Статья

Название статьи НАНОСТРУКТУРНЫЕ ПОРОШКИ КОМПОЗИТОВ AL2O3+хFe ДЛЯ СИНТЕЗА ТЕРМОКРИСТАЛЛОВ
Автор О.В. Карбань, Е.И. Саламатов
Рубрика РАЗДЕЛ III. НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 04, 2017
Индекс УДК 546.621/623:17
DOI
Аннотация Предложен новый метод приготовления порошков металлокомпозитов Al2O3+хFe, позволяющий при последующей термообработке реализовать требуемую структуру материала, формирующую щель в фононном спектре. Метод включает механоактивацию смеси оксида алюминия и предварительно переведенного в наноструктурное состояние карбонильного железа. Процесс изменения структуры и фазового состава смеси порошков оксида алюминия и нанокристаллического железа при механоактивации останавливается на первом этапе: диспергирование частиц и образование слоистой ламинарной структуры, которая образована наноразмерными зернами альфа-Fe, разделенными областями оксидной фазы толщиной менее 2 нм. Размер частиц порошка составляет 50–200 нм и не зависит от содержания железа в навеске. По данным рентгеновской дифракции и мëссбауэровской спектроскопии химическое взаимодействие между оксидом алюминия и железом при механообработке в течение 40 минут не происходит. Средний размер кристаллитов железа, составляет около 10 нм. Зерна металлической фазы находятся под слоем Al[2]O[3], что способствует сохранению их фазового состояния и ингибирует металлическую фазу от окисления на воздухе при нагреве. На поверхности частиц кроме атомов алюминия, присутствует кислород и углерод, входящий в состав адсорбированных углеводородов. Для образцов механической смеси оксида алюминия и карбонильного железа, не подвергавшегося предварительному переводу в наноструктурное состояние, после 40 минут воздействия средний размер частиц мехноактивированной смеси 13.6 мкм без формирования наноструктурного состояния. Использование метода магнито-импульсного прессования для компактирования не приводит к структурно-фазовым изменениям в компактах по сравнению с механической смесью порошков. Спекание при температуре 1300 С приводит к формированию -фазы корунда и шпинельной фазы FeAl2O4. Размер кристаллитов Al2O3 составляет 50–140 нм и не монотонно зависит от содержания железа, размер частиц железа 40–100 нм. Содержание шпинельной фазы не превышает 3 вес.% и практически не зависит от содержания Fe в исходном порошке. Формирование на поверхности частиц шпинели вследствие взаимодействия с адсорбированным кислородом, являющейся барьерным слоем, тормозит дальнейшее окисление металлических включений. Показано, что введение металлической фазы приводит к понижению теппературопроводности и теплопроводности термокристаллов, что может быть связано, не только с размерными эффектами, но и со свойствами интерфесных областей.

Скачать в PDF

Ключевые слова Термокристаллы; композиты Al2O3+Fe; механоактивация, 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. – Т. 114. – C. 154305.
6. Wei D., Dave R., Pfeffer R. Mixing and characterization of nanosized powder: As assessment of different techniques // J. of Nanoparticle Research. – 2002. – Vol. 4. – P. 21-41.
7. Seleman M.M., El.-Sajed, Xudong S. et.al. Properties of hotpressed Al2O3 –Fe composites // J. Mater. Sci. and Technol. – 2001. – Vol. 17, No. 5. – P. 538-542.
8. Osso D. [еt. al.]. Alumina-alloy nanocomposite powders by mechanosynthesis // Journal of Materials Science. – 1998. – Vol. 33, No. 12. – P. 3109-3119.
9. Елсуков Е.П. [и др.]. Твердофазные реакции в системе Fe(68)Ge(32) при механическом сплавлении // ФММ. – 2003. – Т. 95, № 2. – С. 60-65.
10. Абрамович А.А., Карбань О.В., Иванов В.В., Саламатов Е.И. Влияние структуры на теплопроводность нанокомпозита Al2O3 +Fe // Физика и химия стекла. – 2005. – Т. 31, № 4. – С. 764-767.
11. Перевозчиков C.М., Загребин Л.Д. Автоматизированная система измерений теплофизических параметров металлов и сплавов // ПТЭ. – 1998. – № 3. – С. 155-158.
12. Bansal C. Metal-to-ceramic bonding in (Al2O3 +Fe) cermet studied by Mössbauer spectroscopy // Bull. Mater. Sci. – 1984. – Vol. 6, No. 1. – P. 13-16.
13. Mishra S.R. [et. al.]. Magnetic properties of iron nitride-alumina nanocomposite materials preparated by higt-energy ball milling // The European Physical Journal D. – 2003. – Vol. 24. – P. 93-96.
14. Coquay P. [et. al.]. From ceramic-matrix nanocomposites to the synthesis of carbon nanotubes // Hyperfine Interactions. – 2000. – Vol. 130. – P. 275-299.
15. 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.
16. Lindsa J.R. X-ray Photoelectron Spectra of Aluminum Oxides: Structural Effects on the “Chemical Shift” // Applied Spectroscopy. – 1973. – Vol. 27, Issue 1. – P. 1-5.
17. Mani B., Sitakara Rao V., Maiti H.S. X-ray and electrical conductivity studies on iron-aluminium mixed oxides // J.of Mater. Sci. – 1980. – Vol. 15. – P. 925-930.
18. 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.
19. Djuričić B. [et.al.]. Preparatio and properties of alumina-ceria nano-nano composites // J. of. Materials Science. – 1999. – Vol. 34. – P.1911-1919.
20. Sankara Raman S. [et. al.] Photoacoustic study of the effect of degassing temperature on thermal diffusivity of hydroxyl loaded alumina // Appl. Phys. Lett. – 1995. – Vol. 67, No. 20. – P. 2939-2941.
21. Cao X.Q., Vassen R., Stoever D. Ceramic materials for thermal barrier coating // Journal of the European Ceramic Society. – 2004. – Vol. 24, No. 1. – P. 1-10.
22. Liu D.V., Tuan W.Y. Microstructure and thermal conduction properties of Al2O3-Ag composites // Acta Mater. –1996. – Vol. 44, No. 2. – P. 813-818.
23. Liu D.-M., Tuan W.H., Chiu Ch.-Ch. Thermal diffusivity, heat capacity and thermal conductivity in Al2O3-Ni composite // Mater. Science and Enginreering B. – 1995. – Vol. 31. – P. 287-291.
24. Берман Р. Теплопроводность твердых тел. – М.: Мир, 1979. – 286 c.

Comments are closed.