» » Наноструктурные твердые материалы
18.01.2016

В настоящее время все большее внимание привлекают наноструктурные твердые материалы, разработан ряд нанокомпозитов на основе корбидов с металлами-связками (например, WC/Co и TiC/Fe), значительно превосходящих по прочности, ударной вязкости, износостойкости и т.п. аналогичные материалы с обычной, зернистой структурой. Кстати, в будущем, наверняка, подобные материалы будут использоваться в профилях для остекления витрин http://www.lagolit.ru/predl/objekt/46/
По традиционной порошковой технологии материалы типа WC/Co получают механическим перемешиванием соответствующих порошков с последующим холодным прессованием и спеканием. Наиболее сложным этапом этой технологии является механическое перемешивание ультрадисперсных порошков WC и Со. Степень однородности механического перемешивания не позволяет получать в конечном спеченном продукте зерна размером меньше 300 нм.
Разработанные в последнее время новые химические методы обеспечивают предварительное наноразмерное перемешивание ультрадисперсных порошков при получении наноструктурных материалов.
В качестве примера новой технологии можно привести уже внедренный в промышленное производство процесс, при котором однородный порошок-полуфабрикат изготовляется методом аэрозольного распыления смеси растворов солей вольфрама и кобальта с последующей термохимической переработкой в псевдоожиженном слое (пиролиз, восстановление и науглероживание) дли превращения в конечный продукт — нанофазный порошок карбида WС с кобальтовой связкой. Обычно размеры частиц WС составляют от 30 до 40 нм. Жидкофазное спекание таких частиц с введением небольшого количества ингибитора роста зерен (например, карбида VС) позволяет избежать укрупнения зерен и получить массивный нанокомпозитный продукт, используемый для изготовления высококачественных металлообрабатывающих инструментов, в частности микросверл для обработки печатных плат (в микроэлектронике быстрый износ сверл представлял собой крупную технологическую и экономическую проблему).
Кроме того, нанопорошки из керамики и керметов, уже выпускаемые в промышленном масштабе, могут использоваться в качестве исходного материала для получения наноструктурных покрытий на различных деталях методом термического напыления. Проведенные исследования продемонстрировали высокую износостойкость и коррозионную стойкость таких покрытий в различных режимах эксплуатации.
За последние годы были разработаны новые, экономически эффективные способы получения нанопорошков. В частности, были созданы технологии, позволяющие изготавливать из керамических порошков детали и изделия без дополнительной механической обработки, что облегчает их крупномасштабное производство. Объем производства нанофазных керамических порошков, обладающих особыми реологическими и механическими характеристиками, измеряется тоннами. Используя одностадийные методы горячей ковки в штампах, можно изготавливать изделия с формой и размерами, определяемыми параметрами штампа. В лабораторных условиях получены образцы изделий из нанофазной керамики на основе консолидированных наночастиц оксидов алюминия и титана. Исследование механических свойств показывает, что такая керамика вследствие высокой дисперсности структуры обладает значительной пластичностью при сжатии, тогда как у обычной керамики пластичность практически нулевая.
Такое поведение материала может быть объяснено с помощью существующих моделей скольжения по границам зерен. Нанокристаллические зерна, образуемые наночастицами, при наложении нагрузки могут сдвигаться друг относительно друга без разрушении связей по межзеренным границам, поскольку диффузионный (атомный) перенос быстро «восстанавливает» возникающие на границе микроповреждения. Именно такая диффузионная аккомодация в пограничных областях позволяет получать из нанофазных керамических и композиционных материалов изделия готовой формы горячей ковкой в штампах. Хотя промышленное применение методов «точного формования» только начинается, их практическая ценность представляется очевидной.