Словарь нанотехнологий
Спекание нанокерамики

Спекание нанокерамики

Термин

спекание нанокерамики

Термин на английском

sintering of nanoceramics

Связанные термины

нанокерамика, поверхностная диффузия

Определение

Метод термической обработки нанопорошков или спрессованных из нанопорошков заготовок для получения беспористых или с минимальной пористостью компактных (консолидированных) материалов и изделий с минимальным средним размером зерна.

Описание

Для спекания нанопорошков и нанокерамики используют традиционные методы спекания и специализированные методы термообработки. Специфическая задача спекания нанокерамики - сохранение малого размера зерен и предотвращение их укрупнения во время спекания спрессованных образцов. Это возможно при высокой плотности прессовок (не менее 0.7 от теоретической плотности материала), когда спекание протекают достаточно быстро; при относительно низкой температуре спекания (не более половины температуры плавления материала); при сокращении продолжительности спекания.

Высокоплотные компактные наноматериалы получают горячим прессованием при высоком (до 10 ГПа и более) давлении. Например, порошок TiN со средним размером частиц 40 нм спекали при давлении 4 ГПа и температуре 1400-1500 K; в спеченном образце размер зерен не превышал 60 нм, а относительная плотность образца достигала 92-93 %.

При определенных условиях в магнитно-импульсном прессовании подбором параметров волны сжатия можно реализовать динамическое горячее прессование нанопорошка за счет его высокой поверхностной энергии. Применение импульсных давлений ведет к более высокой плотности образцов в сравнении со статическим прессованием благодаря быстрому движению порошковой среды, а краткость разогрева нанопорошка позволяет уменьшить его рекристаллизацию при высокой температуре и сохранить малый размер частиц.

Перспективно спекание керамических наноматериалов с помощью сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения (microwave radiation). Метод основан на сверхвысокочастотном нагреве спекаемого образца. Нагрев осуществляется излучением миллиметрового диапазона (диапазон частот от 24 до 84 ГГц). Объемное поглощение сверхвысокочастотной энергии обусловливает одновременный равномерный нагрев всего образца, поскольку скорость нагрева не ограничена теплопроводностью, как в традиционных методах спекания. Это позволяет получать спеченную керамику с однородной микроструктурой. Например, микроволновое спекание компактных образцов Al₂O₃, спрессованных из нанопорошка со средним размером частиц 26 нм и имевших относительную плотность 52 %, позволило получить образцы Al₂O₃ с плотностью 99 % и средним размером кристаллитов ~80 нм; температура спекания составляла 1770 K. Использование микроволнового спекания позволяет также создавать прочное соединение разных керамических наноматериалов.

Авторы

• Гусев Александр Иванович, д.ф.-м.н.

Ссылки

1. А. И. Гусев. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. Изд. 2-е, исправленное и дополненное. Москва: Наука-Физматлит, 2007. 416 с.
2. A. I. Gusev, A. A. Rempel. Nanocrystalline Materials. Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. 351 pp.

Разделы

Керамические методы (спекание, прессование, самораспространяющийся синтез и т.п.)

Технология