Механоактивация нанопорошков с целью повышения их содержания в модифицирующих прутках

Величина зазора между зондом и поверхностью объекта находится в пределах 1-10 нм. Оптическая разрешающая способность такого микроскопа определяется размером кончика зонда (апертурой) и составляет 20-30 нм.

Рис. 5. Схема NSOM

Рис. 6. ШОМ

Сканирование образца обеспечивается пьезоэлектрическим сканером полностью, аналогично устройству СТМ или АСМ. Наноустройства должны работать, т. е. меняться во времени. Наибольшая информация о функционировании наноустройства будет

получена при объединении возможности определения топографии образца с помощью СТМ или АСМ с возможностями регистрации временной динамики.

Для виртуального моделирования и испытаний нанотехнологических материалов и устройств Центром изучения нанотехнологий в Институте Нильса Бора Копенгагенского университета и компанией Atomistix A/S (Дания) создано программное обеспечение NanoLab (рис. 7). Оно основано на новых кван-тово-химических алгоритмах, имеет интуитивно понятный интерфейс и используется ведущими исследовательскими и промышленными учреждениями Японии и США [2].

Рис. 7. Виртуальное программное обеспечение NanoLab

Библиографические ссылки

1. Осадько И. С. Микроскоп ближнего поля как инструмент для исследования наночастиц // Успехи физических наук. 2010. Т. 180. № 1. С. 83-87.

2. Андрюшин Е. А. Сила нанотехнологий: наука & бизнес. М. : Фонд «Успехи физики», 2007. Т. 2.

G. V. Kochkina, L. V. Zverintseva Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

REVIEW OF RESEARCH NANO-OBJECTS

A review of studies of nano-objects — a scanning tunneling microscope, atomic force microscope, a scanning optical near-field microscope and a virtual simulation with the help of the Nanolab software.

© KoHKHHa r. B., 3BepHH^Ba H. B., 2011

УДК 669.14.018.28

Г. Г. Крушенко

Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

МЕХАНОАКТИВАЦИЯ НАНОПОРОШКОВ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ СОДЕРЖАНИЯ В МОДИФИЦИРУЮЩИХ ПРУТКАХ

В результате использования нанопорошков химических соединений, обработанных в планетарной мельнице, повышается их содержание в модифицирующих прутках.

Известен способ модифицирования сплавов путем введения в них нанопорошков (НП) тугоплавких химических соединений в объеме предварительно отпрессованного прутка из композиции, состоящей из частиц алюминия (гранулы, крупка,

сечка) и нанопорошка [1]. Однако содержание НП в таких прутках не превышает 2,7 масс. %, в связи с чем для введения в расплав требуемой дозы нанопорошков (до 0,05 масс. %) расходуется большое количество прутка.

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

С целью установления возможности повышения содержания НП в модифицирующих прутках и, как результат, уменьшения расхода прутков, была предпринята работа, результаты которой приведены ниже. При этом использовали НП нитрида титана (Т1№), полученного методом плазмохимического синтеза в связи с тем, что его применение в качестве модификатора в наибольшей степени позволило повысить механические свойства литых деталей сплава типа АЛ4М, работающих в экстремальных условиях [2]. В качестве основы композита применяли алюминиевую сечку, которая представляла собой фрагменты длиной 1-4 мм, полученные гильотинированием алюминиевой проволоки 0 2,0 мм, а также алюминиевый порошок с размером частиц 0,5-0,7 мм, полученный распылением. Средний размер частиц НП Т1М составлял 40 нм. Смешивали частицы алюминия и НП Т1М с помощью планетарной мельницы, в барабан которой загружали в качестве мелющих тел шарики 0 10 мм из нержавеющей стали.

На первой стадии техпроцесса с целью предотвращения попадания материала барабана и шариков в композиты, которые предстояло прессовать из композиции «сечка/алюминиевый порошок + НП Т1№>, на стенках барабана создавали гарнисаж из алюминия (оксида алюминия), который получали путем загрузки в него сечки и шариков в соотношении 1 : 15). Затем вводили в действие мельницу на 10 мин при скорости вращения 600 об/мин.

