Інтенсивна пластична деформація - промисловість, виробництво

2.2.2 Інтенсивна пластична деформація

Формування нано структури массівньтх металевих зразків може бути здійснено методом інтенсивної деформації. За рахунок великих деформацій, що досягаються крутінням при квазігідростатіческом високому тиску, рівноканальної кутової пресуванням і використанням інших способів, утворюється фрагментована і разоріентіровать структура.







Інтенсивна пластична деформація - промисловість, виробництво

Малюнок 4 Схеми інтенсивної пластичної деформації:

а - кручення під високим тиском; б - рівноканальне кутовий пресування

При крученні під високим тиском ступінь деформації зазвичай регулюється числом оборотів. Так, для міді, піддамо тієї 2, 3 і 4 оборотам, середній розмір зерен склав (162 ± 19) нм, (149 ± 12) нм і (85 ± 8) нм відповідно. При проведенні деформування крутінням і рівноканальної кутової пресуванням розмір зерен наноматеріалів становить близько 100 нм. Гідність методу інтенсивної пластичної деформації полягає в можливості отримання беспорістих наноматеріалів, причому останні можуть бути досить значних розмірів, маючи на увазі можливості рівноканального кутового пресування.

2.2.3 Контрольована кристалізація з аморфного стану

Як відомо, багато хто з елементів, металевих сплавів і з'єднань (наприклад, Si, Se, сплави Fe, Ni, Al, Zr і ін.) Можуть перебувати в аморфному стані, тобто характеризуються тільки ближнім порядком при відсутності далекого порядку в розташуванні атомів.

Методи отримання аморфних матеріалів досить різноманітні і добре розроблені в різних варіантах: конденсація з газової фази, гарт з рідкого стану, іонна імплантація, високоенергетичне подрібнення і ін. Якщо аморфні матеріали піддавати контрольованому відпал рекристалізації, керуючи процесами зародження і зростання кристалітів, то можна отримати наноматеріали з кристаллитами невеликого розміру (близько 10-20 нм і менш) і практично безпористі.

Слід також мати на увазі, що в залежності від умов гарту з рідкого стану можна виділити три типи наноструктур [[13]]:

1) повна кристалізація безпосередньо в процесі загартування з розплаву і освіту одно- або багатофазної як звичайної полікристалічної структури, так і наноструктури;

2) кристалізація в процесі загартування з розплаву протікає не повністю і утворюється аморфно-кристалічна структура;

3) гарт з розплаву призводить до утворення аморфного стану, яке трансформується в наноструктуру тільки при подальшій термічній обробці.

Для переробки аморфних порошків, одержуваних, наприклад, газовим розпиленням рідких розплавів, використовують прийоми гарячої обробки тиском, як це було продемонстровано японськими дослідниками [[14]] на прикладі об'ємних заготовок високоміцного сплаву Al - Y - Ni - Co.

2.2.4 Технологія плівок і покриттів

Ці методи досить універсальні щодо складу наноматеріалів, які можуть бути виготовлені практично в безпористого стані в широкому діапазоні розмірів зерен, починаючи від 1-2 нм і більше. Єдине обмеження - це товщина плівок і покриттів - від декількох часток мікрона до сотень мікрон. Використовуються як фізичні методи осадження, так і хімічні методи, а так само електроосадження і деякі інші прийоми. Поділ методів осажаенія на фізичні і хімічні умовно, оскільки, наприклад, багато фізичних прийоми включають хімічні реакції, а хімічні методи стимулюються фізичними впливами.







У Таблиця 2 наведені основні методи отримання наноструктурних плівок на основі тугоплавких сполук (карбідів, нітридів, боридів) [[15]]. Порушення дугового розряду в азотної або вуглецевмісної атмосфері - один з найбільш поширених варіантів технології іонного осадження; як джерело іонів металів використовують металеві катоди. Електродугове випаровування вельми продуктивно, але супроводжується утворенням металевого крапельної фази, звільнення від якої вимагає спеціальних конструктивних заходів. Цього недоліку позбавлений магнетронний варіант іонно-плазмового осадження, в якому мішень (катод) розпорошується за рахунок бомбардування іонами плазми газового розряду низького тиску, яка формується між катодом і анодом. Поперечний постійне магнітне поле локалізує плазму у розпилюється поверхні мішені і підвищує ефективність розпилення.

Таблиця 2 Основні методи отримання наноструктурвих плівок на основі тугоплавких сполук

Газоподібні і конденсовані прекурсори

Нітриди та бориди

На Малюнок 5 показана схема магнетронного розпилення з мішенню прямокутної форми, на поверхні якої в районі виходу і входу магнітних силових ліній виникає «доріжка розпилення». Напилювані підкладки (на схемі не показані) розташовані над мішенню і для досягнення рівномірності плівок за складом і структурі піддаються обертанню.

Магнетронного напилення дуже універсально, його можна застосовувати не тільки для металевих, але і для неметалічних мішеней (і, отже, для отримання відповідних плівок). При магнетронном напиленні температури підкладок невеликі (менше 100-200 ° С), що розширює можливості отримання наноструктурних плівок з невеликим розміром зерен і аморфних плівок. Однак швидкості напилення в кілька разів нижче, ніж в разі дугових методів.

Інтенсивна пластична деформація - промисловість, виробництво

Малюнок 5 Схема установки магнетронного розпилення

1 - катод-мішень; 2 - постійний магніт; 3 - джерело живлення; 4 - анод; 5 - траєкторії руху електронів; 6 - зона (доріжка) розпилення; 7 - силові лінії напруженості магнітного поля

При іонно-променевої обробки вибивання атомів мішені відбувається за рахунок бомбардування її поверхні іонними пучками. На малюнку 6 приведена схема установки бінарного іонно-стимульованого осадження нітридних плівок. Металеві іони утворюються при бомбардуванні метталіческіе мішені іонами інерних газів або азоту з джерела 3, а джерело 2 використовується для бомбардування безпосередньо плівки (в разі іонів азоту плівки синтезованих нітридів можуть бути сверхстехіометрічнимі).

Інтенсивна пластична деформація - промисловість, виробництво

Малюнок 6 Схема установки бінарного іонно-стимульованого осадження нітридних плівок [15]:

1 - мішень (Ti, Zr, Hf); 2 - джерело іонів аргону, ксенону, неону або азоту для підкладки; 3 - джерело тих же іонів для мішені; 4 - підкладка; 5 - механізм обертання; 6 - фіксатор координат; 7 - лічильник щільності струму; 8 - лічильник швидкості осадження

Стосовно до деяких металів і сплавів (Ni, Cu, Ni-P, Ni-Mo, Ni-W та ін.) Для отримання наноматеріалів виявився досить ефективним метод імпульсного електроосадження, коли реалізується висока швидкість зародження кристалітів і за рахунок адсорбційно-десорбційних пригнічують процесів забезпечується їх низька швидкість росту.

Інтенсивна пластична деформація - промисловість, виробництво

Малюнок 7 Схема установки газотермічного напилснія:

1 - введення газових сумішей; 2 - змішувач; 3 - система охолодження; 4 - плазмовий ствол; 5 - покриття; 6 - підкладка; 7 - введення порошку

Іонно-плазмова обробка поверхні, включаючи імплантацію, використовується стосовно до різних матеріалів (металів, сплавів, напівпровідників, полімерів та ін.) Для створення поверхневих сегрегації і Нанорельєф, що корисно для багатьох практичних застосувань.

Інформація про роботу «Особливості отримання нових матеріалів із застосуванням нанотехнологій»







Схожі статті