НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Нанострукгурные твердые материалы

Б. X. Кир[48]

В настоящее время все большее внимание промышленников привлекают на - ноструктурные твердые материалы, поскольку за последнее десятилетие разра­ботан ряд нанокомпозитов на основе карбидов с металлами-связками (напри­мер, WC/Co и TiC/Fe), значительно превосходящих по прочности, ударной вязкости, износостойкости и т. д. аналогичные материалы с обычной, зерни­стой структурой. Превосходные характеристики наноструктурных материалов объясняются тем, что между частицами разных фаз (например, WC и Со) фор­мируются трехмерные контакты, в результате чего образуется структура, кото-

Рис. 7.2. Консолидированные наноструктурные твердые сплавы (фирма Nanodyne Inc.). Микросверла из нанокомпозита (вверху) и из обычного материала (внизу) по­сле эксплуатации в одинаковых условиях.

Рую топологи называют «непрерывной в двух направлениях». Обычно матери­алы типа WC/Co получают механическим перемешиванием соответствующих порошков с последующим холодным прессованием и спеканием. Наиболее сложным этапом этой технологии является механическое перемешивание уль­традисперсных порошков WC и Со. Степень однородности механического пе­ремешивания не позволяет получать в конечном спеченном продукте зерна размером меньше 300 нм, однако разработанные в последнее время новые хи­мические методы обеспечивают предварительное наноразмерное перемешива­ние порошков.

В качестве примера новой технологии можно привести уже внедренный в промышленное производство процесс, при котором однородный порошок - полуфабрикат изготовляется методом сушки при распылении смеси раство­ров солей вольфрама и кобальта, а затем подвергается термохимической пере­работке в псевдоожиженном слое (пиролиз, восстановление и науглерожива­ние) для превращения в конечный продукт — нанофазный порошок WC с кобальтовой связкой. Обычно размеры частиц WC составляют от 30 до 40 нм. Жидкофазное спекание таких частиц с введением небольшого количества ин­гибитора роста зерен (например, VC) позволяет избежать укрупнения зерен и получить нанокомпозитный продукт. Некоторые фирмы уже используют этот порошок для изготовления высококачественных металлообрабатывающих инструментов, в частности показанных на рис. 7.2 микросверл для обработки печатных плат (в этой отрасли быстрый износ сверл всегда представлял собой крупную технологическую проблему).

Кроме того, нанопорошки из керамики и керметов, уже выпускаемые в промышленном масштабе, могут использоваться в качестве исходного матери­ала для получения наноструктурных покрытий на различных деталях методом термического напыления. В настоящее время изучается возможность исполь­зования этих методов в военном судостроении. Проведенные исследования продемонстрировали высокую износостойкость и коррозионную стойкость та­ких покрытий в различных режимах эксплуатации (см. также разд. 7.5.5)[49].