После остановки мельницы обработанную композицию удаляли из барабана и отбирали из нее шарики, а остатки сечки в дальнейшем не использовали. При этом осмотр поверхностей стенок мельницы и шариков показал, что они, как и предполагалось, оказались покрытыми слоем оксида алюминия толщиной в десятые доли мм.

Следует отметить, что оксид алюминия, присутствующий на частицах алюминия, обладает исключительно высокой твердостью - 22 ГПа [3] (по шкале Мооса - 9 [БСЭ]), с чем связана и его хрупкость. Поэтому в процессе работы мельницы в результате силового воздействия перемещающихся внутри стакана шариков оксидная пленка разрушается, и освобождающийся алюминий «намазывается» на поверхностях стакана и шариков, создавая защитный гарнисаж. Разрушение оксидной пленки на алюминиевом порошке в результате его обработки в шаровой мельнице было установлено и в работе [4].

На втором технологическом этапе в барабан мельницы, плакированный оксидом алюминия, загружали те же шарики (также плакированные оксидом алюминия) и композицию «сечка + НП Т1№> в различном их соотношении. Обрабатывали смесь в течение 10 мин при скорости вращения 600 об/мин.

Обработанную композицию прессовали в пруток разного диаметра при усилии прессования 20-23 т. При этом соотношение сечка : НП Т1М, составлявшее 40/44 : 1, было оптимальным по качеству прутка -чистота его поверхности оказалась сопоставимой с поверхностью прутков, отпрессованных из цельных

заготовок алюминия, а внутренний объем имел волокнистое строение. При этом содержание НП TiN в прутке составляло 2,4-2,5 %, что в среднем на 31 % больше, чем содержат прутки (1,8-1,9 % НП), изготовленные без смешивания частиц алюминия и НП TiN в планетарной мельнице.

По такой же технологии готовили следующую композицию: «алюминиевый порошок + НП TiN», из которой по описанной выше технологии прессовали прутки. При этом оптимальное соотношение этих компонентов оказалось равным 12 : 1, т. е. в прутке содержится НП TiN - 7,7 %, что в еще большей степени позволяет уменьшить массу вводимого в расплав прутка.

Увеличение содержания НП в прутках можно объяснить эффектом механоактивации [5]. Механоакти-вация является сложным процессом, ход которого можно регулировать, варьируя большое число управляющих параметров, влияющих на энергетические, температурные и деформационные характеристики. К управляющим параметрам при использовании планетарных мельниц относятся: скорость вращения водила (диска), материал и размеры мелющих тел; материал барабана; суммарная масса мелющих тел; отношение объемов обрабатываемого материала и мелющих тел.

Тест на эффективность модифицирующего воздействия прутков с повышенным содержанием НП (на примере TiN), отпрессованных как с алюминиевой сечкой, так и с алюминиевым порошком, проведенный при литье доэвтектических алюминиево-крем-ниевых сплавов АК7ч (Al +6,0-8,0 % Si + 0,2-0,4 % Mg), АК9ч (8,0-10,5 % Si + 0,17-0,3 % Mg + 0,2-0,5 % Mn) и АК12 (Al + 10,0-13 % Si + 0,01-0,5 % Mn), обладающих высокой чувствительностью к воздействию модификаторов, показал требуемую степень измельчения структуры, абсолютно идентичную структуре, полученной при модифицировании прутком с меньшим содержанием НП TiN, изготовленным с предварительным смешиванием композиции «алюминиевые гранулы + НП TiN». Это объясняется тем, что в обоих случаях вводили одинаковое количество НП TiN, но при уменьшенной массе прутков. Механические свойства сплавов, модифицированных теми и другими прутками, также практически не отличались.

