С помощью метода электроискрового спекания на основе наноразмерного порошка оксида магния создана плотная и прочная керамика с микротвердостью до 13 ГПа.

DOI:10.22184/1993-8578.2016.66.4.94.97

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Под ред. Ханнинка Р.
Вильнав Ж.-Ж.
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #4/2016
В.Лысенко
Керамика из нанопорошка оксида магния: создание и свойства
Просмотры: 5169
С помощью метода электроискрового спекания на основе наноразмерного порошка оксида магния создана плотная и прочная керамика с микротвердостью до 13 ГПа.

DOI:10.22184/1993-8578.2016.66.4.94.97
Одним из направлений нанотехнологий являет­ся создание керамики из наноразмерных порошков, в которой удается сохранить очень малые размеры зерна. Известно, что чем меньше размер зерен и чем сильнее развита зернистая структура, тем прочнее и тверже керамика. Вместе с тем, в нанопорошках, используемых для получения керамики, существуют устойчивые трудноразрушаемые агломераты наночастиц [1], что требует применения нестандартных методов компактирования, например, метода горячего прессования.

Современное состояние исследований создания нанокерамики из различных нанопорошков достаточно полно отображено в работах [2–4] и других, в том числе автора [5–17]. На очередном этапе целесообразно исследовать керамику из нанопорошка оксида магния.

Оксид магния применяется в производстве высококачественной керамики в качестве добавки в химическое сырье, для создания огнеупорных волокон и огнеупорных материалов, в производстве бумаги, в качестве присадки к топливу, в производстве фунгицидов, в электронике и оптике, для очистки нефтепродуктов, в медицине и фармацевтике, в качестве наполнителя в производстве резины, как очень мелкий абразив для очистки поверхностей (в частности, в электронной промышленности), в качестве защитного покрытия для плазменных дисплеев. Целью настоящей работы было создание из нанодисперсного порошка оксида магния плотной и твердой керамики с помощью метода SPS.

Экспериментальные условия

В исследовании использовался нанопорошок оксида магния MgO производства российской фирмы "ПлазмоТерм" (порошки синтезируются в потоке термической плазмы, генерируемой в электрическом разряде). На рис.1 приведена электронная микроскопия этого нанопорошка.

Средний размер частиц исходного полидисперсного порошка составлял d = 25 нм, а удельная поверхность была S = 60 м2/г. Функция распределения частиц по размерам близка к логарифмически нормальной. Другие свойства порошка: CAS номер 1309-48-4; чистота 99,6%; белый цвет; сферическая форма частиц; взрыво- и пожаробезопасность.

Спекание порошка проводилось на установке Labox компании Sinter Land (Япония) в Институте гидродинамики им. М.А.Лаврентьева СО РАН методом SPS (горячее прессование с использованием спекающей искровой плазмы), когда импульсы электрического тока проходят через заранее спрессованный порошок. В данных экспериментах сила тока достигала 2 кА при напряжении 3–4 В. Основным отличием SPS от традиционного прессования (при последовательных прессовании и спекании) является подведение импульсного электрического тока непосредственно к образцу, что способствует быстрому нагреву порошка и сохранению в значительной степени его микроструктурных параметров в консолидированном материале. Прессование проводилось при максимальных температурах 1 500°С и 1 600°С и давлении 40 МПа. Скорость нагрева обычно составляла 100°С/мин, выдержки при максимальной температуре не было.

Микротвердость всех образцов керамики определялась с помощью микротвердомера ПМТ-3. На электронном сканирующем микроскопе ZEISS EVO-50WDS-XVP-BU в ИТПМ СО РАН исследовались сколы керамики после напыления на них слоя золота. Рентгенография полученной керамики проводилась с помощью дифрактометра HZG-4.

Результаты и выводы

Диаметр и толщина полученных образцов керамики составляли соответственно 10 мм и 1,2–1,5 мм, а плотность керамики – 2,9 г/см3.

Рентгенографическое исследование полученной керамики показало, что образец являет­ся периклазом (оксидом магния) MgO (87–651) с кубической структурой, пространственной группой Fm-3m (No. 225) и размером решетки a = 4,216 Å.

На рис.2 приведена сканирующая электронная микроскопия скола керамики при Тmax = 1 500°С. Видно, что размер зерен составляет порядка 10 мкм, и с помощью метода SPS создана плотная керамика. Полученная при Тmax = 1 600°С керамика имеет высокую микротвердость Hv = 12,4 ГПа.

