Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2009 номер 6

Методами рентгенографии, электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа изучены структура и морфология механокомпозитов из вольфрама с добавками меди, никеля или железа. Показаны возможности прессования плотных образцов из полученных механокомпозитов.

Предложен новый универсальный подход к получению многоуровневых нанокомпозитов с различной архитектурой, включая взаимопроникающие структуры и структуры "ядро - оболочка". Подход основан на осаждении заряженных аэрозолей с размерами частиц от 30 нм до 300 мкм с использованием электромасс-классификатора. Ввиду малого избыточного заряда частиц и больших дипольных моментов плотность покрытий после нанесения очень низкая. После фиксации пористого каркаса спеканием достигнута относительная плотность керамического покрытия, равная 0.04. Заполнение каркаса обеспечивает возможность получения широкой гаммы взаимопроникающих композитов. Использование механокомпозитов для создания аэрозолей позволяет получать многоуровневые композиционные материалы с заданной архитектурой.

In this work the experimental results of the investigation carried out on the use of micronized fly ash as pozzolanic material for production of cement mortars are presented. The milling of fly ash was carried out in planetary ball mill; the size distribution of micronized material was similar to silica fume, normally used to produce high strength conglomerates due to its very high specific surface. Micronized material was also beneficiated reducing the unburned fraction by means of triboelectrostatic separation. The mechanical strength tests of mortars were performed through the substitution of cement or sand (between 10 and 25 % in mass) with Micronized Fly Ash (MFA), Beneficiated Micronized Fly Ash (BMFA) and Silica Fume (SF), respectively. The water/cement ratio (w/c) was regulated to obtain equal workability of the mixtures (from 0.35 to 0.4). The best value of compression strength at 28 days (more than 100 MPa) is obtained with BMFA (in substitution of sand): this value is 34 and 10 % higher than reference mortar with Ordinary Portland Cement (OPC) and mortar with SF, respectively. On the basis of these results a chemico-physico-mechanical improvement of the fly ash was achieved making reutilisation of this by-product in high strength cement conglomerates feasible.

Alumina-zirconia nanocomposite powder with a particle size around 50 nm was synthesised by mechanochemical activation. Milled powders consisted of CaO and XRD amorphous aluminium and zirconium chloride phases. After annealing the milled powder at 360 ^oC displacement reactions occurred and ZrO₂ and Al₂O₃ nanoparticles were formed in a CaCl₂ matrix which was removed by washing. DTA, XRD and SEM analysis were applied to characterise the powders. The formation of cubic zirconia and α-alumina were observed at very low temperatures.

The austenitic stainless steel materials modified with nano-SiC powder were prepared under the production conditions by foundry method. The corrosion resistance for different amount of SiC added to stainless steel was investigated. The results showed that with the addition of nano-SiC powder, the resistance to chemical corrosion and electrochemical corrosion was markedly improved. The addition of nano-SiC powders can significantly enhance the intergranular corrosion of stainless steel, and the anti-intergranular corrosion of the stainless steel was the result shown both by the metallographic and the bending methods. With the addition of nano-SiC powder, the ferritic and chromium of the stainless steel reduce segregation, so nano-SiC powders can help effectively avoiding the two-phase chromium depleted zones and areas prone to localized corrosion, such as the emergence of the region.

Охарактеризованы три различных нанопорошка α-Al₂O₃ и изучено их поведение при сухом одноосном компактировании и спекании на воздухе без приложения внешнего давления. Получена 99 %-я плотная керамика при температуре спекания 1300 ^оС с размером зерна около 200 нм. Установлено, что для низкотемпературного спекания целесообразно использовать порошок, содержащий агрегаты, которые сохраняются при заполнении пресс-формы на начальном периоде подъема давления, но разрушаются на последующих стадиях компактирования. Показано, что при оптимальном методе формования становится возможным получение плотного керамического материала уже при 1150 ^oС с сохранением размера зерен на уровне 100 нм и менее.

Нанодисперсные порошки мета- и ортосиликата магния получены с помощью твердофазной обменной реакции хлорида магния с силикатом натрия (с использованием или без использования NaOH), которая протекает при механической активации. Формирование энстатита и форстерита происходит через рентгеноаморфное (или слабокристаллизованное) гидратированное соединение при последующей термической обработке. Проведено сравнение с известным методом получения этих силикатов при механической активации смесей гидроксида магния и силикагеля.

The influence of thickness of self-lined layer of processed substances on the parameters of mechanical activation is considered.
Theoretically, using quartz as an example, dependencies of impulses of pressure and temperature along the layer thickness are
calculated. It is shown that this parameter affects significantly the kinetics of mechanochemical processes.

Представлены возможности использования метода атомно-силовой микроскопии (АСМ) для изучения морфологических
особенностей и структурных параметров механохимически синтезированных сплавов и металлических цементов на их основе.
Отмечается, что при исследовании диффузионно-твердеющих сплавов, процесс структурообразования которых носит дли-
тельный характер, применение АСМ позволяет исследовать промежуточные состояния поверхности. Проведен сравнитель-
ный анализ данных атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии.

