Разделы сайта

Читаемое

Обновления Nov-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 [ 79 ] 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

фита, находится в нем в форме химической адсорбции. Согласно [8], можно принять в качестве характерной величины адсорбции химически адсорбированных газов на графите (Oj, Щ, СО) приблизительно 10~б моль/м. Тогда, чтобы обеспечить величину удельной адсорбции на графите (в виде молекулярной пленки) близко к экспериментально измеренной, адсорбент должен иметь удельную площадь повермюсти не

менее

0,01

22,4 10

= 0,45 мVr. Такую удельную поверхность имекуг

материалы с невысокой степенью дисперсности (грубо-пористые), получение которых не требует применения каких-либо специальных технологий, применяемых, например, при получении катализаторов, активированных углей, аммоногелей и силикагелей. В этом смысле предположение о хемосорбированной форме сорбции газов, вьщеляющихся при вакуумной дегазации графита, представляется вполне естественным. Дополнительная информация о форме нахождения сорбированных газов в образцах исследуемого графита может быть получена в результате анализа данных по кинетике газовыделения.

Кинетика газовыделения из графита при последовательных изотермических отжигах

Формальная кинетическая теория процессов, характеризующихся некоторым распределением элементарных актов по энергиям активации [9], использовалась при рассмотрении кинетики затухания экзоэлектронной эмиссии [10]. Рассмотрим эту теорию применительно к обсуждаемому здесь процессу дегазации графита. Если принять, что плотность распределения адсорбированных частиц по энергиям активации следует экспоненциальному закону

N.=- = Ае-

(6.1)

где 8 - энергия активации; А и а - постоянные, то скорость процесса десорбции (убыль концентрации в образце за 1 с) равна:

(6.2)

где f{T) ~ функция, зависящая от температуры; В - постоянная, пропорциональная начальному заполнению поверхности частицами дасорбата. Интегрирование выражения (6.2) дает

Со-С = /{Т)В~

-aRT

(6.3)

1пАС = 1п-аЛПп/. ал у

(6.4)

Эта зависимость указывает на характерные качественные особенности кинетики процессов, отличающихся широким спектром значений энергии активации, такие как слабая зависимость наклона экспериментального фафика 1п(АС) - ln/ от температуры согласно (6.4), наклон этой прямой пропорционален температуре); некоторое уменьшение свободно-

го члена In по мере увеличения степени дегазации образца.

aRT J

Экспериментальные графики ln(AC) - 1пЬ>, построенные по данным табл. 6.11, приведены на рис. 6.24.

Как следует из рис. 6.24, наблюдаемая зависимость изменений концентраций газа от времени дегазации находится в хорошем согласии с уравнением (6.4). На это указывает удовлетворительное спрямление экспериментальных кинетических данных в координатах этого уравнения. Следует отметить, что отклонение точек от прямых на начальной стадии газовыделений связано с установлением квазистационарного режима в конце периода нагрева образца. Сравнение фафиков для сравнительно низких температур газовыделения (200...300 °С) и более высоких (500...700 °С) показывает, что решающим фактором, определяющим кинетику газовыделений из графита при всех изученных температурах, является наличие широкого спектра по энергиям активации процесса. В то же время, газовьщеления при низких и высоких температурах, по-ви-

-6,5 h

-7,5 h

-8,5

1п(ДС)

Рис. 6.24. Кинетика газовьщелении из графита при его последовательных изотермических отжигах:

♦ - 300 °С; - 500 °С; - 600 °С; * -700 °С


где Со и С - значения концентрации газа в образце в начале опыта и в момент времени t соответственно.

Обозначив Cq - С через АС и логарифмируя (6.3), получим



димому, относятся к существенно различающимся двум полосам спектра энергии активации.

Сравнение данных, относящихся к образцам графита в исходном состоянии (табл. 6.10), с данными табл. 6.12 показывают, что предварительный вакуумный отжиг образца с последующей обработкой в азоте приводит приблизительно к пятикратному снижению газосодержания, по сравнению с исходным состоянием. Согласно имеющимся данным [8], наиболее правдоподобным является предположение, что при обработке образца в азоте на его поверхности происходит адсорбция кислорода, которая неизбежно присутствует здесь в виде следов.

Результаты этого этапа работы можно обобщить следующим образом [11]. Установлено, что сорбционная емкость образцов графита более чем на порядок ниже, чем у керамики контейнера на основе 2г02-¥20з. Показано, что процесс дегазации графита протекает при хорошем согласии с механизмом, основанным на предположении об энергетической неоднородности адсорбированных центров. Экспериментально установлено, что предварительный вакуумный отжиг образца с последующей обработкой в азоте приводит приблизительно к пятикратному снижению газосодержания по сравнению с исходным состоянием.

