ПУБЛИКАЦИИ

"Нискотемпературно синтероване на електроексплозивни нанопрахове" Изв. Томска политехника. ун-та.-2006.-Т.309.-№4.

НИСКО ТЕМПЕРАТУРНО СИНТЕРИРАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЗРИВНИ НАНОПОРИ

М.И. Lerner, G.G. Савелиев *, Н.В. Сваровская, А.И. Гълънов *

Институт по физика на якостта и материалознание СО РАН, Томск

Методи за измерване на електропроводимостта и пропускащата електронна микроскопия на синтерования метален слой, че електроексплозивните прахове от цинкова среда се синтероват, за да образуват силни агрегати, съответстващи на компактни метали­риболов. Показани, че самозапичането е причината за ограничаването отдолу на размера на частиците на метални прахове, получено от мен­електрическа експлозия на проводници.

Естествено свойство на металните нано-прахове е повишената скорост на реакция.­свойство и по-специално способността да се агломерира. Това се дължи на голямата им специфична повърхност.­и евентуално наличието на излишна енергия [1-7]. Обикновено активността на праховете намалява поради образуването на повърхностни филми (оксиди, хидроксиди, карбиди, карбонати - образувани например поради окисляване на повърхността на­талус - и адсорбирани филми от въглеводороди и други вещества) [8-13]. Всичко това има страхотни знания.­използване във всички практически приложения на нанопраховете, по-специално по време на тяхното съхранение и транспорт­балансиране, уплътняване и под­прах, тъй като самозапичането може да ограничи­за да се намали тяхната дисперсия. В това отношение термичната стабилност на праховете се разбира като способността им да останат непроменени при нормални условия или при нагряване до определено­температура на замръзване. Основните фактори, влияещи върху тези характеристики, са:­вид метал, съставът на атмосферата, в която­прахът се съхранява и съхранява, време и температура­прах, самият метод за получаване на прах.

Най-простият и често срещан начин за стабилизиране­прахове, това е химическото им пасивиране­активен газ. На практика, като правило, пасивни­ния се извършва чрез бавно пълнене­кост със сух въздух на прах, като същевременно предпазва­Тези функции се изпълняват от образувания тънък филм от метален оксид. В съответствие с класическата концепция­[1, 11] и като се има предвид наличието на филми, процесът на синтероване може да бъде разделен на няколко основни­дий, идентифициран от дил­тометрия, електропроводимост, сканираща електронна микроскопия и програмирана термична десорбция [10-13]:

- разклатете уплътнението, без да преоразмерявате­канавка и формата на първоначалните частици, докато­увеличава се площта на контактите;

- образуване и удебеляване на провлаци поради дифузия на границите на зърното;

- образуване и разлагане на повърхностна соя­достойнство;

- топене на метални ядра и тяхното сливане (коалесценция).

Тези етапи в една или друга степен се проявяват­и може да бъде частично или напълно разделен при изучаване на синтероване в линеен (или друг програмиран) режим на нагряване.

Тази работа представя нови данни за изследването на синтероването на електроексплозивни (EE) нанопрахове на Zn и Cu. Използвани методи­предаваща електронна микроскопия и измерване­електрическата проводимост на металните слоеве. За опре­разделяне на причините, които контролират разпределението на частиците по минимален размер,­поставяне на получените данни с литературен.

Експериментална техника

Нанопраховете са получени в описана инсталация­ной по-рано [16], с енергийното съдържание E/E = 2.1. 2.2 (Е - електрически въведени в проводника­енергия, ЕС - метална сублимационна енергия) в аргонова атмосфера при налягане от 200 kPa; в някои­В някои експерименти към него се добавя кислород. Подредете­Инсталацията направи възможно охлаждането на работната зона до 268.273 К. Пасивирането на праховете се извършва чрез бавно пропускане на сух въздух.

Разпределението на размера на частиците беше определено­разделен чрез трансмисионна електронна микроскопия (инструмент JEM-100CXII). При проверка­в това проучване,­броят на частиците един спрямо друг. За това електронният лъч беше фокусиран върху подложка и върху­наблюдава изместването на частици, причинено от неговата деформация­ния. При приготвянето на проби от електроексплозивен цинков прах използвахме ултразвук­работна спиртна суспензия до 10 ml при честота 27 kHz и мощност на генератора 120 W.

