Основные области применения наноматериалов и возможные ограничения

Интерметаллические соединения

Металлы характеризуются склонностью сплавляться друг с другом, образуя твердые растворы и химические соединения, называемые интерметаллическими, или интерметаллидами.

В противоположность твердым растворам интерметаллиды имеют кристаллическую структуру, отличную от структур исходных металлов. Состав интерметаллических соединений не всегда подчиняется правилам валентности. Два металла могут образовывать между собой не одно, а несколько соединений, например, NaSn₃, NaSn₂, NaSn, Na₄Sn₃, Na₂Sn, Na₄Sn и др., существующие лишь в определенных пределах состава и температуры.

Среди соединений различают два типа: валентные и электронные.

Валентные интерметаллиды, как правило, образуют металлы с заметно отличающимися электроотрицательностями (ЭО). Формула последнего отвечает обычным валентностям элементов (Na₂Sn, Na₄Sn, Mg₂Ge, Mg₂Sn, Mg₃Sb₂, Mg₃Al₂. Связь в таких соединениях ковалентно-полярная, растет с уменьшением ΔЭО атомов. При электролизе расплавов валентных интерметаллидов на катоде осаждается более электроотрицательный металл.

Электронные интерметаллиды – в них элементы не проявляют своих характерных степеней окисления. Большинство известных электронных соединений можно отнести к трем типам со свойственными им кристаллическими решетками. (табл. 15.4).

Таблица 15.4

Интерметаллиды электронного типа

Формула интерметаллида	Число валентных электронов	Число атомов в формуле	Структура
AgMg	1 + 2		Кубическая, объемно-центрированная
Cu5Sn	5 + 4
Na3Sn	3 + 4		Гексагональная
Ag5Al3	5 + 9
Cu9Al4	9 + 12		Кубическая особая
Na31Pb8	31 + 32

В качестве наглядного примера можно указать некоторые области применения (или иначе «коммерциализации») наноматериалов по печатным

материалам последних лет. Естественно, что данный обзор областей применения наноматериалов ни в коей мере не является цельным, однако он может дать нужное представление о перспективах использования наноматериалов.

Конструкционные материалы:

Наноструктурные объемные материалы отличаются большими прочностью при статическом и усталостном нагружении, а также твердостью по сравнению с материалами с обычной величиной зерна. Поэтому основное направление их использование в настоящее время – это использование в качестве высокопрочных и износостойких материалов.

Инструментальные материалы:

Инструментальные сплавы с нанозерном являются как правило более стойкими по сравнению с обычным структурным состоянием. Нанопорошки металлов с включениями карбидов используют в качестве шлифующего и полирующего материала.

Производственные технологии:

Важным и перспективным в настоящее время является использование

наноматериалов в качестве компонентов композитов самого разного назначения. Добавление нанопорошков (подшихтовка) к обычным порошкам при производстве сталей и сплавов методами порошковой металлургии позволяет снижать пористость изделий, улучшать комплекс механических свойств. Очень большая удельная поверхность нанопорошков способствует их применению в ряде химических производств в качестве катализаторов.

Триботехника:

Здесь перспективы применения связаны с тем, что металлические материалы с наноструктурой обладая повышенной по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и износостойкостью. Наноструктурные многослойные пленки сложного состава на основе BN, C₃N₄, TiC и др. обладающие очень высокой или ультравысокой (до 70 ГПа) твердостью хорошо зарекомендовали себя при трении скольжения, в том числе ряд пленок – в условиях ударного износа. Металлические нанопорошки добавляют к моторным маслам для восстановления трущихся поверхностей.

Дата добавления: 2014-01-20