Методы получения наноразмерных частиц

В последние годы интенсивно исследуются новые типы металлополимерных нанокомпозитов с необычной архитектурой, определяющейся необычной структурой сильно разветвленных полимеров. Их место в системе макромолекулярной архитектуры представлено на рисунке:

Архитектура макромолекул металлополимерных нанокомпозитов

 

Особое внимание в  ней отводится дендримерам —  новому классу регулярных полимеров, которые  характеризуются исходящей из одного центра древовидной структурой, большим  числом центров ветвленияи отсутствием замкнутых циклов. Иногда их называют каскадными полимерами или полимерами с контролируемой молекулярной архитектурой. Наиболее часто для этих целей используют полиамидоимин или полипропиленимин.

Металлические матрицы  могут быть усилены волокнами или взвесью мелких частиц упрочнителя в объеме металла.

 Волокнистые композиционные  материалы состоят из матрицы  и волокон. Прочность этих материалов  определяется свойствами волокон;  матрица в основном должна  перераспределять напряжения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упругости у волокон должны быть значительно больше, чем у матрицы. Жесткие армирующие волокна воспринимают напряжения, возникающие при нагрузке, придают композиции прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.

 Для упрочнения  алюминия, магния и их сплавов  применяют борные волокна, а  также волокна из тугоплавких  соединений (карбидов, нитридов, боридов  и оксидов), имеющих высокие прочность  и модуль упругости. Нередко  используют вместо волокон проволоку из высокопрочных сталей.

 Для армирования  титана и его сплавов применяют  молибденовую проволоку, волокна  сапфира, карбида кремния и  борида титана.

 Повышение жаропрочности  никелевых сплавов достигается  армированием их вольфрамовой  или молибденовой проволокой. Металлические волокна используют и в тех случаях, когда требуются высокие теплопроводность и электропроводимость. Перспективными упрочнителями для высокопрочных и высокомодульных волокнистых композиционных материалов являются нитевидные кристаллы из оксида и нитрида алюминия, карбида и нитрида кремния, карбида бора и др.

 Композиционные материалы  на металлической основе обладают  высокой прочностью и жаропрочностью, в то же время они малопластичны.  Однако волокна в композиционных  материалах уменьшают скорость распространения трещин, зарождающихся в матрице, при этом практически полностью исчезает внезапное хрупкое разрушение. Отличительной особенностью волокнистых одноосных композиционных материалов (в которых волокна направлены вдоль одной оси) являются анизотропия механических свойств вдоль и поперек волокон.

 При конструировании  деталей анизотропия волокнистых  композиционных материалов используется  для оптимизации их свойств  путем согласования поля сопротивления  с полями напряжения.

 Армирование алюминиевых,  магниевых и титановых сплавов  непрерывными тугоплавкими волокнами  бора, карбида кремния, диборида  титана и оксида алюминия значительно  повышает жаропрочность. Особенностью  таких композиционных материалов  является невысокая скорость изменения свойств с повышением температуры.

 Основным недостатком  композиционных материалов с  одно- и двумерным армированием  является низкое сопротивление  межслойному сдвигу и поперечному  обрыву. Этого лишены материалы  с объемным армированием.

 В отличие от волокнистых композиционных материалов, в дисперсно-упрочненных композиционных материалах матрица является основным элементом, который несет нагрузку. Дисперсные частицы тормозят движение разрывов и внутренних трещин в матрице. Высокая прочность достигается при размере частиц 10-500 нм при среднем расстоянии между ними 100-500 нм и равномерном распределении их в матрице.

 Использование в  качестве упрочняющих фаз стабильных  тугоплавких соединений (оксиды  тория, гафния, иттрия, сложные соединения  оксидов и редкоземельных металлов), не растворяющихся в матричном металле, позволяет сохранить высокую прочность материала. В связи с этим такие материалы чаще применяют как жаропрочные. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов.

 Наиболее широко  используют сплавы на основе  алюминия – САП (спеченный  алюминиевый порошок).

 Плотность этих  материалов равна плотности алюминия, они не уступают ему по коррозионной  стойкости и даже могут заменять титан и коррозионно-стойкие стали при работе в интервале температур 250-500°С. По прочности они превосходят деформируемые алюминиевые сплавы. Прочность для сплавов САП-1 и САП-2 при 500°С составляет 45-55 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Андриевский, Р.А. Наноструктурные материалы 2005 год.
2. Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии, 2005 год.
3. Металлополимерные нанокомпозиты (получение, свойства,  применение) В. М. Бузник, В. М. Фомин, А. П. Алхимов, 2005 год.
4. Помогайло, А.Д. Металлополимерные нанокомпозиты с контролируемой молекулярной архитектурой, 2002 год.
5. Пул, Ч. Нанотехнологии, 2005 год.
6. Сергеев, Г.Б. Нанохимия, 2003 год.
7. Суздалев, И.П. Нанотехнология, 2006 год.