Pytania 10

Pytania 10 – 12 –> TON //Wiciak 10. Procesy nanotechnologii wykorzystujące duże odkształcenia plastyczne: o

Cykliczna deformacja,

o

Przeciskanie przez kanał kątowy (ECAP),

o

Cykliczne wyciskanie skręcające ( Metoda KOBO),

o

Skręcanie pod wysokim ciśnieniem (HTP),

o

Wyciskanie hydrostatyczne .

Metoda cyklicznego walcowania materiału

• wielokrotne walcowanie blach • przecinanie blach, odtłuszczane i czyszczone • składanie blach (jedna na drugą) i ponownie walcowany • ponowne zespolenie blach • zmniejszenie rozmiaru ziaren, • polepszenie właściwości wytrzymałościowych Przeciskanie przez kanał kątowy - metoda ECAP Polega na wielokrotnym przeciskaniu próbki przez kanał kątowy o określonej geometrii. W wyniku działania naprężeni ścinających w obszarze zagięcia kanału materiał odkształca się. Proces ten można powtarzać wielokrotnie. Odkształcenie metodą ECAP może być przeprowadzane według schematów odkształcania. W pierwszy (A) położenie próbki nie zmienia się podczas kolejnych cykli. W drugim (B) próbkę po każdym cyklu obraca się wokół jej osi o kat 90o. W schemacie C – o kąt 180o. Materiały kształtowane metodą ECAP charakteryzują się ziarnem o średniej średnicy równej od 50 do 500 nm i dużym udziałem granic szeroko kątowych.

Cykliczne wyciskanie skręcające (CWS)

• • • • •

łączenie wyciskania i spęczania w jednym procesie próbka umieszczana w specjalnej matrycy dwukomorowej z pierścieniem o mniejszej średnicy (zwężką) stempel ściska próbkę zapewniając zachowanie kształtu próbka przeciskana jest przez zwężkę możliwość otrzymania dowolnego odkształcenia przy zachowaniu kształtów (tylko próbki małych rozmiarów)

Skręcanie pod wysokim ciśnieniem (HTP) Polega na jednoczesnym skręcaniu i ściskaniu materiału pod ciśnieniem rzędu kilka GPa. Materiał odkształca się przez ściskanie w warunkach ciśnienia quasi-hydrostatycznego. Zaletą metody HTP jest możliwość odkształcania materiałów kruchych, takich jak fazy międzymetaliczne czy proszki metali. Wadą jest natomiast fakt, że otrzymany produkt ma niewielkie rozmiary i grubość, co znacznie ogranicza jej przemysłowe zastosowanie. Ponadto warunki procesu wpływają na niejednokrotność mikrostruktury materiału. // Odkształcenie centralnej części próbki wynosi 0, rośnie lniowo wzdłuż promienia.

Wyciskanie hydrostatyczne Wsad umieszczony jest w specjalnej komorze wysokociśnieniowej, o średnicy większej niż wyciskany element, pozostałą przestrzeń wypełnia się cieczą. Poruszający się tłok ściska ciecze, wywołując ciśnienie hydrostatyczne w kształtowanym wsadzie -> w części wsadu otoczonej przez ciecz. Zmiana stanu naprężeń następuje dopiero w matrycy. Po przekroczeniu krytycznej wartości ciśnienia wsad zaczyna wypływać przez matrycę. Materiał nie styka się bezpośrednio z cylindryczną częścią komory roboczej, lecz płynie po filmie utworzony z cieczy roboczej i materiału smarującego, którym pokryty jest wsad. Zmniejsza to maksymalne siły tarcia, dzięki czemu można stosować duże prędkości odkształcania. Duże prędkości jednak powodują nagrzewanie się wsadu, co jest niekorzystne ze względu na rozrost ziaren. Aby ograniczyć niekorzystny efekt cieplny procesu, szybko wypływający materiał jest chłodzony wodą. Podczas tego procesu dochodzi do redukcji wymiarów kształtowanego elementu, jednak pozwala on na otrzymywanie dużych ilości nanometali w postaci blachy, prętów i drutów o różnych kształtach przekroju poprzecznego.

11. Wytwarzanie nanomateriałów przez szybkie chłodzenie ze stanu ciekłego.

Przykładowa metoda: Metoda szybkiego chłodzenia z cieczy polega na wtryskiwaniu ciekłego stopu lub metalu na szybko wirujący miedziany walec. Materiał jest indukcyjnie chłodzony w tyglu kwarcowym lub ceramicznym, a następnie wtryskiwany strumieniem sprzężonego gazu (argon) na powierzchnię walca. Szybkość chłodzenia jest na tyle wysoka, że pozwala, aby podczas krzepnięcia nie nastąpiła krystalizacja, lecz zamrażanie stanu ciekłego. Końcowym produktem jest taśma o określonej szerokości lub jej kawałki.

12. Elektrolityczne wytwarzanie nanokrystalicznej i amorficznej.

powłok

o

strukturze

Osadzanie elektrolityczne polega na osadzaniu metalu lub stopów w wyniku elektrolizy i reakcji jonów osadzanych metali pochodzących z kąpieli galwanicznych. Proces elektrolizy przeprowadza się w elektrolizerze zbudowanym z anody i katody połączonych odpowiedni z dodatnim oraz ujemnym biegunem źródła prądu stałego, zanurzonych w roztworze elektrolitu. Na powierzchni katody tworzą się zarodki krystalizacji kryształów, których wzrostowi towarzyszy tworzenie się kolejnych zarodków.

Chcąc otrzymać nanopowłowki, należy zapewnić odpowiednie parametry osadzania takiej jak skład i pH kąpieli, temperaturę gęstość prąd i specjalne dodatki do kąpieli. Struktura nanokrystaliczna powstaje wtedy gdy na powierzchni pokrywanej elektrody tworzy się duża ilość zarodków krystalizacji przy jednoczesnym nanoszeniu ich warstw.

Proces ten ma wiele zalet: o

możliwość otrzymywania materiałów nanokrystalicznych o rozmiarach ziarna poniżej 100 nm

o

małe koszty procesu

o

wysokie wskaźniki produkcyjne.