Дисперсионно-упрочнённые материалы

Дисперсионно-упрочненные материалы (англ. dispersion-stregnthened materials) — композитные материалы, в связующий компонент которых (матрицу) включены армирующие элементы в виде специально вводимых частиц (примесных или дисперсных фаз). Оптимальным образом подобранным распределением включений достигается значительное повышение прочности такого материала по сравнению с материалом матрицы.

Описание

Дисперсионно-упрочненными называются материалы, сопротивление пластической деформации которых определяется торможением дислокаций на препятствиях в виде, как правило, наноразмерных частиц. Такие структуры получают различными способами — выделением наночастиц из пересыщенного твердого раствора (дисперсионно-твердеющие сплавы), методом порошковой металлургии, в том числе механическим легированием, методами внутреннего окисления и азотирования и др. Материал частицы выбирают из ряда наиболее стабильных соединений — оксидов, карбидов, нитридов и т.д.

Разновидности

Дисперсионно-упрочненные оксидами сплавы

Дисперсионно-упрочненные оксидами сплавы (en:Oxide dispersion-strengthened alloy (ODS)) используются при изготовлении работающих при высоких температурах лопаток турбин, трубок теплообменников, космических аппаратов и т.д. Чаще всего для этого используются ODS сплавы никеля[1]. В ядерной энергетике используются ODS стали, как менее подверженные разбуханию под действием радиоактивности [2]. ODS сплавы на основе платины используются в стекольной промышленности.

Преимущества и недостатки ODS сплавов

Преимущества:

  • Могут быть подвергнуты механической обработке и обработке давлением.
  • Образуют защитный окисный слой, который обладает свойствами "самозаживления".
  • Этот окисный слой устойчив и имеет высокий коэффициент эмиссии.
  • Могут использоваться в тонкостенных конструкциях (сандвич-панелях).
  • Низкие эксплуатационные расходы.
  • Низкая стоимость.

Недостатки:

  • Более высокий коэффициент температурного расширения, чем у других материалов.
  • Более высокая плотность.
  • Низкая максимально допустимая температура.

Дисперсионно-упрочненные полимерные композиты

Дисперсно-упрочненные полимерные композиты состоят из полимерной матрицы, в которой распределены частицы наполнителя размером от 0,01 до 0,1 мкм. В качестве полимерной матрицы в них используют эпоксидные смолы, полиметилметакрилат, полиэтиленгликоль, поливинилиденфторид, полиуретан, полистирол, поликарбонат, поликапролактон, полиакрилонитрил, полибутадиен, сополимеры и другие жидкокристаллические полимеры[3].

В качестве нанонаполнителей для дисперсно-упрочненных полимерных композитов применяют[3]:

  • нанотрубки;
  • фибриллы (многостенные нанотрубки с закрытыми концами);
  • фуллерены;
  • нанопластины (хлопья толщиной менее 5 нм). К нанопластинам, в частности, относятся наноглины - алюмосиликатные материалы с пластинчатой структурой толщиной менее 1 нм и относительной длиной от 300 до 1500 нм;
  • наночастицы и нанопорошки металлов и оксидов металлов.

Дисперсионно-упрочненные полимерные композиты имеют значительно более высокие модуль упругости и прочность, по сравнению с исходными полимерными материалами, при одновременном сохранении пластичности и отсутствии охрупчивания[3].

См. также

Примечания

  1. ↑ Optimization of High Temperature Hoop Creep Response in ODS-Fe3Al Tubes
  2. ↑ Воеводин В.Н., Шиляев Б.А., Куприянова Ю.Э. Анализ радиационного растворения дуо-частиц ферритомартенситных сталей // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники. - 2009 (18). - С. 202-207.
  3. ↑ 1 2 3 А.С.Кононенко. Наполнители для полимерных материалов // Сетевой Агрожурнал Московского государственного агроинженерного университета, 2012

Ссылки

Литература

  • Современные композиционные материалы, под ред. Л. Браутмана и Р. Крока, пер. с англ., М., 1970
  • Портной К. И., Туманов А. Т., Композиционные и дисперсно-упрочненные жаропрочные никелевые сплавы, в книге: Сборник научных докладов на совещании по проблеме: "Структура и свойства жаропрочных металлических материалов", М., 1970
  • Туманов А. Т., Портной К. И., Новые пути повышения жаропрочности никелевых сплавов, "Докл. АН СССР", 1971, т. 197, №1.

При написании этой статьи использовался материал из распространяющейся по лицензии Creative Commons BY-SA 3.0 Unported статьи:
Милейко Сергей Тихонович. материалы, дисперсионно-упрочненные // Словарь нанотехнологических терминов.