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.

ОписаниеПравить

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.

РазновидностиПравить

Дисперсионно-упрочненные оксидами сплавыПравить

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 композитыПравить

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. такжеПравить

Дисперсионно-твердеющие сплавы

ПримечанияПравить

↑ Optimization of High Temperature Hoop Creep Response in ODS-Fe₃Al Tubes
↑ 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.
↑ ¹ ² ³ А.С.Кононенко. Наполнители для полимерных материалов // Сетевой Агрожурнал Московского государственного агроинженерного университета, 2012

СсылкиПравить

Дисперсионно-упрочнённые материалы // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
http://www.dissercat.com/content/submikroskopicheskaya-struktura-i-ee-rol-v-formirovanii-fiziko-mekhanicheskikh-svoistv-dispe
http://www.nwpi-fsap.narod.ru/lists/materialovedenie_lect/22.html
https://web.archive.org/web/20140225171146/http://m0idetki.ru/dispersionno-uprochnennye-zharoprochnye-materialy
http://science.misis.ru/ru/nauchnapravleniy/1057/9157/
Бокучава Г.Д., Папушкин И.В., Сумин В.В., Балагуров А.М., Шептяков Д.В. и др. Микродеформации в сталях с дисперсионным упрочнением. // Письма в ЭЧАЯ. 2013. Т.10. № 2 (179). С. 245-252.
Бокучава Г.Д., Папушкин И.В., Сумин В.В., Балагуров А.М., Шептяков Д.В. Изучение микродеформации в дисперсионно-упрочненных сталях. // Физика твердого тела. 2014. Т. 56. №1. С. 165-169.

ЛитератураПравить

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.

[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.

[polymer-3] ¹ ² ³ А.С.Кононенко. Наполнители для полимерных материалов // Сетевой Агрожурнал Московского государственного агроинженерного университета, 2012

[1]

[2]

[3]