а образуются частицы очень малых размеров. Регулируя условия взрыва, можно получать порошки с размером частиц от 100 мкм до 50 нм. Средний размер частиц монотонно убывает с ростом плотности тока и сокращением длительности импульса. Электровзрыв в инертной атмосфере позволяет получать порошки металлов и сплавов, а при введении в реактор дополнительных реагентов (воздуха, смеси кислорода и инертного газа, азота, дистиллированной воды, декана С]ПН22, парафина, технического масла) можно получать тонкодисперсные порошки оксидов, нитридов, карбидов или их смесей (табл. 1.1). В [127] описаны полученные электровзрывом в инертном газе при давлении 200 Па порошки меди с максимумом распределения по размерам примерно 20 нм, и порошки алюминия со средним размером частиц около 50 нм.

Согласно экспериментальным результатам [129], ультрадисперсные порошки, получаемые методом электрического взрыва проволоки, имеют очень большую избыточную энергию. Так, порошки алюминия со средним размером частиц 500—800 нм обладают избыточной энергией 100—200 кДж/моль, а порошки серебра со средним размером частиц приблизительно 120 нм имеют избыточную энергию 40—80 кДж/моль, что в несколько раз превышает теплоту плавления массивного вещества. Такой избыток энергии порошков не может быть обусловлен вкладом только поверхностной энергии. Обнаруженное в [129] запасание большой избыточной энергии тонкодисперсными порошками, полученными электровзрывом, объяснения не получило. Распределение частиц порошков по размеру является логарифмически нормальным, максимум его лежит в области 10^-500 нм, Og = 1,3—1,8. Частицы порошков металлов и сплавов, полученных электровзрывом, являются сферическими, а частицы нит-ридных порошков имеют огранку.

В последние годы стал развиваться электроэрозионный способ образования субмикрокристаллических и нанокристаллических порошков металлов и сплавов.

44

Несмотря на большое разнообразие и развитость методов получения нанокристаллических частиц (в особенности это относится к наиболее известным методам газофазного испарения и конденсации и осаждения из коллоидных растворов), исследование структуры и свойств наночастиц весьма сложно и трудоемко. Это связано, в частности, с высокой реакционной способностью наночастиц из-за их высокоразвитой поверхности.

Большой фундаментальный и прикладной интерес представляют компактные нанокристаллические материалы, во многих случаях более удобные для изучения и применения. Описание основных методов получения компактных наноматериалов дано в обзоре [15].

2.1. КОМПАКТИРОВАНИЕ ПОРОШКОВ

Широкую известность и популярность приобрел метод получения компактных нанокристаллических материалов, предложенный авторами [130—134]. Описанная в этих работах технология использует метод испарения и конденсации для образования нанокристаллических частиц, осаждаемых на холодную поверхность вращающегося цилиндра; испарение и конденсация проводятся в атмосфере разреженного инертного газа, обычно гелия Не; при одинаковом давлении газа переход от гелия к ксенону, т. е. от менее плотного инертного газа к более плотному, сопровождается ростом размера частиц в несколько раз. Частицы поверхностного конденсата, как правило, имеют огранку. При одинаковых условиях испарения и конденсации металлы с более высокой температурой плавления образуют частицы меньшего размера. Осажденный конденсат специальным скребком снимается с поверхности цилиндра и собирается в коллектор. После откачки инертного газа в вакууме проводится предварительное (под давлением примерно 1 ГПа) и окончательное (под давлением до 10 ГПа) прессование нанокристаллического порошка (рис. 2.1). В результате получают пластинки диаметром 5—15 и толщиной 0,2—3,0 мм с плотностью 70—90 % от теоретической соответствующего материала (до 97 % для нанокристаллических металлов и до 85 % для нанокерамики [6]). Полученные этим способом компактные наноматериалы в зависимости от условий испарения и конденсации состоят из частиц со средним размером d от 1—2 до Ш—100 нм.

Исключение контакта с окружающей средой при получении нанопорошка и его прессовании позволяет избежать загрязнения компактных нанокристаллических образцов, что весьма важно при изучении наносостояния металлов и сплавов. Описанную в [130—134] аппаратуру можно применять для получения компактных нанокристаллических оксидов и нитридов; в этом случае металл испаряется в кислород- или азотсодержащую атмосферу.

Пористость нанокерамики, полученной компактированием порошков, связана с тройными стыками кристаллитов. Уменьшение дисперсности порошков сопровождается заметным снижением их уплотняемости при прессовании с использованием одинаковой величины давления [135]. Понижение и более равномерное распределение пористости достигается прессованием при такой повышенной температуре, которая еще не приводит к интенсивной рекристаллизации. Так, обычное спекание высокодисперсного порошка оксида циркония с размером частиц 40— 60 нм при 1370 К в течение 10 с позволяет достичь относительной плотности 72 % при