. Результаты измерений плот-
ности показали, что повышение температуры прессования до 900 K
более эффективно, чем увеличение давления при холодном прессова-
нии. При импульсном давлении 4.1 ГПа и температуре 870 K удалось
получить компактные образцы нанокристаллического нитрида тита-
на размером зерен около 80 нм и плотностью около 83 % от теорети-
ческого значения. Снижение температуры прессования до 720 K со-
провождается снижением плотности до 81 %.
В специальном эксперименте было проведено сравнительное изу-
чение уплотнения ультрадисперсного порошка TiN магнитно-импульс-
ным прессованием, прессованием под высоким давлением и обычным
прессованием. Средний размер частиц исходного порошка составлял
70 и 80 нм. С уменьшением размера частиц степень уплотнения об-
77
2.1. Компактирование нанопорошков
разцов понижается. Увеличение давления прессования сопровожда-
ется ростом относительной плотности. Рост плотности замедляется
при давлении выше 4 ГПа, причем даже при давлении до 7 ГПа плот-
ность не превышает 85 %. Отмечено, что холодное прессование раз-
ными способами дает очень близкие результаты при давлении более
1 ГПа. При давлении 1 ГПа плотность образцов, полученных магнит-
но-импульсным прессованием, оказалась несколько ниже плотности
образцов, полученных при статическом давлении.
Для получения из нанопорошков газоплотных керамических труб
с внешним диаметром до 15 мм и длиной до 100 мм применяется ради-
альное магнитно-импульсное прессование, описанное ранее. Порошок
помещают в цилиндрический зазор между прочным металлическим
стержнем и внешней цилиндрической медной оболочкой. Прессова-
ние осуществляется за счет радиального сжатия внешней оболочки
импульсным током, развиваемое импульсное давление может дости-
гать 2 ГПа. В качестве исходного материала использовали нанопорош-
ки Al
2
O
3
и Y
2
O
3
-ZrO
2
средним размером частиц от 10 до 30 нм. В ре-
зультате их радиального магнитно-импульсного прессования удалось
получить трубы с относительной плотностью керамики более 95 %.
Керамические нанопорошки можно компактировать с помощью су-
хого холодного ультразвукового прессования. Воздействие при прес-
совании порошка ультразвука с мощностью в несколько киловатт
уменьшает межчастичное трение и трение порошка о стенки пресс-
формы, разрушает агломераты и крупные частицы, повышает поверх-
ностную активность частиц порошка и равномерность их распределе-
ния по объему. Это приводит к повышению плотности спрессованного
изделия, ускорению диффузионных процессов, к ограничению роста
зерен при последующем спекании и сохранению наноструктуры. На-
пример, в результате ультразвукового прессования нанопорошка ZrO
2
,
стабилизированного оксидом Y
2
O
3
, и последующего спекания образ-
цов на воздухе при температуре 1923 K удалось получить керамику
с относительной плотностью около 90 %. Средний размер частиц в ис-
ходном нанопорошке был около 50 нм.
Для нанотехнологий представляет интерес метод спекания кера-
мических наноматериалов с помощью сверхвысокочастотного (СВЧ)
излучения. Этот метод основан на сверхвысокочастотном нагреве спе-
каемого образца. Нагрев осуществляется излучением миллиметрово-
78
Do'stlaringiz bilan baham: |
