Статья

Название статьи ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА НАНОКОМПОЗИТОВ Al2O3+хFe
Автор О.В. Карбань, Е.И. Саламатов, Г.Н. Коныгин, О.Ю. Гончаров, Ф.З. Гильмутдинов
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 10, 2016
Индекс УДК 546.621/623:17
DOI 10.18522/2311-3103-2016-10-4052
Аннотация Использование метода компактирования порошковых материалов для синтеза термокристаллов позволяет контролировать процесс формирования структуры, размер зерен и пористости и реализовать требуемую структуру материала, формирующую щель в фононном спектре. Предложен новый метод создания термокристаллов на основе композитов Al2O3+хFe, позволяющий сохранять нанодисперсную структуру материала при отсутствии шпинельной фазы в интерфейсных областях. Процесс, включает механоактивацию смеси порошков оксида алюминия и предварительно механосинтезированного нанокристаллического карбида железа с последующим компактированием и спеканием. Разложение цементита с последующим восстановление железа и формированием металлических частиц в керамической матрице при спекание ингибирует процесс образования шпинельной фазы. На основании механоактивации смеси оксида алюминия и нанокристаллического Fe3C получены гомогенные порошки. Гомогенная структура порошков, сформировавшихся в процессе механоактивации способствует консолидации как металлических зерен, так и керамических. Финишная структура и фазовый состав композитов определяются методом компактирования. Использование методов магнито-импульсного прессования (МИП) и одноосного сухого прессования с одновременным ультразвуковым воздействием (УЗ) позволило получить компакты с относительной плотность 0.5–0.65 и не привело к изменению фазового состава компактов. Состав и размер металлических частиц определяется методом и условиями компактирования. Для МИП-образцов при спекании происходит разложение цементита с последующим восстановлением железа и формированием металлических частиц -железа в керамической матрице, а для УЗ-образцов формируются частицы неупорядоченного твердого раствора Fe-Al. Показано, что в отличие от спекания системы Al2O3+хFe, при содержании Fe3C более 5% в исходной механической смеси порошков шпинельная фаза при спекании не образуется.