Разпределение на размера на металните частици в устата­излива се чрез определяне размера на най-малко 3000 частици и изграждане на хистограми от тези данни. Определя се от средното число a (n), средна маса a (t) и средна повърхност като) размери на частиците. Електрическата проводимост беше измерена при постоянен ток при напрежение 12 V с използване­керамична измервателна клетка с платинени електроди. Разстоянието между електродите е 5 см. Размерът на слоя е 5х2х0,2 см, плътността на слоя е 0,2. 0,25 от плътността на компактния ме­талус. Измерването се извършва при нагряване на уплътнението­тънък слой меден и цинков прах в поток от аргон­на, с линейна скорост на повишаване на температурата­ry 20 град/мин в температурен диапазон 300.600 K.

Експериментални резултати и дискусия

Изследване на Zn прахове, получени в експеримента­max с охлаждане на работния газ, показа, че те съдържат отделни частици с блок­структура (фиг. 1), състояща се от блокове с размер­рами -10. 30 нм. Видяхме такава картина по-рано.­дава при получаване на алуминиеви прахове докато­работна температура на газа (аргон) 268. 293 K [14].

По време на анализа беше установено, че в получените цинкови прахове частиците образуват крехки агломерати, Фиг. 2.

Ултразвуковото третиране на алкохолна суспензия на цинков прах доведе до унищожаване на агломерата­стоки, показани на фиг. 2, и образуването на дисперсия­система за сън, Фиг. 3.

5 35 64 94 124 154 183 (а)

Среден диаметър, im

На фиг. 4 са показани данни за електрическото съпротивление на синтериран цинк и метални прахове­ди. Характерните температури на началото на синтероване за наноразмерни цинкови и медни прахове бяха съответно 293 и 373.394 К, съответно. Нещо повече, за меден прах има леко увеличение на устойчивостта на слоя в диапазона 333.363 К. Това, очевидно, се дължи на частично­окисление на повърхността на частиците с кислороден примес в аргон или с отделянето в този интер­температурния диапазон на слабо адсорбирания газ и в резултат на това „разклащането“ на метални частици и намаляването на междучастичните контакти [11, 12].

273 303 333 363 393 423 453

Температура, K

Според електронно-микроскопски данни­Според изследването, получените в аргон първични частици меден прах имат сферична форма със среден брой около 100 nm - Фиг. пет, и. По време на изучаването на оригиналния софтуер­беше установено, че при излагане на електричество­троновият лъч на микроскопа върху подложката и нейната деформация­Повечето частици се движат независимо. Прахът съдържа само малко количество­брой агрегати, което съответства на резултатите от седиментационния анализ [8]. Вземайки предвид данните за измерване на зависимостта на електрическата проводимост от­медни прахове, изследвана е структурата на медни прахове след нагряване до тази температура.

Среден диаметър, nm

Среден диаметър, nm

Тези данни показват, че е възможно синтероване на електроексплозивни прахове­но при температури значително под температурата­топене на компактен метал, а именно при TJT „Това синтероване започва с най-фината фракция, придружено от образуването на провлаци, които постепенно се уплътняват, свързвайки частиците в силен агрегат.

Това развитие на процеса може да бъде възпрепятствано от повърхностни филми. Например в [16] шоуто­но добавянето към работещия инертен газ е кисело­вид, което води до образуването на повърхностни оксидни филми, намалява размера на частиците­рошка. В произведения [10, 12, 13] по метода на електро­водно съдържание, е показано, че агломерирането на праховете е активно­метали (Ti, Zn, A1) в присъствието на следи­няма образуване в инертна атмосфера по същата причина.

Получените данни показват, че относително малък (в сравнение с темпера­експлозия) понижаване на температурата на работното

газ значително намалява температурата на синтероване­Рошков. В допълнение, структурата на отделни­частици (150.200 nm), които са представени под формата на силни и достатъчно плътни агрегати, състоящи се от първични наночастици (10.30 nm). Този резултат показва, че в ранния етап на електрическия взрив се образуват първични части­частици с размери около 10 nm, които се комбинират­се наблюдават при температури от порядъка на 300 К.

В тази връзка можем да кажем, че долната гра­фиността на праховете, получени според тях­ЕИО нология, ограничена поради самозапичане­ния. Всъщност температурата на газа извън зоната на експлозия обикновено е около 333 K, така че метали като Al, Zn, Sn трябва частично да агломерират, ако това не се предотврати от бързото образуване­образуване на повърхностни оксидни (или други) отлагания­нок.

2. Намаляване на температурата на работещия инертен газ, както и добавяне на кислород към него, когато е електрически­експлозивната експлозия на проводника води до ума­намаляване на размера на частиците, образувани от­рошка. И така, когато температурата падне с часове­Цинковите частици показват структура, която може да показва, че частиците са такива­талус са агрегати, състоящи се от първични частици с размер 10,30 nm.

