Диссертация (1097714), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Несмотря на многоэтапность процедуры синтеза,представляется возможность формирования такой функционально важной структуры, какчастицы железа в оболочке из смешанных оксидов, и даже оксида циркония в качествезащитного покрытия для целей стабилизации частиц и придания им особых магнитныххарактеристик.Значительные изменения в кинетических параметрах синтеза и формированиерезультирующей фазовой структуре композитов в процессе СВС на механическиактивированных прекурсорахсвязаны сцеленаправленным распределением мелкихактивных частиц циркония в инертных к восстановлению частицах железа, приводящее куменьшению размеров локальных зон саморазогрева иобъемекомпозита,участиюнекоторогоколичествабыстрому рассеянию тепла вциркониявобразованииинтерметаллидов и сложных оксидов со значительно меньшим тепловым эффектом наповерхности частиц железа.206§5.3. Мессбауэровская спектроскопия в технологии функциональныхметаллло-полимерных композитовВ современных технологиях особую значимость приобретают эластичные металополимерные композитные материалы сочетающие в себе эластичность, электропроводностьи термостойкость полимера и функциональные особенности частиц- наполнителя.Свойствами данных композитов можно управлять путем применение разнообразныхтехнология наполнения и структурирование частиц в матрице полимеров, что позволяетполучать функциональные материалы с уникальными характеристиками для применения.Еще до недавнего времени целями модифицирования полимеров являлось улучшениетехнологических и эксплуатационных свойств: снижение вязкости, регулирование скоростии температуры отверждения, повышение прочностных и деформационных показателей,повышение ударной вязкости и теплостойкости,повышение стойкости к различнымагрессивным факторам, снижение горючести.
В настоящее время с развитием направлениясоздания«умных»функциональныхматериалов,модифицированиеполимеровнаполнителями, обладающими специфическими физическими свойствами в сочетании стехнологическими характеристиками полимера (например, такими как эластичность,легкость), позволяет создавать гибридные композитные материалы для промышленности.Уникальные физические свойства, которые проявляются в сложных композитныхсистемах,включающихвзаимодействующиеферро-илиантиферромагнитныеметаллические частицы, распределенные в органических (полимерных) матрицах [21, 9192, 388-390] при использовании специфических характеристик частиц – наполнителей,позволяют формировать миниатюрные материалы с уникальными характеристиками,например магнитные сенсоры, актюаторы, уплотняющие магнитные прокладки имагнитные демпферы .
Среди таких систем особо следует отметить металл-полимерныекомпозиты с большим магнитодеформационным эффектом- эффектом увеличения размеровв магнитных полях или магнитным откликом при влиянии деформации [391-392 ].Одним из способов получения такого композитного материала является стабилизациячастицметаллавполимернойматрицегомогенизированной смеси металла и полимеравпроцессеполимеризациижидкойпри условии контроля гомогенности,температурных режимов и ориентации частиц в процессе синтеза, например магнитнымполем. Технология направленного ориентирования и стабилизации частиц в полимерныхматрицахсвязана с применением внешних полей (магнитных, механических) и207оптимального выбора вязкоупругих свойств полимера, морфологических и физическихсвойств наполнителя.Наиболеепопулярнымкомпозиционныхматериаловнаполнителемявляютсямагнитоактивныхcферическиеполимерныхжелезосодержащиечастицы,например, карбонильного железа, оксидов железа, соединений железа с редкоземельнымиэлементами [393-398].Интересные результатыполучены,для композитов, в которых в качественаполнителя использованы частицы известного магнитострикционного материала TerfenolD(FexTbyD1-YX = 0,27 - 0,3, у = 1,9 - 2 состава и микронных размеров [398-403].Показано,чтосуществуетпрямаясвязьмеждумагнитнымисвойствамиэлектропроводностью, структурным характеристиками и распределением поиразмерамчастиц в полимерной матрице.Такие композиты демонстрировали значительныймагнетодеформационный(эффектмагнитного поля).эффектТем не менееизменениясложности синтезаразмеровчастицподвоздействиеммагнитострикционногосостава в тройной системе Fe-Tb-Dy делает поиск более простых магнитострикционныхматериалов для этих целей привлекательным.Выбор системы Fe-Ga для использования в качественаполнителя органическойматрицы обусловлен тем, что она относится к ряду систем, таких как Tb-Dy-Fe, Fe-Al,обладающих относительно высокими магнитострикционными свойствами (Табл.
5.4) .Магнитоэластические свойства напрямую связаны с микроструктурой материала,которая чувствительна как к составу, так и к способу получения. В существующем спектреработ поисследованию магнитных и механических свойств сплавов системы Fe-Gaмаксимальные значения магнитострикции обнаружены в монокристаллическом состояниивблизи составов 17ат% и 35% Ga. Первый состав известен в промышленности как Галфенол,для которого равновесным состоянием является структура А2 оцк твердого раствора галлия вжелезе [298-301].
