Физические процессы и технологии получения материалов (стр. 3 из 3)

Нанокластеры. К множеству нанообъектов относятся сверхмалые частицы, состоящие из десятков, сотен или тысяч атомов. Свойства кластеров кардинально отличаются от свойств макроскопических объемов материалов того же состава. Из нанокластеров, как из крупных строительных блоков, можно целенаправленно конструировать новые материалы с заранее заданными свойствами и использовать их в каталитических реакциях, для разделения газовых смесей и хранения газов.

Материаловеды из США и Испании придумали новый способ получения длинных аморфных нановолокон. Технология, названная «laser spinning», позволяет получить волокна длиной несколько сантиметров и всего 35 нм в диаметре. Методика «laser spinning» основана на использовании мощного лазера для локального нагрева поверхности исходного керамического материала (кварца или оксида алюминия), т.е. только очень малый его объем находится в расплавленном состоянии. Далее под действием сильной струи газа расплав вытягивается в волокно и застывает. В результате формируется неупорядоченная сеть из микро- и нановолокон. Ученые утверждают, что такая технология позволит получать очень длинные аморфные волокна требуемого состава.

(a) Общий вид получаемой сетки нановолокон;

(b) Отдельное волокно диаметром около 50 нм.

(a) Образование капли расплава;

(b) Вытягивание волокна.

Квазиодномерные структуры (нанопроволоки, наноленты, наностержни и нанотрубки) обладают уникальными электрическими и механическими свойствами и могут найти применение в электронике, катализе, биомедицине, использоваться для изготовления различных сенсоров и композитов. В настоящее время такие структуры обычно получают из паровой фазы или из растворов.

4. Композицио́нные материа́лы

Композиционный материал— неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (или связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов.

Схема структуры (а) и армирования
непрерывными волокнами (б)
композиционных материалов

Преимущества композиционных материалов

• высокая удельная прочность
• высокая жёсткость (модуль упругости 130...140 ГПа)
• высокая износостойкость
• высокая усталостная прочность
• из композиционных материалов возможно изготовить размеростабильные конструкции

Причём, разные классы композитов могут обладать одним или несколькими преимуществами. Некоторых преимуществ невозможно добиться одновременно.

Недостатки композиционных материалов

Большинство классов композитов (но не все) обладают недостатками:

• высокая стоимость
• анизотропия свойств
• повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны

Методы порошковой металлургии широко применяют в промышленности для получения металлокерамических, металлических и керамических композиций. Однако для получения волокнистых композиционных материалов методы порошковой металлургии стали использовать относительно недавно, причем почти все эти методы — прессование с последующим спеканием, горячее прессование, экструзия, динамическое уплотнение и др. - оказались пригодными для указанных целей, разумеется, в зависимости от природы составляющих композиционных материалов — матрицы и упрочнителя.

В качестве исходных материалов используют металлические или металлокерамические порошки, образующие матрицу, и армирующие волокна в виде непрерывных или дискретных волокон, либо в виде металлических сеток. Оборудование, применяемое при изготовлении композиционных материалов, как правило, существенно не отличается от оборудования, применяемого в порошковой металлургии. В основном это разного типа вибрационные столы для уплотнения смеси, прессы, печи для спекания и др.

Список литературы:

Лахтин Ю.М. «Материаловедение», М.: 1990.

Глембоцкий В. А., Классен В. И., Флотация, М., 1973;

Багдасаров В. Г., Теория, расчёт и практика эргазлифта, М.-Л., 1947;

Федорченко И. М., Андриевский Р. А., Основы порошковой металлургии, К., 1961;

Бальшин М. Ю.. Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна, М.,

1972;

Кипарисов С. С., Либенсон Г. А., Порошковая металлургия, М., 1972.