Исследованы макрокинетические характеристики процесса горения предварительно механически активированных реакционных смесей Cr-B и Cr-Ti-B. Установлено, что механоактивация оказывает существенное влияние на состав и структуру исходных смесей и, как следствие, на температуру и скорость горения механоактивированных смесей. Показано, что при температуре горения взаимодействие реагентов идет по твердофазному механизму. С помощью метода остановленных фронтов изучены механизмы образования фаз в волне горения. При увеличении содержания кислорода в шихте вследствие механоактивации возрастает роль газотранспортного переноса бора к поверхности металла, и лимитирующей стадией взаимодействия металла с бором становится реакционная диффузия. В продуктах горения шихты Cr-Ti-B методом рентгеноструктурного анализа установлено образование ранее неизвестных тройных соединений типа Cr₄Ti₉B и Ti₂CrB₂.

Изучено влияние механоактивации в аттриторе на структуру и реакционную способность порошковой шихты Fe-45 мас. % Al для самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) порошков на основе алюминидов железа. Установлено, что решающее влияние на смену механизмов фазообразования при СВС оказывает уровень микрогетерогенности реакционной шихты и формирование в механоактивированных порошковых смесях наноразмерных алюминидов железа В2-FeAl и/или Fe₂Al₅.

Методами рентгеновской дифракции, мессбауэровской и Оже-электронной спектроскопии, электронной и атомно-силовой микроскопии исследована последовательность структурно-фазовых превращений при механическом сплавлении (МС) и отжиге системы железо - титан - углерод, полученной из смесей различного состава: порошков чистых элементов Fe (70 ат. %), Ti (15 ат. %), графита (15 ат. %); порошков Fe (70 ат. %) и TiC (30 ат. %); порошков Fe (70 ат. %), Ti (15 ат. %) и толуола. Показано, что во всех случаях в результате МС формируются нанокомпозитные порошки со сложным фазовым составом - твердый раствор на основе Fe, рентгеноаморфная фаза на основе карбидов TiC и Fe₃C, карбид TiC. Отжиг приводит к кристаллизации аморфной фазы, распаду твердого раствора и формированию нанокомпозита Fe + TiC + Fe₃C. Дисперсность, количество и состав карбидных фаз зависят от условий МС. В случае смеси Fe, Ti и толуола путем варьирования временем МС можно получать двухфазную систему Fe + TiC с равномерным распределением нанокристаллических фаз по образцу.

Исследована возможность синтеза методом механохимии нанопорошков оксидов марганца и цинка для их использования в качестве модифицирующих добавок к полимерам. Процесс получения нанопорошка включает четыре стадии: дегидратацию исходной соли, обработку в планетарной мельнице, промывку методом декантации и сушку. В качестве исходной соли использовались хлориды марганца и цинка. Дегидратация проводилась при температуре, соответствующей удалению адсорбционной и кристаллизационной воды, которая определялась методом ТГА. Далее соль обрабатывали в планетарной мельнице в течение 2-3 ч в присутствии фазоразделителя (нитрита натрия NaNO₂). В процессе обработки происходили диспергация порошка и механохимическая реакция между исходным хлоридом и солевой матрицей NaNO₂. О моменте окончания реакции судили по изменению давления внутри реакционного объема с течением времени. Полученную в результате механохимической реакции смесь оксидов и водорастворимых солей подвергали отмывке центрифугированием и последующей сушке образовавшегося осадка. Полученные оксиды исследовали с помощью рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии, измерений удельной поверхности методом БЭТ, лазерного анализатора размеров частиц. Установлено, что предложенная методика позволяет получать оксидные частицы со средним размером 60-140 нм.

Рассмотрены особенности фазовых и структурных превращений, происходящих в порошках графитоподобного нитрида бора в результате обработки в аттриторе. Установлено, что аттриторная обработка приводит к увеличению удельной поверхности частиц нитрида бора более чем на порядок. C ростом времени механоактивации порошка происходит трансформация субструктуры BN от кристаллической к нанокристаллической и аморфной. Показано, что в нитриде бора протекают фазовые превращения с образованием ромбоэдрического BN, а также фаз высокого давления - вюрцитного и кубического BN - с размером частиц субмикронного диапазона. При превышении оптимальных интенсивности и продолжительности обработки наблюдается обратный переход кубического нитрида бора в графитоподобный (гексагональный) нитрид бора с рекристаллизацией последнего.

Методом сканирующей и высокоразрешающей электронной микроскопии исследованы зоны нормально-тангенциального индентирования (Н-ТИ) монокристаллов апатита, кварца и фторида лития. Обнаруженные текстурные, структурные и фазовые преобразования условно отнесены к "деформационным" и "диффузионным" процессам пластической деформации. В зонах Н-ТИ монокристаллов выявлены два уровня структурных преобразований, с резкой границей между ними при напряжении, равном теоретическому пределу прочности (σ_ТПП). В верхней зоне царапин в интервале напряжений от значений микротвердости H_ц до величины σ_ТПП вещество претерпевает глубокие структурные и фазовые изменения с образованием аморфного состояния, "паракристаллических", "жидкокристаллических" и "двумерных" наночастиц. Вещество в этой зоне царапин представляет собой модель механически активированного вещества. В ложе царапин при напряжении ниже значений σ_ТПП происходит фрагментация монокристаллов с образованием блоков и ступенек, моделирующая процесс измельчения. Предложена волновая модель преобразования подведенной механической энергии при индентировании с удельной мощностью, примерно равной 3 · 10¹¹ Дж/(м³ · с), что близко к уровню энергии связи атомов в активированной зоне Н-ТИ. В результате возбуждения химических связей в активированной зоне Н-ТИ происходят фазовые и структурные преобразования.