Наноматериалы: синтез нанокристаллических порошков и получение компактных нанокристаллических материалов. Миттова И.Я - 24 стр.

                                 24

      Для компактирования нанокристаллических порошков достаточно
эффективным оказался магнитно-импульсный метод. Этот метод пред-
ставляет собой сухое интенсивное прессование порошков. Метод магнит-
ного импульсного прессования позволяет генерировать импульсные вол-
ны сжатия с амплитудой до 5 ГПа и длительностью в несколько микросе-
кунд. Метод основан на концентрировании силового действия магнитного
поля мощных импульсных токов, позволяет относительно просто управ-
лять параметрами волны сжатия, экологически чист и значительно безо-
паснее динамических методов, использующих взрывчатые вещества.
      В отличие от стационарных методов прессования, импульсные вол-
ны сжатия сопровождаются интенсивным разогревом порошка за счет
быстрого выделения энергии при трении частиц в процессе упаковки. Ес-
ли размер частиц достаточно мал (D ≤ 0,3 мкм), то время их прогрева
диффузией тепла с поверхности оказывается заметно меньше характерной
длительности импульсных волн сжатия (1 – 10 мкс). При определенных
условиях, подбором параметров волны сжатия, можно реализовать дина-
мическое горячее прессование ультрадисперсного порошка за счет высо-
кой поверхностной энергии последнего. При одинаковой величине давле-
ния прессования магнитно-импульсный метод позволяет получать более
плотные компактные образцы, чем стационарное прессование.
      Магнитно-импульсный метод применялся для прессования нанок-
ристаллических порошков А12Оз и TiN. Результаты показали, что повы-
шение температуры прессования до ~900К более эффективно, чем увели-
чение давления при холодном прессовании. При импульсном давлении 4,1
ГПа и температуре 870 К удалось получить компактные образцы нано-
кристаллического нитрида титана с размером зёрен ~ 80 нм и плотностью
около 83 % от теоретического значения. Снижение температуры прессо-
вания до 720 К сопровождалось уменьшением плотности до 81 %.
      Перспективным и эффективным методом компактирования кера-
мических нанопорошков без применения пластификаторов является сухое
холодное ультразвуковое прессование. Воздействие на порошок мощного
ультразвука в процессе прессования уменьшает межчастичное трение и
трение порошка о стенки пресс-формы, разрушает агломераты и крупные
частицы, повышает поверхностную активность частиц порошка и равно-
мерность их распределения по объёму. Это приводит к повышению плот-
ности спрессованного изделия, ускорению диффузионных процессов, к
ограничению роста зёрен при последующем спекании и к сохранению на-
ноструктуры. Например, в результате ультразвукового прессования нано-
порошка ZrO2, стабилизированного оксидом Y2O3, и последующего спе-
кания образцов на воздухе при температуре 1923 К удалось получить ке-
рамику с относительной плотностью около 90 %. Средний размер частиц
в исходном нанопорошке был около 50 нм. Средний размер зёрен в спе-
чённой керамике зависит от мощности ультразвуковых колебаний при
прессовании: увеличение мощности ультразвука от 0 до 2 кВт приводит к
уменьшению среднего размера зёрен от 440 до 200 нм.