Príprava nanokryštalických práškových zmesí metódou dynamickej redukcie

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Príprava práškových zmesí matrica - sekundárna fáza (disperzoid) cestou dynamickej redukcie je založená na mletí východiskovej práškovej zmesi za tepla v attritore v atmosfére vodíka. Východisková prášková zmes je tvorená oxidom matricového kovu a sekundárnou fázou. Sekundárna fáza je inkorporovaná do matrice buď priamo, alebo je pripravená transformačným procesom „in situ" v prekurzore matricového kovu. V procese mletia prebieha redukcia oxidu matricového kovu vodíkom a vytvára sa nanokryštalická matrica s rovnomerne rozloženými časticami sekundárnej fázy.

Text

Pozerať všetko

ÚRAD (33) Krajina alebo regionálna PRIEMYSELNÉHO organizácia priorityVLASTNÍCTVA (40) Dátum zverejnenia prihlášky 3. l. 2005 SLOVENSKEJ REPUBLIKY(73) Majiteľ Ústav materiálového výskumu SAV, Košice, SK(22) Dátum podania prihlášky 4. 6. 2003(24) Dátum nadobudnutia účinkov patentu 2. 11. 2007 Vestník UPV SR č. 11/2007(32) Dátum podania prioritnej prihláškyVestník ÚPV SR č. 1/2005(47) Dátum sprístupnenie patentu verejnosti 8. 10. 2007(62) Číslo pôvodnej prihlášky v pripade vylúčenej prihlášky(sa) Číslo podania medzinárodnej prihlášky(87) Číslo zverejnenia medzinárodnej prihlášky(54) Názov Príprava nanokryštalických práškových zmesí metódou dynamickej redukciePríprava práškových zmesi matrica - sekundáma fáza (disperzoid) cestou dynamickej redukcie je založená na mletí východiskovej práškovej zmesi za tepla v attritore v atmosfére vodíka. Východisková prášková zmes je tvorená oxidom matricového kovu a sekundárnou fázou. Sekundáma fáza je inkorporovaná do matrice bud priamo, alebo je pripravená transformačným procesom in situ v prekurzore matricového kovu. V procese mletia prebieha redukcia oxidu matricového kovu vodikom a vytvára sa nanokryštalícká matrica s rovnomeme rozloženými časticami sekundámejVynález patrí do oblasti práškovej metalurgie (PM) a týka sa prípravy nanokryštalických disperzne spevnených práškových zmesi.Cieľom vynálezu je príprava práškových zmesí s nanokryštalickou matricou, v ktorej sú rovnomeme distribuované jemné častice sekundáme spevňujúcej fázy.Zjemnením mikroštruktúry materiálu k nanometrickým hodnotám (po platnosť Hall-Petchovho vzťahu) je možné získať výrazné zlepšenie pevnostných charakteristík. Východiskovými materiálmi pri príprave nanokryštalických systémov sú tuhé (mechanické mletie/legovanie,), kvapalné (rýchle tuhnutie,), alebo plynné látky (plazmové procesy,). Všetky tieto techniky prípravy sú založené na lazovej transformácii a zmene voľnej energie. Veľkost zrna, morfológia a textúra môže byt varíovaná vhodnou metódou prípravy. Syntézu väčších objemov nanokryštalických materiálov umožňujú mechanochemické procesy, t. j. mechanické mletie a mechanické legovanie.Teplotná stabilita nanokryštalických materiálov je jednou z najdôležitejších charakteristík, ktorá je zaujímavá z hľadiska základného výskumu, ako aj z hľadiska priemyselných aplikácií týchto materiálov. stabilizovať štruktúru materiálu až do teplôt blízkych teplote tavenia matrice je možné pomocou disperzného spevňovania. Inkorporácia vhodných sekundámych častíc, napr. M 203 TiC, alebo YZO do kovovej matrice s vysokou ťažnosťou (Al, Cu) je veľmi ťažká z dôvodu silného vzájomného zvárania práškových častíc matrice v procese mletia.Na prípravu systému Al - AI 4 C 3 bola vyvinutá metóda reakčného mletia, ktoré zabezpečí homogénnu distribúciu disperzoidu s nanometrickou veľkosťou v matrici. V prípade systému Al - AliCj sa disperzoid formuje čiastočne počas mletia chemickou reakciou medzi matricou a vhodným druhom uhlíka a predovšetkým v procese tepelného spracovania zmesi po mletí.Reakčnýnn mletím je možné pripraviť aj nanokompozitné systémy Cu matrica - oxid tak, že počas mletia prebieha reakcia CUHAX x 0 (l-x) Cu (nano) XAO(nano). Tento spôsob prípravy si však vyžaduje dlhé doby mletia.Podstatou vynálezu je originálny spôsob prípravy nanokryštalických práškových zmesí matrica - sekundáma fáza, umožňujúcil. ziskat matricu S veľkosťou kryštalitov 15 až 100 nm, V závislosti od doby redukcie, 2. zabezpečiť homogénnu distribúciu častíc sekundámcj fázy v matrici, 3. zabezpečiť vysokú teplotnú stabilitu matrice až do teplôt blízkych jej teplotu tavenia, 4. podstatné skrátenie doby prípravy v porovnaní so zmesami pripravenými statickou redukciou, t. j. redukciou v peci, resp. inými známymi spôsobmi prípravy, 5. eliminovať nárast teploty zmesi V dôsledku exotermickej reakcie prebiehajúccj V procese redukcie, 6. pripravovať väčšie množstvá (poloprevádzkové, resp. prevádzkové) práškov.Príprava práškových zmesi, ktore sú predmetom tohto vynálezu je nasledovná Prekurzorom matricového prášku je jeho vodikom redukovateľný oxid. K prekurzoru matrice sa buď priamo pridá požadované množstvo sekundámej fázy - disperzoidu, alebo sa tento vytvára transformačnou metódou in situ v prekurzore matrice. Výhodou prípravy disperzoidu in situ v prekurzore matrice je získanie veľmi jemných a homogénne distribuovaných sekundámych častíc. Sekundáme fázy môžu byt oxidy (A 503, MgO,Cu 0.Al 2 O 3, TiO 2, ) karbidy (Al 4 C 3, ), nitridy (TiN, ) atď., ktoré sa musia vyznačovať vysokou chemickou stabilitou, vysokým modulom pružnosti a inertnosťou proti matrici. Množstvo disperzoidu je neobmedzené a je podmienené požadovanými výslednýrni vlastnosťami materiálu. Daná prášková zmes sa homogenizuje mletím v attritore pri teplote zabezpečujúcej redukciu oxidu matrice vodíkom,čím dochádza v procese mletia súčasne k chemickej redukcii - dynamická redukcia. Redukcia oxidu matricového kom je exotermická reakcia (napr. zmena entalpie pri redukcii CuO na Cu AH°M 9 g - 86,6 klmoľl ) a uvoľnené teplo vedie k lokálnemu zvýšeniu teploty v systéme, čo vedie k rýchlemu hrubnutiu zárodkov tvoriacej sa matricovej fázy, a môže viest aj k ich spekaniu. Tento jav je pri príprave nanokryštalických materiálov nežiaduci. Výhodou metódy dynamickej redukcie je zabezpečenie odvodu tepla premiešavanim redukovanej zmesi v attritore. V procese mletia sa zároveň odkrývajú nové reakčné povrchy, čo veľmi urýchľuje priebeh samotnej redukcie v porovnani so statickou redukciou, kde rýchlosť difúzie vodíka je brzdená zväčšujúcou sa prereagovanou vrstvou. Mletím zmesi počas redukcie sa zabezpečí aj rovnomemá distribúcia častíc sekundárnej fázy v matrici. Výsledkom dynamickej redukcie je vytvorenie nanokryštalickej matrice, v ktorej sú homogénne rozložené častice disperzoidu. Častice sekundámej fázy bránia migràcii hraníc zŕn pri teplotnom namáhani. Napr. v práškovej zmesi Cu - 5 obj. AlzOj, pripravenej metódou dynamickej redukcie, bola priememá Veľkost kryštalitov matrice 50 nm. Zmes bola teplotne exponovaná na 600 °C a veľkosť kryštalitov matrice meraná in situ ostala prakticky nezmenená.l. Príprava práškovej zmesi Cu - 5 obj. A 120, (sekundáma fáza inkorporovanâ do prekurzora matrice fázovou transformačnou metódou in situ)l( 9,8 g práškového CuO, ktorý bol získaný žíhaním elektrolytickej medi s veľkosťou častíc pod 40 m pri teplote 700 °C počas 1 h a následným mletím v attritore pri 800 oL/min. počas 2 h, sa pridá 1,164 g Al(NO 3)3 . 9 HZO a vodný roztok amoniaku. Prehomogenizovaná zmes sa vysuší v sušičke pri 100 °C/30 min. a žíha pri teplote 400 °C počas 30 min., pričom Vzniká y A 120, Priemerná veľkost takto získaných častíc y A 120 je 10 nm. Prášková zmes CuO -y A 110 sa následne melie v attritore pri 800 ot./min. v redukčnej atmosfére vodíka počas 15 min. pri teplote 180 °C. Priememá veľkost kryštalitov Cu matrice je 50 nm.V priebehu mletia dochádza k redukcii CuO na Cu a vzniká zmes Cu - 5 obj. A 12 O 3 s veľkosťou kryštalitov Cu matrice pod 50 nm.2. Príprava práškovej zmesi Cu - 5 obj. A 110 (sekundáma fáza priamo inkorporovaná do prekurzora matrice)l( 9,8 g práškového CuO, získaného žíhaním elektrolytickej medi s veľkosťou častíc pod 40 m pri teplote 700 °C počas l h a následným mletím v attritore pri 800 ot./min.počas 2 h, sa pridá 0,158 g práškového A 120 s veľkosťou častíc 20 nm. Prášková zmes CuO -y A 120 sa následne melíe V attritore pri 800 oL/min. v redukčnej atmosfére vodíka počas 15 min. pri teplote 180 °C, pričom vzniká prášková zmes Cu - 5 obj. A 120 S veľkosťou kryštalítov Cu matrice pod 100 nm.Nanokryštalické práškové zmesi matrica-sekundáma fáza sú vhodné na výrobu kompaktných súčiastok, na ktoré sú kladené zvýšené požiadavky na pevnosť, alebo sú vystavené termomechanickému namáhaniu. Zvýšené pevnostné charakteristiky sa odvíjajú od jemnej štruktúry matrice a teplotná stabilita od prítomnosti sekundárnych častíc v matrici. Konkrétne využitie týchto materiálov je podmienené najmä typom matrice. Napr. materiál Cu - A 120 sa okrem zvýšenej pevnosti a vynikajúcej teplotnej stability štruktúry vyznačuje aj dobrou elektrickou vodivosťou, a preto môže nájsť konkrétne uplatnenie v elektrotechnickom alebo automobilovom pricmysle (elektródy pre bodové odporove zváranie, kontakty,).Príprava nanokryštalických práškových zmesí n-ramca sekundáma fáza metódou dynamickej redukcie, v y zuačuj úca sa tým, žekpráškovémuoxidu matricového kovu, ktorý je redukovateľný vodíkom sa pridajú bud priamo finálne legúry sekundárnej fázy, alebo sa tieto pripravia fázovou transfomiáciou in situ v prekurzore matrice a zmes sa následne melíe v attrítore v atmosfére vodíka pri teplote zabezpečujúcej redukciu prekurzora matrice.

MPK / Značky

MPK: B22F 9/16, C22C 1/04, B22F 9/00, C30B 29/00

Značky: redukcie, dynamickej, príprava, zmesí, práškových, nanokryštalických, metodou

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/3-285928-priprava-nanokrystalickych-praskovych-zmesi-metodou-dynamickej-redukcie.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Príprava nanokryštalických práškových zmesí metódou dynamickej redukcie</a>

Podobne patenty