Установлено, что в монокристаллическом состоянии магнитострикция длянего максимальна вдоль направления [110].Выращивание монокристаллов в настоящее время все еще довольно дорого ивысокотехнологично. Кроме того, необходимы достаточно непростые приемы дляформирования из них функционально значимых элементов, например, в виде частиц, пленокили образцов сложной формы.В связи с этим,получили развитие технологиикомпозиционных материалов с использованием текстурированного поликристаллическогоматериала с магнитноанизотропными свойствами.208Таблица 5.4.
Магнитострикционные свойства некоторых материалов [299]Материалλ (ppm)Fe20Ni-40NiCo186FeGa (Galfenol) монокр [100]400FeGa 5- мкм, частицы спеченные70TbDyFe (Terfenol-D) монокрист [111]2000поликристалл400частицы 100мкм200Несмотря на уменьшение магнитострикционного эффекта в поликристаллах,величина его все же достаточно велика, чтобы быть использованной в функциональныхустройствах.Например,этоотноситсяктонкимполикристаллическимпленкаммагнитострикционного состава. Уменьшение размеров поликристаллов до микронныхразмеров уменьшает величину магнитострикции на порядок.
Однако, высокая механическаятвердость магнитострикционного сплава не позволяет с легкостью компактировать из частицфункциональныйматериалcориентациейчастицвдольосимаксимальногомагнитострикционного эффекта.Эту задачу позволяют решить технологиистабилизации частиц в полимерных матрицах. Онизначительно технологически упрощают создания изтакого композитного материала конструкций любойформы,наполнятьэтимконструкции. Кроме того,материаломсложныеполимерная матрицаможет быть легко удалена.Известно,Рисунок 5.33. Зависимость величинымагнитострикции в зависимости отконцентрации Gа в монокристаллахFe1-xGax вдоль направления [110][299]чтопоэффективностивоздействия на свойства полимера, наполнителиусловно подразделяют на активные и неактивные.Наполнитель тем активнее, чем больше энергияадгезии полимера к наполнителю превышаетэнергию когезии полимера.
С точки зрения химииповерхностичастицнаполнителей,основное209значение имеет их свободная поверхностная энергия (поверхностное натяжение),определяющее адгезионные характеристики поверхности и ее смачиваемости. Большоезначение имеет также наличие на поверхности тех или иных функциональных групп и ихреакционная способность, т.е. возможность вступать в химическое взаимодействие скомпонентами связующего или модификаторами поверхности.Для достижения значимых магнитострикционных эффектов метало-полимерногокомпозита достаточно использовать частицы микронных размеров, однако при этомтеряется эластичность матрицы.
Уменьшение размеров частиц позволяет сохранитьэластичность матрицы [404].Для получениячастицмагнитострикционного фазового состава нами былопредложено использовать метод механохимического синтеза. Подробный анализ фазовыхпревращений в системе Fe-Ga, проведенный ранее, обозначил технологические режимыпроцесса механоактивации для получения частиц нужной структуры (с максимальнымимагнитострикционными характеристиками) и размера. Для целей создания композита былинаправленносинтезированычастицымагнитострикционногофазовогосоставаFe(Ga)|Fe3Ga [303]. А в качестве стабилизирующей их матрицы был выбран полиуретан.Полиуретаны,спектркоторыхдовольноширокпомеханическимсвойствам,температурным рабочим режимам, износостойкости, являются одним из наиболеевостребованных полимерных материалов, используемых в качестве матрицы композитныхсистем в различных областях (от автомобильной до медицинской промышленности) [406407].
Полиуретан - блок полимер, в котором чередуются цепочки из жестких уретановыхсегментов, с температурой стеклования выше комнатной, и мягких сегментов с низкойтемпературой стеклования. Возможность регулирования составом полиуретана на стадииего формирования, а следовательно и его свойствами, используя модифицирующиедобавки, позволяет формировать необходимые эластичные свойства матрицы и хорошуюадгезию к поверхности металла [408.
]. В нашей работе был использован техническийполиуретан с модифицирующими добавками, разработанный коллективом НИИ шиннойпромышленности (Москва). Механические характеристики используемого полиуретана: модульЕ=50МПа, Тg=-17С.Разработанная в наших работах [409 ] технологическаяцепочка синтезакомпозитных образцов состояла из последовательных этапов синтеза частиц, полимернойматрицы, ее наполнения частицами и стабилизации частиц в объеме матрицы во внешнеммагнитном поле3.Этапы синтеза композитных образцов: 1) получение частиц магнитострикционного фазового состава методоммеханохимического синтеза 80wt%Fe20wt%Ga в атмосфере аргона в течение 2 часов. После механической210Рисунок5.34.Изображение механохимическисинтезированных частиц (А),фотография и размеры металополимерногокомпозита,сформированного изполиуретана,наполненногомеханосинтезированнымичастицами.Механохимически синтезированные частицы, согласно анализу представленного нарисунке Мессбауэровского спектра имели магнитострикционный фазовый состава α-Fe(Ga) с наноразмерными включениями фазы Fe3Ga и размеры частиц в пределах от 3-5нескольких микрон200-500 нм (самая мелкая фракция приведена на рисB).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
