124715 (Физические процессы и технологии получения материалов), страница 2

2) Возможность получения некоторых материалов и изделий с более высокими технико-экономическими показателями. Порошковая металлургия позволяет экономить металл и значительно снижать себестоимость продукции (например, при изготовлении деталей литьём и обработкой резанием иногда до 60—80% металла теряется в литники, идёт в стружку и т.п.).

3) При использовании чистых исходных порошков можно получить спечённые материалы с меньшим содержанием примесей и с более точным соответствием заданному составу, чем у обычных литых сплавов.

4) При одинаковом составе и плотности у спечённых материалов в связи с особенностью их структуры в ряде случаев свойства выше, чем у плавленых, в частности меньше сказывается неблагоприятное влияние предпочтительной ориентировки (текстуры), которая встречается у ряда литых металлов (например, бериллия) вследствие специфических условий затвердевания расплава. Большой недостаток некоторых литых сплавов (например, быстрорежущих сталей и некоторых жаропрочных сталей) — резкая неоднородность локального состава, вызванная ликвацией при затвердевании. Размеры и форму структурных элементов спечённых материалов легче регулировать, и главное, можно получать такие типы взаимного расположения и формы зёрен, которые недостижимы для плавленого металла. Благодаря этим структурным особенностям спечённые металлы более термостойки, лучше переносят воздействие циклических колебаний температуры и напряжений, а также ядерного облучения, что очень важно для материалов новой техники.

2.3 Распространенные агрегаты измельчения.

Шаровая барабанная мельница

Шаровая барабанная мельница имеет следующие достоинства:

-простота конструкции и использования;

-хорошее смешивание материалов (коэффициент неоднородности порядка 3-5%);

Недостатки:

-длительность процессов;

-невысокий объемный коэффициент загрузки (40-45%);

-значительный намол аппаратурного металла.

С хема работы дезинтегратора.

Порошкообразные вещества поступают из загрузочного бункера с регулирующим шибером в пространство между вращающимися навстречу друг другу с высокими скоростями дисками (угловая скорость с использованием высокочастотных двигателей до 50000 об/мин и более). На этих роторах имеются специальные твердосплавные пальцы или лопасти, образующие относительно друг друга концентрические окружности разных диаметров. Каждая частица соударяется с указанными выступами, последовательно проходя все круги, перед выходом с последнего из них, имеющего максимальную линейную скорость, частицы испытывают наиболее высокоэнергетическое воздействие. Такой способ измельчения приводит не только к увеличению дисперсности системы, но и к дополнительной механохимической активации порошков, проявляющейся в их более интенсивном последующем спекании, либо ускоренном твердофазном синтезе.

Различные виды смесителей.

3. Наноматериалы

Применение наноматериалов

• Катализ, преобразование солнечной энергии (TiO2 )

• Сенсоры

• Нано-батареи и топливные ячейки

• Дисперсионное упрочнение/прочные материалы

• Магнитная томография (магнитные наночастицы - зонды), маркеры, мини-роботы, носители лекарств

• Магнитные жидкости

• Системы с перпендикулярной записью, электроника

• Фотоника

• Квантовые точки

• Молекулярные сита / клатраты

• Аэрогели

Сверхпрочные материалы. Связи между атомами углерода в графитовом листе являются самыми сильными среди известных, поэтому бездефектные углеродные трубки на два порядка прочнее стали и приблизительно в четыре раза легче ее! Одна из важнейших задач технологии в области новых углеродных материалов заключается в создании нанотрубок "бесконечной" длины. Из таких трубок можно изготовлять легкие композитные материалы предельной прочности для нужд техники нового века. Это силовые элементы мостов и строений, несущие конструкции компактных летательных аппаратов, элементы турбин, силовые блоки двигателей с предельно малым удельным потреблением топлива и т.п. В настоящее время научились изготавливать трубки длиной в десятки микрон при диаметре порядка одного нанометра.

Высокопроводящие материалы. Известно, что в кристаллическом графите проводимость вдоль плоскости слоя наиболее высокая среди известных материалов и, напротив, в направлении, перпендикулярном листу, мала. Поэтому ожидается, что электрические кабели, сделанные из нанотрубок, при комнатной температуре будут иметь электропроводность на два порядка выше, чем медные кабели. Дело за технологией, позволяющей производить трубки достаточной длины и в достаточном количестве,

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.