Скачать в PDF

Ключевые слова Термокристаллы; композиты Al2O3+хFe; нанокерамика.
Библиографический список 1. Maldovan M. Thermal Energy Transport Model for Micro-toNanograin Polycrystalline Semi-conductors // Journal of Applied Physics. – 2011. – Vol. 110. – P. 114310.
2. Maldovan M. Thermal Conductivity of Semiconductor Nanowires from Micro-to-Nano Length Scales // Journal of Applied Physics. – 2012. – Vol. 111. – P. 024311.
3. Maldovan M. Narrow Low-Frequency Spectrum and Heat Management by Thermocrystals // Phys. Rev. Lett. – 2013. – Vol. 110. – P.025902.
4. Ivanov V.V. [et al.] Resonant scattering of nonequilibrium phonons (λph = 10–50 nm) in nanostructured ceramics based on YSZ + Al2O3 composites // JETP. – 2008. – Vol. 106.
– P. 288-295.
5. Salamatov E.I., Khazanov E.N., Taranov A.V. Phononic band gap structures based on com-pacted nanoceramics // Journal of Applied Physics. – 2013. – Vol. 114. – P. 154305.
6. Карбань О.В. [и др.]. Исследование особенностей кинетики тепловых фононов и струк-туры нанодисперсных железосодержащих керметов на основе корунда в области He-температур // Журнал экспериментальной и теоретической физики. – 2009. – Т. 135,
№ 4. – Р. 758-765.
7. Абрамович А.А. [и др.]. Влияние структуры на теплопроводность нанокомпозита Al2O3 +Fe // Физика и химия стекла. – 2005. – Т. 31, № 4. – С. 764-767.
8. Guichard J.L., Tillement O., Mocellin A. Preparation and characterization of alumina-iron cermets by hot-pressing of nanocomposite powder // Journal of Materials Science. – 1997.
– Vol. 32. – P. 4513-4521.
9. Schicker S. [et al.]. Microstructure and Mechanical Properties of Al-assisted Sintered Fe/Al2O3 Cermets // J. Eur. Ceram. Soc. – 1999. – Vol. 19. – P. 2455-2463R.
10. Nagel R., Balogh A.G. On the behavior of enhanced mixing in metal/ceramic interfaces // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2001. – Vol. 175-177. – P. 398-402.
11. Гончаров О.Ю., Карбань О.В., Немцова О.М., Ильин И.А. Анализ процесса формирования нанокомпозитов Al2O3 + Fe //Физика и химия стекла. – 2009. – Т. 35, № 2. – С. 210-218.
12. Воробьев Ю.П. Дефекты лазерных кристаллов и магнитной керамики. – Екатеринбург: УрО РАН, 2006. – 594 c.
13. Иванов В.В. [и др.]. Эффективность динамического метода уплотнения наноразмерных порошков // Материаловедение. – 1997. – № 5. – С. 49-55.
14. Khasanov O.L., Dvilis E.S. Net-shaping nanopowders with powerful ultrasonic action and methods of the density distribution control // Advances in Applied Ceramics. – 2008.
– Vol. 107, No. 3. – P. 135-141.
15. Ватолин Н.А., Моисеев Г.К., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование в высоко-температурных неорганических системах. – М.: Металлургия, 1994. – 352 c.
16. Карбань О.В. [и др.]. Структура и теплофизические свойства керметов (Al2O3 +xFe) // Сборник научных трудов VII Всероссийской конференции «Физикохимия ультрадис-персных (нано-) систем». – М.: МИФИ, 2006. – С. 178-182.
17. Чесноков В.В., Буянов Р.А. Образование углеродных нитей при каталитическом разло-жении углеводородов на металлах подгруппы железа и их сплавах // Успехи химии.
– 2000. – Т. 69, № 7. – C. 675-692.
18. Strohmeier B.R., Leyden D.E., Field R.S. Hercules D.M.Surface spectroscopic characterization of Cu/Al2O3 catalysts // Journal of Catalysis. – 1985. – Vol. 94. – P. 514-530.
19. Lindsa J.R. [et al.]. X-ray Photoelectron Spectra of Aluminum Oxides: Structural Effects on the “Chemical Shift” // Applied Spectroscopy. – 1973. – Vol. 27, I.1. – P. 1-5.
20. Mani B., Sitakara V. Rao, Maiti H.S. X-ray and electrical conductivity studies on iron-aluminium mixed oxides // J. of Mater. Sci. – 1980. – Vol. 15. – P. 925-930.
21. Williams G., Coles G.S.V., Ferkel H., Riehmann W. The use of nano-crystalline oxides as gas sensing materials // Inter.Confer. on Solid-State Sensors and Actuators, Cchcago, June 16-19. – 1997. – P. 551-554.
22. Karban O.V., Ivanov S.N., Kazanov E.N., Salamatov E.I. Effect of sintering condition on the grain size and phase composition distributions of titanium dioxide nanoceramics // Physics of Low-Dimensional Structure. – 2004. – No. 1/2. – P. 25-34.
23. Иванов В.В. [и др.]. Особенности синтеза керамик на основе -оксида алюминия с суб-микронной структурой, легированного магнием и титаном // Неорганические материалы. – 2001. – Т. 37, № 2. – С. 248-256.
24. Карбань О.В. [и др.]. АСМ-исследование нанокерамике Al2O3 спеченных при различных температурах // Физикохимия ультрадисперсных систем: Сборник научных трудов 5-й Всероссийской конференции. Ч. II. – Екатеринбург: УрО РАН, 2001. – C. 128-132.
25. Gaffet E. [et al.]. Some Recent Developments in Mechanical Activation and Mechanosynthesis // J. Mater. Chem. – 1999. – Vol. 9. – P. 305-314.
26. Karban O.V. [et al.]. Effect of ultrasonic vibration on the structure and composition of the interface regions in Ba–W–Ti–O ceramics // Ceramics International. – 2013. – Vol. 39.
– P. 497-502.

Comments are closed.