3. От експерименти за измерване на електричество­данни за устойчивост и електронна микроскопия, следва, че синтероването на частици­талиев прах, дори пасивиран, е възможен при температури значително по-ниски (около 0,3 TJ), от температурата на топене­компактен метал. За металите имам­относително ниски температури на топене­(например Al, Zn, Sn), синтероване е възможно вече при температури близо до 300 К. Това е около­Цената ограничава размера на частиците отдолу при получаване на нанопрахове по метода на електрическа експлозия на проводник.

1. Гегузин Я.Е. Спечене на физика. - М.: Наука, 1984. - 312 с.

2. Андриевски Р.А. Наука за прахообразните материали. - М.: Аз­Талургия, 1991. - 205 с.

3. Скороход В.В., Солонин С.М. Физически и металургични оси­синтероването на прахове е ново. - М.: Металургия, 1984. - 159 с.

4. Buffat Ph., Borel J.P Ефект на размера на температурата на топене на златните частици // Phys. Преп. - 1976. - V. A13. - No 4. - С. 2287-2292.

5. Алимов М.И., Малтина Е.И., Степанов Й.Н. Модел на начален етап на ултрафино метално прахообразно синтероване // Nanostructured Mater. - 1994. -V. 4.-№6.-П. 737-742.

6. Алимов М. И., Семичев СВ. Влияние на оригиналния размер на чая­частици и размера на провлака за растежа му по време на синтероване сферични­частици // Физика и химия на обработката на материала. - 1999. - No 5. - С. 56-60.

7. Савелиев Г.Г. Механизмът за съхранение на енергия при приемането ми­талиеви прахове при електрическа експлозия на проводници // 4-ти научно-технически. конф. Сибирски химически комбинат: съб. доклади. Раздел 1. Производство на ултрафини­отломки от метали и метални оксиди. - 28-31 май 1996 г. - Se-versk, 1996 г. - S. 12-15.

8. научни трудове VI All-Ross. (Международна) конф. - М., 2003. - С. 265-269.

9. Савелиев Г.Г., Галанов А.И., Лернер М.И., Денисенко А.В., Джин-ли Д., Тепер Ф., Каледин Л. Кинетика на синтероване на електрони­експлозивни нанопрахове от метали с линейно нагряване // Физикохимия на ултрадисперсни (нано-) системи: Coll. научни трудове на VI изцяло руски. (Международна) конф. - М., 2003. - С. 349-352.

10. Галанов А.И., Савелиев Г.Г., Лернер М.И., Денисенко А.В., Джинли Д., Теппер Ф., Каледин Л. Изследване на синтероването на елек­експлозивни нанопрахове от метали по електрически методи­съдържание на вода и дилатометрия // Физикохимия на ултрадисперсни (нано-) системи: Coll. научни трудове на VI изцяло руски. (Международна) конф. - М., 2003. - С. 305-309.

11. Гегузин Я. Е. Защо и как празнотата изчезва. - М.: Наука, 1983. - 192 с.

12. Савелиев Г.Г., Гъланов А.И., Лернер М.И. и др. Спечене нано-
мерен електроексплозивен меден прах // Известия Vol.­
Политехнически университет „Ского“. - 2004. - Т. 307. - No 2. - С. 100-105.

13. Гълънов А.И., Савелиев Г.Г., Лернер М.И. и др. Характеристики на синтероване на електроексплозивни наноразмерни прахове.­жикохимични процеси в неорганични материали (FKhP-9): сб. доклад GC Int. конф. - Кемерово, 2004. -Т. 2. - S. 119-123.

14. Lerner M.I., Shamansky V.V. Образуване на наночастици при излагане на метален проводник на токов импулс с висока мощност // Journal of Structural Chemistry. - 2004. -Т. 45. - No 1. - С. 112-115.

15. Lerner M.I., Davydovich V.I. Силно разпръснато образование­фаза на заспиване при електрическа експлозия на проводници // Получе­разработване, свойства и приложение на енергийно богати ултради­персни прахове от метали и техните съединения: сб. теза. доклад Руски Conf. - Томск, 1993. - С. 23-34.

16. Лернер М.И. Управление на образователния процес­диспергирани частици в условията на електрическа експлозия на проводник­kov: Автореферат. дис. Кандидат технология науки. - Томск, 1988. - 15 с.

17. Троицки В.Н., Рахматулина А.З., Берестенко В.И., Гусев С.В. Температурата на началото на синтероване на ултрадисперсни прахове // Прахова металургия. - 1983. - No 1. - С. 13-15.