ПУБЛИКАЦИИ

" Синтез композиционных наночастиц металлов методом электрического взрыва проводников". Журнал структурной химии. – 2004. - Т. 45.

Синтез композиционных наночастиц металлов методом электрического взрыва проводников.

Домашенко В.В., Лернер М.И., Псахье С.Г.

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, РФ, г. Томск

Лаборатория физикохимии высокодисперсных материалов

Одним из перспективных направлений развития метода электрического взрыва проводника является получение композиционных нанопорошков при параллельном взрыве проводников разнородных металлов.

Первым шагом в разработке технологии получения композиционных нанопорошков металлов стал синтез порошка латуни при параллельном взрыве медного и цинкового проводников (Cu-Zn) и сравнение его характеристик с порошком латуни полученом при взрыве латунной проволоки с содержанием меди и цинка 60% и 40% (CuZn). Выбор проводников обусловлен, тем, что с одной стороны характеристики электрического взрыва указанных металлов хорошо изучены, с другой стороны получаемые порошки являются простым модельным объектом для исследований.

Эксперименты проводились на установке, схема которой представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема установки для синтеза композиционных порошков:

Источник высокого напряжения ИП заряжает емкость С до требуемого напряжения, величина которого контролируется киловольтметром kV. Батарея конденсаторов с помощью разрядника Р разряжается на один или два расположенных параллельно проводника ВП, находящихся в реакторе ВК. Предварительно реактор вакуумируется и заполняется рабочим газом (аргон). Проводник взрывается, импульсы тока и напряжения регистрируются при помощи омического токового шунта и делителя напряжения. Продукты взрыва (нанопорошок) удаляются в фильтр через окна 1 и 2 потоком рабочего газа. Регистрация сигналов с шунта и делителя осуществлялась с помощью осциллографа Tektronix TDS 2022B.

Геометрические размеры медного и цинкового проводников подбирались таким образом, чтобы повторить стехиометрического соотношение масс Cu и Zn в исходном латунном проводнике. Эксперимент проводился в среде аргона (давление 1 атм.), при равенстве энергий введенных в проводник как для параллельного взрыва медного, так и цинкового проводника, так и при взрыве латунного проводника.

Полученные порошки исследованы на соотношение и пространственное распределение фаз (Quanta200 3D), проведен рентгенофазовый анализ ( Shimadzu XRD 6000 ) и анализ дисперсного состава (Philips CM 12 ).

Пространственная характеризация металлических фаз в объеме 1 мкм³ позволила установить, что фазы цинка и латуни находятся в тесном контакте. Рентгенофазовый анализ выявил в образцах наличие фазы Cu5Zn8, которая в порошке, полученном параллельным взрывом проводников достигает 57% об. Изучение морфологии наночастиц с помощью просвечивающей электронной микроскопии показало, что если при взрывах CuZn образуются практически сферические частицы без особенностей структуры, при взрывах Cu-Zn значительная часть частиц имеют неправильную форму (огранку) при этом наблюдаются частицы, состоящие из блоков. Ранее блочную структуру частиц наблюдали авторы [1] при получении электровзрывных нанопорошков алюминия в атмосфере аргона с температурой около минус 5 °С. По данным авторов, такая структура свидетельствует о формировании частиц в результате коагуляции кластеров образующихся на ранних стадиях процесса.

Исходя из проведенных анализов и структуры наночастиц Cu-Zn, можно предположить, что наночастицы латуни при параллельном взрыве цинковых и медных проводников также образуются в результате объединения кластеров Zn и Cu.

Из исследований следует, что параллельный электрический взрыв разнородных проводников позволяет целенаправленно осуществлять синтез композиционных наночастиц с заданным составом.

1. Лернер М. И., Шаманский В. В. Формирование наночастиц при воздействии на металлический проводник импульса тока большой мощности // Журнал структурной химии. – 2004. - Т. 45. - С. 112-115.