Спеченные цветные металлы.

Спеченный титан и его сплавы используют в виде полуфабрикатов (лист, трубы, пруток). Титановый каркас пропитывают магнием. Такие материалы хорошо обрабатываются давлением.

Широко используются материалы на основе меди, например, изготавливают бронзо – графитные шестерни. Свойства спеченных латуней выше, чем литых, из-за большей однородности химического состава и отсутствия посторонних включений.

Спеченные алюминиевые сплавы используют для изготовления поршней тяжело нагруженных двигателей внутреннего сгорания и других изделий, длительное время работающих при повышенных температурах, благодаря их повышенной жаропрочности и коррозионной стойкости.

Керамикометаллические материалы (керметы) содержат более 50 % керамической фазы. В качестве керамической фазы используют тугоплавкие бориды, карбиды, оксиды и нитриды, в качестве металлической фазы – кобальт, никель, тугоплавкие металлы, стали.

Керметы отличаются высокими жаростойкостью, износостойкостью, твердостью, прочностью. Они используются для изготовления деталей конструкций, работающих в агрессивных средах при высоких температурах (например, лопаток турбин, чехлов термопар). Частным случаем керметов являются твердые сплавы.

Лекция. Наноструктурные материалы. Классификация наноматериалов.

Наноструктурныематериалы (наноматериалы) – кристаллические материалы со средним размером зерен или других структурных единиц менее 100 нм и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками.

Они состоят из наночастиц, которые представляют собой наноразмерные комплексы определенным образом взаимосвязанных атомов или молекул.

К ним относятся:

1.Фуллерены- молекулярные соединения, представляющие аллотропическую форму углерода (аллотропия – существование одного и того же элемента в виде различных по свойствам и строению структур). Такая молекула состоит из 60 атомов углерода, расположенных на сфере с диаметром приблизительно 1 нм и напоминает футбольный мяч. Атомы углерода образуют 12 правильных пятиугольников и 20 правильных шестиугольников. Молекула названа в честь архитектора Р. Фуллера, построившего дом из пятиугольников и шестиугольников.

молекула С₆₀ молекула С₇₀

Главная особенность этих молекул - это их каркасная форма: они выглядят как замкнутые, пустые внутри "оболочки". Самая знаменитая из углеродных каркасных структур - это фуллерен C₆₀ (в виде футбольного мяча), а также молекула С₇₀ ( в виде мяча регби).

2.Нанотрубки углеродные - цилиндрические молекулы с гигантским числом атомов углерода.

Они представляют собой графитовые сетки, свёрнутые в трубки, и могут быть открытыми и закрытыми, одностенными, двустенными и многостенными. На поверхности трубки атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников, являющихся ячейками в плоском графитовом листе. На концах закрытых нанотрубок помимо шестиугольных ячеек, характерных для структуры графита, присутствуют пятиугольные ячейки.

Углеродные нанотрубки, фото которых представлены ниже, имеют необычную структуру. Они бывают разных форм и размеров: однослойные, двухслойные и многослойные, прямые и извилистые. Несмотря на то, что нанотрубки выглядят довольно хрупкими, они являются прочным и хорошо работают на растяжение и изгиб.

Однослойная нанотрубка

Двухслойная нанотрубка

Многослойная нанотрубка это несколько однослойных нанотубуленов, «одетых» одна на одну по принципу русской матрёшки

Методы получения нанотрубок. На сегодняшний день существуют следующие методы получения углеродных нанотрубок:

распыления, аблясация и осаждение из газовой фазы.

Распыление в дуговом разряде – получение в плазме электрического разряда, который происходит с применением гелия.

Аблясация –получение углеродных нанотрубок в результате испарения графита на нижней части реактора. Охлаждение и сбор их происходит при помощи охлаждающей поверхности.

Осаждение из газовой фазы– получение нанотрубок из паров углерода, полученных при взаимодействии углеродсодержащих газов (ацетилен, метан,этанол и аммиак) с катализатором виде мелких частиц металлов (кобальт, никель и др.) Данный способ получения нанотрубок является самым распространенным.

Углеродные нанотрубки применяются:

в качестве добавок к полимерам; катализатором для осветительных устройств, а также плоских дисплеев и трубок в телекоммуникационных сетях; в качестве поглотителя электромагнитных волн; для преобразования энергии; изготовления анодов в различных видах батареек; хранения водорода; изготовления датчиков и конденсаторов; производства композитов и усиления их структуры и свойств.

Функционализация углеродных нанотрубок сводится к наделению полимеров проводящими свойствами. Коэффициент теплопроводности нанотрубок достаточно высок, поэтому их можно использовать в качестве охлаждающего устройства для различного массивного оборудования.

Важнейшей отраслью применения являются компьютерные технологии. Благодаря нанотрубкам создаются особо плоские дисплеи.

3.Фуллери́ты— кристаллы, образованные молекулами фуллерена, имеющие гранецентрированную кубическую решётку со слабыми межмолекулярными связями.

Фуллерит является аллотропной модификацией углерода(C).

Крупнокристаллический порошок фуллерита C₆₀ в растровом электронном микроскопе

При нормальных условиях (300 К) молекулы фуллерена образуют гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую решётку. Период такой решётки составляет а = 1,417 нм, средний диаметр молекулы фуллерена С₆₀составляет 0,708 нм, расстояние между соседними молекулами С₆₀ равно 1,002 нм. Плотность фуллерита составляет 1,7 г/см³, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см³), и, тем более, алмаза (3,5 г/см³). Это связано с тем, что молекулы фуллерена, расположенные в узлах решётки фуллерита, полые.