Таким образом, с помощью метода электроискрового спекания на основе наноразмерного порошка оксида магния создана плотная и прочная керамика с микротвердостью до 13 ГПа.


Работа выполнена при поддержке СО РАН (проект III.23.4.1). Автор выражает благодарность А.Г.Анисимову, В.И.Мали, В.А.Емелькину, Г.А.Позднякову и Д.В.Корнееву за помощь в работе.

ЛИТЕРАТУРА

1.Анциферов В.Н., Перельман В.Е. Механика процессов прессования порошковых и композиционных материалов. – М., 2001. С. 175–202.
2.Физикохимия ультрадисперсных систем (ред. В.Ф.Петрунин). Тезисы V Всероссийской конференции, 9–13 октября 2000 г., Екатеринбург. – М.: МИФИ, 2000. 420 c.
3.Nanoparticles, Nanostructures & Nanocomposites, Topical meeting of the European Ceramics Society, July 5–7, 2004, St. Peterburg. Book of Abstracts // VVM. St. Peterburg, 2004, 216 p.
4.Nanostructures: Physics and Technology. Proceedings of 16th International Symposium, June 25–29, 2007, Novosibirsk // Ioffe Institute. St.Peterburg, 2007, 370 p.
5.Лысенко В.И. Керамика из нанопорошка оксида цинка. Получение, структура, свойства //
Наноиндустрия. 2013. № 1. С. 38–40.
6.Бардаханов С.П., Лысенко В.И., Номоев А.В., Труфанов Д.Ю. Создание керамики из нанопорошков диоксида кремния // Физика и химия стекла. 2008. Т. 34. № 4. С. 665–667.
7.Бардаханов С.П., Лысенко В.И., Малов А.Н., Маслов Н.А., Номоев А.В. Структура и свойства керамики на основе нанодисперсных порошков оксида гадолиния и оксида иттрия // Физическая мезомеханика. 2008. Т. 11. № 5. С.111–114.
8.Бардаханов С.П., Лысенко В.И., Номоев А.В., Труфанов Д.Ю., Фокин А.В. Получение керамики из нанопорошка закиси меди и ее свойства // Вопросы материаловедения. 2010. № 3(63). С. 82–85.
9.Бардаханов С.П., Ким А.В., Лысенко В.И., Номоев А.В., Труфанов Д.Ю., Буянтуев М.Д., Базарова Д.Ж. Свойства керамики, полученной из нанодисперсных порошков // Неорганические материалы. 2009. Т. 45. № 3. С. 379–384.
10.Бардаханов С.П., Ким А.В., Лысенко В.И., Маслов Н.А., Номоев А.В., Рожин И.А., Труфанов Д.Ю. Структура и свойства нанокерамики на основе порошка оксида алюминия // Наноиндустрия. 2009. Т. 14. № 2. С. 22–25.
11.Бардаханов С.П., Емелькин В.А., Лысенко В.И., Номоев А.В., Труфанов Д.Ю. Получение и свойства керамики из нанопорошка диоксида циркония // Физика и химия стекла. 2009. Т. 35. № 5. С. 710–714.
12.Лысенко В.И., Анисимов А.Г, Мали В.И., Емелькин В.А. Микротвердость керамики на основе различных нанопорошков оксида алюминия, полученной разными методами // Неорганические материалы. 2014. Т. 50. № 5. С. 577–580.
13.Лысенко В.И., Анисимов А.Г., Мали В.И. Микротвердость керамики из нанопорошков оксидов, полученной традиционным и SPS методами // Стекло и керамика. 2014. № 12. С. 15–17.
14.Лысенко В.И. Керамика из нанопорошка диоксида олова: создание и свойства // Наноиндустрия. 2015. № 4. С. 68–71.
15.Lysenko V.I. Different-oxides nanoceramics microhardness // Proceedings of the International Conference on Nanoscience and Nanotechnology (ICNSN-2014), August 12–13, 2014, Colombo, Sri Lanka, Colombo: TIIKM, p. 20.
16.Lysenko V. Different-oxides nanoceramics microhardness // International Journal of Nanoscience, 2014, v. 13, No. 4, pp. 1440003-1, 1440003-6.
17.Lysenko V. Microhardness of different-oxides nanoceramics // World Congress and Expo on Nanotechnology and Materials Science, April 13–15, 2015, Dubai, UAE. Madhapur: Scientific Future Group, 2015, p. 241.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art