Нанопорошки (Раздаточные материалы)

За последнее десятилетие в мировом научно-техническом развитии наметилась четкая тенденция и проявлен большой интерес к получению новых материалов и изделий, организации технологических процессов на основе субмикронных (0,1 мкм< < 1 мкм) и наноразмерных (0,001мкм < < 1 мкм) порошков.

Нанопоршки (с размерами частиц менее 0,1 мкм) являются новыми материалами, обладающими рядом уникальных свойств, отличающих их от материалов в массивном состоянии. С использованием нанорошков связывается возможность кардинального прорыва в технологиях химической промышленности, радиоэлектроники, технологии материалов, создание новых технологий и т.д.

Нанопорошками томские ученые конструкторско-технологического центра занимаются давно. Новые разработки вызвали большой интерес у американцев - коллегам из-за океана томичи поставляют электровзрывные металлические нанопорошки по контрактам, стоимость которых сегодня уже исчисляется сотнями тысяч долларов. Некоторые ученые считают, что нанопорошки - это открытие 5-го состояния вещества, которое отличается новыми характеристиками и свойствами. Поджечь кусок алюминия в обычных условиях невозможно, но если на алюминиевой проволоке разрядить источник высокого напряжения, то можно получить нанопорошок, обладающий высокой внутренней энергией.

Один киллограм нанопрошка на мировом рынке стоит сегодня до тысячи долларов.

Спрос на продукцию томских ученых постоянно растет и сейчас в конструкторско-технологическом центре уже думают о том, как выйти на промышленное производство материалов, с которыми связывается прогресс во многих отраслях промышленности.

НПП Передовые порошковые технологии - совместным предприятие, учредителями которого являются специалисты отдела электровзрывных технологий конструкторско-технологического института "РИТЦ" СО РАН и "Argonide Corporation" США -выпускает целую гамму нанопорошков различной номенклатуры (нанопорошки металлов, сплавов, химических соединений), а также продукты на их основе - присадки к моторным маслам ( торговое название "Гарант-М"), металлопласты (составы для "холодной сварки"), паяльно-сварочные карандаши и пасты для сварки металлов без использования электрического тока.

Нанопорошковые технологии бурно развиваются. В 2001 г. емкость рынка США для наноматериалов будет составлять не менее 160 миллионов долларов, ежегодно ведущие страны мира вкладывают сотни миллионов долларов в развитие нанотехнологий. Наше предприятие имеет уникальное опытно-промышленное оборудование, позволяющее получать десятки килограмм нанопорошков в месяц.

Проведены исследования по получению субмикронных порошков кремния на пневматической циркуляционной установке, совмещающей процессы измельчения, фракционирования, сушки, смешивания, и грануляции порошков. В таблице 1 приведены результаты исследования изменения дисперсных свойств порошков карбида кремния в зависимости от времени работы установки при неизменных рабочих параметрах (расход газа, скорость вращения ротора).

Табл. 1

Получение нитридов и карбидов кремния осуществлялось методом самораспростра­ня­ющегося высокотемпературного синтеза (СВС-метод). Для синтеза нитрида кремния использовались 3 фракции с размерами частиц 0,5 мкм, 1 мкм и 5 мкм. При этом было отмечено значительное различие в скорости прохождения реакции, количестве поглощенного азота и внешнем виде сгоревших образцов. Если образцы из порошка дисперсностью 1 мкм и 5 мкм хорошо спечены и частично оплавлены, то образец из кремния с размерами частиц 0,5 мкм легко рассыпается, следов спекания и плавления не имеет.

В настоящее время чрезвычайно актуальна разработка методов изготовления нанокерамики - современного материала, обладающего ценными механическими и электрофизическими свойствами, стойкостью к коррозии и износу, жаропрочностью. Нанокерамику применяют ныне во многих отраслях промышленности, особенно в машиностроении, аэрокосмической технике, при из-готовлении различных датчиков, электронных схем и пр. Однако технология ее производства сложна, так как изготавливается она из керамических нано-порошков (порошков, частицы которых имеют наноразмеры). Одна из главных трудностей - сохранить структуру материала и специфические свойства нано-порошков при их компактировании. Ее преодолели специалисты Научно-исследовательского центра перспективных технологий "Спектр" Томского политехнического университета, создав новый метод сухого компактирования керамических нанопорошков с помощью ультразвука. Разработанная центром технология ультразвуковой обработки керамических нанопорошков позволяет обеспечить высокое качество конечного продукта, увеличить производительность процесса, а затраты значительно сократить. Этот метод применим для керамики многих назначений: конструкционной, сверхпроводящей, пьезо- и сегнетокерамики. Обычно в нанопорошки примешивают особые добавки-пластификаторы и только потом получившуюся смесь прессуют, иначе качественно спрессовать в нужную конфигурацию пыль, которую по сути представляют собой нанопорошки, не удается - в конечном продукте обязательно остается пористость. В новой технологии применен оптимальный режим ультразвукового воздействия на порошок, благодаря которому добавлять в него пластификаторы для компактирования не нужно. А поскольку наночастицы не подвергаются пластической деформации, их структура сохраняется - получается нанокерамика с минимальной пористостью без дополнительных примесей и с неизменной внутренней структурой исходного материала. По технологии УЗ-компактирования (она запатентована) теперь обрабатываются в Томске производимые в Южной Корее нанопорошки. Кроме того, пользуясь методом УЗ-компактирования, сотрудники "Спектра" изготавливают нанокерамику для озонаторов (она служит в них барьерным диэлектриком), которые вполне конкурентоспособны по отношению к американским и японским аналогам при сравнении их основных параметров, но они более компактны и менее энергозатратны.