Библиографические ссылки

1. Крушенко Г. Г. Применение нанопорошков химических соединений для улучшения качества металлоизделий // Технология машиностроения. 2002. № 3. С. 3-6.

2. Крушенко Г. Г. Модифицирование доэвтектиче-ского алюминиево-кремниевого сплава нанопорош-ком нитрида титана при литье сложнонагруженных деталей транспортного средства // Технология машиностроения. 2008. № 11. С. 5-7.

3. Properties of aluminium oxide coating on on aluminium alloy produced by micro-arc oxidation / Xin Shi-Gang, Song Li-Xin, Zhao Rong-Gen, Hu Xing-Fang // Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 199. Issues 2-3. P. 184-188.

4. Шеламов В. А., Литвинцев А. М. Физико-хими- 5. Болдырев В. В. Экспериментальные методы в ческие основы производства полуфабрикатов из спечен- механохимии твердых неорганических веществ. Но-ных алюминиевых порошков. М. : Металлургия, 1970. восибирск : Наука, 1983.

G. G. Krushenko

Institute Computational Modeling Russian Academy of Sciences, Siberian Branch,

Russia, Krasnoyarsk

THE MECHANOACTIVATION OF NANOPOWDERS FOR THE INCREASING ITS CONTENT IN THE MODIFICATING RODS

The content of nanopowders of chemical compounds in the modificating rods is increased as a result of use it worked up in planetary ball mills.

© Крушенко Г. Г., 2011

УДК 548.571

Ю. Ю. Логинов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск А. В. Мозжерин Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ В ОБЛУЧЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Методом просвечивающей и высокоразрешающей электронной микроскопии исследованы закономерности образования структурных дефектов в полупроводниках и полупроводниковых гетероструктурах, облученных электронами с подпороговой (100 кэВ) и надпороговой (400 кэВ) энергиями.

Особенности дефектообразования в облученных полупроводниках необходимо учитывать в процессах электронно-зондового анализа, ионного травления и использовать для разработки физических основ радиационной технологии получения новых материалов и приборных структур. Закономерности формирования структурных дефектов в кристаллах и эпитакси-альных пленках полупроводников могут быть использованы для совершенствования технологии получения материалов и структур электроники с заданными свойствами, решения задач управления типом, плотностью и пространственным распределением дефектов кристаллического строения, что важно для реализации предельных параметров устройств микроэлектроники.

В результате облучения полупроводников А2В6 электронами с энергиями 100 и 400 кэВ установлено, что степень нарушений, продуцируемых электронным облучением, уменьшается в последовательности:  ^е » CdS  CdTe  гпТе » CdHgTe » Мп^Те, что коррелирует с ростом энергии дефекта упаковки и снижением степени ионности связи (СИС).

В процессах дефектообразования в кристаллах А2В6, облученных ионами низких энергий и электронами с надпороговыми энергиями, наряду с упругими соударениями существен вклад и неупругих соударений. Эффективность образования дефектов при этом

аналогична эффективности дефектообразования в этих материалах, облученных электронами с подпоро-говыми энергиями.

При отжиге легированных кристаллов А2В6 в атмосфере, насыщенной атомами катиона, в них образуются колонии примесных преципитатов на ростовых дефектах, что сопровождается формированием междоузельных дислокационных петель, переползанием дислокаций, а также снижением интенсивности катодолюминесценции, фотолюминесценции и удельного сопротивления, что связывается с распадом ком -плексов типа «вакансия катиона-примесь», ответственных за формирование глубоких акцепторных уровней, компенсирующих действие донорных примесей. Образование преципитатов в полупроводниках А2В6 во многом аналогично формированию преципитатов в Si, при этом средние размеры преципитатов в полупроводниках уменьшаются с ростом величины энергии дефекта упаковки материала, что наблюдается при переходе от  г^е  CdTe  к Si.

Изучение закономерностей дефектообразования в эпитаксиальных пленках полупроводников А2В6 позволило подразделить все структурные дефекты на четыре основные группы в зависимости от причин их образования: связанных с