Выполненные исследования позволили существенным образом продвинуться вперед в области получения сверхтвердых материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками. Достигнутый уровень свойств материалов дает возможность перейти к следующему этапу работ, включающему комплексные испытания полученных СТМ в инструментах, устройствах и приборах.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ

7.1. Многокомпонентные наноструктурные пленки

7.2. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения в инженерии поверхности




7.1. МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ НАНОСТРУКТУРНЫЕ ПЛЕНКИ

Инженерия поверхности (ИП) является одним из наиболее перспективных и бурно развивающихся направлений современного материаловедения [1], обслуживающим различные области науки и отрасли народного хозяйства - физику, химию, биологию, медицину, микроэлектронику, машиностроение, металлургию и т.д. ИП, как отдельное научно-техническое направление, включает в себя:

1. Комплекс оборудования и методов, обеспечивающих эффективное воздействие на поверхность материала с целью придания ей необходимых свойств.

2. Комплекс оборудования и методов, обеспечивающих нанесение многофункциональных покрытий: плазменных, ионно-плазменных, электронно-лучевых, ионно-лучевых, лазерных, гальванических, химических, химико-термических и газофазных.

3. Различные методы диагностики и прогнозирования как собственно модифицированного поверхностного слоя, так и объемных характеристик материала по состоянию его поверхности.

Наибольшее развитие в области ИП в последнее время получили следующие направления:

- новые высокопроизводительные технологические процессы нанесения покрьгтий, обеспечивающие значительное повышение эксплуатационных свойств изделий;

- нанесение покрытий на большие поверхности;

- разработка трибологических покрытий, позволяющих отказаться от традиционных смазок;

- металлизация пластиков, стекол и производство барьерных покрытий;

- экономически эффективные вакуумные системы нанесения покрытий;

- методы исследования поверхности и анализа состава покрытий;

- сертификация продукции и экологически чистые процессы. Большая научно-техническая перспектива связана с тем, что ИП дает

уникальные возможности улучшать физические и повышать эксплуатационные характеристики материала в несколько раз при относительно невысоких технологических затратах. Важность и актуальность практи-

ческого использования покрытий наглядно иллюстрируется хотя бы тем фактом, что в настоящее время за рубежом более 40 % всего режущего и обрабатывающего инструмента выпускается с защитными покрытиями. Широкие возможности для использования покрытий появляются в связи с быстрым развитием таких отраслей народного хозяйства, как авиационное машиностроение, биомедицина, магнитооптика, наноэлек-троника, магнетоэлектроника и др. Целый ряд ведущих международных научных журналов, таких как Thin Solid Films, Surface and Coatings Technology, Journal Vacuum Science and Technology, Surface Science and Applied Surface Science, практически полностью посвящены различным аспектам инженерии поверхности.

Первыми покрытиями, освоенными в промышленных масштабах, были карбид и нитрид титана. К середине 80-х гг. XX в. появились покрытия на основе Ti(C, N), к началу 90-х гг. - углеродные пленки, а к середине 90-х гг. - алмазные и многослойные покрытия. В последние годы все больший интерес вызывают многокомпонентные наноструктурные покрьггия, обладающие превосходными физико-механическими свойствами. К наноматериалам, по разным оценкам, относятся объекты с размером зерен менее 100 нм или менее 20 нм, хотя недавно бьши получены материалы с размером нанокристаллитов менее 1 нм [2]. Основные различия в поведении наноструктурных и обычных материалов связаны с тем, что в первом случае значительную роль играют поверхностные явления вследствие значительного увеличения объемной доли границ раздела. Это приводит к новым физическим явлениям и уникальным свойствам, присущим наномасштабу. Последние работы в области получения сверхтвердых (Н > 40 ГПа) и ультратвердых (Н > 70 ГПа) наноструктурных тонких пленок показали, что твердость материала может практически достигать твердости природного алмаза, если удается получить материал, состоящий из двух фазовых компонентов с размером зерен 2...5 нм и прочными энергиями связи на границах раздела. В комбинации с другими благоприятными характеристиками, такими как высокая прочность и упругость восстановления, эти материалы обладают комплексом уникальных характеристик. Поэтому нанотехнологию, наряду с вьиислительной техникой, телекоммуникацией, биотехнологией и альтернативными источниками энергии, по праву считают движущей силой развития прогресса в XXI в.

Алмазные покрытия вь1зывают интерес главным образом благодаря их высокой твердости; твердость алмаза зависит от его чистоты и составляет 70... 100 ГПа. Несмотря на определенный прогресс в осаждении



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 [ 79 ] 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка