Исследование структуры и магнитных свойств наноструктурированных порошков, полученных механическим сплавлением композиционных частиц "ядро(Co)/оболочка(Cu)"

• Автор: Кузовникова, Людмила Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Методы получения порошков металлов

1.2 Механохимический синтез в металлических системах

1.2.2 Особенности метода механического сплавления

1.2.3 Механизмы механосплавления в металлических системах

1.3 Сплавы Со-Си

1.4 Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОБРАЗЦОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Методы получения образцов
2.1.1 Химическое осаждение как метод приготовления композиционных порошков (Со!00-уРу) 100-х/СиХ
2.1.2 Метод механического сплавления и измельчения
2.2 Метод рентгеноструктурного анализа
2.3 Методы магниторезонансных исследований
2.3.1 Ферромагнитный резонанс
2.3.2 Ядерный магнитный резонанс
2.4 Исследование магнитных характеристик при помощи вибрационного магнетометра
2.4.1 Исследование кривых намагничивания
2.4.2Исследование температурных зависимостей намагниченности
ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОРОШКОВ (Со100-уРу)100-х/Сих, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ
3.1 Структурные характеристики композиционных порошков
3.2 Исследование порошков магнитоструктурными методами

3.3 Исследование воздействия термоотжига на структуру и магнитные свойства порошков Со-Р и (Союо-уРу)юо-х/Сих
3.4 Исследования методом ядерного магнитного резонанса
3.5 Выводы главы

ГЛАВА 4. СПЛАВЫ , ПОЛУЧАЕМЫЕ МЕХАНИЧЕСКИМ СПЛАВЛЕНИЕМ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОРОШКОВ (Со10о-уРу)іоо-х/Сих
4 Л Исследование структурных характеристик сплавов в процессе
механического сплавления
4.2 Магнитоструктурные исследования сплавов
4.2.1 Температурные и полевые зависимости намагниченности
4.2.2 Приближение намагниченности к насыщению
4.2.3 Исследования методом ЯМР
4.3 Связь результатов магнито- и рентгеноструктурных исследований
4.4 Выводы главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Одной из актуальных задач современного материаловедения является разработка методов и изучение закономерностей синтеза функциональных материалов с необычными и практически важными свойствами. В настоящее время при разработке методов синтеза новых функциональных материалов особое внимание уделяется наиболее эффективным и экологически чистым "сухим" технологиям синтеза, не требующим растворителей для проведения химических реакций. Этому требованию отвечают механохимические процессы. Традиционные методы получения сплавов ограничены кругом термодинамически устойчивых соединений и твердых растворов. Обработка порошков металлов в мельницах различного типа - метод механического сплавления (МС) - является высокоэнергетическим процессом шарового размола. С его помощью можно получать метастабильные фазы с уникальными свойствами, которые зачастую не могут быть реализованы при изготовлении сплавов другими методами. В частности, оказалось возможным формирование пересыщенных твердых растворов в металлических системах с положительной энтальпией смешения, таких как сплавы Ре-Мр, Ag-Cu, Со-Си
Известно, что механическое сплавление (МС) характеризуется относительной технологической простотой и возможностью получения веществ в больших объемах. Однако многообразие процессов, протекающих при механической обработке материалов в измельчающих устройствах, осложняет понимание закономерностей синтеза, Дело в том, что различные по физикохимическому характеру процессы, из которых состоит технологическая схема синтеза (измельчение, смешение, активация, процесс взаимодействия), протекают одновременно в одном и том же реакторе. Поэтому интерес представляет проведение операции измельчения и смешения не механическим путем, а другим методом получения высокодисперсных частиц, например: соосаждением из раствора; конденсацией из газовой фазы; использованием метода Золь-гель. Тогда последующая механическая обработка обеспечит процесс взаимодействия между твердыми компонентами с образованием контакта между реагирующими веществами и либо химической реакцией между компонентами смеси либо образованием механокомпозита [1].
Необходимым условием начала механохимического процесса является образование контактной поверхности. Обычно в качестве исходных компонентов для механосплавления используют порошки чистых металлов. При этом значительные затраты механической работы и большие времена синтеза связаны с созданием межфазной поверхности — поверхности контакта частиц реакционной смеси. Например, в работе [2] экспериментально установлена прямая корреляция величины площади межзеренных либо межфазных границ и потребляемой для этого в процессе механосплавления энергии. Действительно, взаимное проникновение атомов начинается на

второй плоскости (111) [106]. Теплота аллотропного превращения невелика и составляет 0,1 кал/г. С другой стороны, температура аллотропного превращения внешними воздействиями (деформация, давление, примеси и т.д.) может быть понижена так, что ГЦК модификация Со оказывается стабильной при низких температурах, вплоть до комнатной.
В работе [94] наблюдали различные фазовые переходы (например,
ГПУ + ГЦК -> ГПУ,
ГПУ + ГЦК -* ГПУ -* ГЦК + ГПУ -» ГЦК )
при различной интенсивности и различном времени обработки. Переход ГПУ фазы в ГЦК наблюдали после 20-часового измельчения в планетарной мельнице . Фазовые превращения определялись накоплением структурных дефектов, т.е. энергетикой процесса измельчения, а не влиянием локальных повышений температуры. Авторами было показано, что, обеспечивая различную интенсивность измельчения, можно управлять скоростью и уровнем накопления структурных дефектов. Так, полученный ГЦК кобальт оказался устойчивым и не возвращался в ГПУ-состояние после отжига при различных температурах. В работе [107] была установлена связь температуры аллотропного превращения ГПУ-кобальта в ГЦК-Со с размером частиц и был сделан вывод, что это связано с изменением поверхностной энергии, которая является движущей силой этого фазового перехода в ультрадисперсных частицах.
В работе [108] наблюдали низкотемпературный (100-150°С) переход высокотемпературной ГЦК-модификации кобальта в низкотемпературную ГПУ-модификацию при небольших временах измельчения (2-3 мин ) в вибрационной мельнице. При длительном механическом воздействии (более 10 часов) инициируется постепенное обратное структурное превращение ГПУ —» ГЦК. Данное превращение под действием деформации в мельнице авторы связывают с увеличением вероятности образования дефектов упаковки, величина которой достигает 20%.
Влиянию механической активации на медь посвящена работа [109]. Авторами показано, что рентгенограмма порошка меди, подвергнутого измельчению в шаровой мельнице в течение 100 часов, представляет собой набор рентгеновских пиков, характерных для исходного Си порошка, только со значительным уширением. Параметр решетки Си до и после измельчения составляет соответственно 3,6152 А и 3,6156 А.
Обзор вышеперечисленных работ позволяет сделать заключение, что ГПУ-кобальт переходит в ГЦК-состояние лишь при больших временах механоактивации, а на структуру меди механообработка в мельницах не влияет, происходит только уменьшение размера зерна и увеличение микронапряжений.