Некоторые наноматериалы и их применение.

В настоящее время ведутся работы в следующих основных направлениях в области разработки конструкционных материалов:

- создание сверхпрочных и высокопроводящих материалов;

- изготовление наноструктурных керамических и композиционных изделий точной формы;

- создание нано- структурных твердых сплавов для производства режущих инструментов с повышенной износостойкостью и ударной вязкостью;

- создание наноструктурных защитных термо- и коррозионностойких покрытий;

- создание обладающих повышенной прочностью и низкой воспламеняемостью полимерных композитов с наполнителями из наночастиц и нанотрубок.

Сверхпрочные материалы. Бездефектные углеродные трубки на два порядка прочнее стали и приблизительно в 4 раза легче неё. Одна из важнейших задач технологии в области новых углеродных материалов заключается в создании нанотрубок "бесконечной" длины из которых можно изготавливать лёгкие композитные материалы предельной прочности. В настоящее время научились изготавливать трубки длиной в десятки микрометров при диаметре порядка одного нанометра.

Высокопроводящие материалы. В кристаллическом графите проводимость вдоль плоскости базисного слоя наиболее высокая среди известных материалов и, напротив, в направлении, перпендикулярном слою, мала. Электрические кабели, сделанные из нанотрубок, при комнатной температуре будут иметь электропроводность на два порядка выше, чем медные кабели.

Нанофазная керамика повышенной пластичности. В лабораторных исследованиях получены образцы изделий из плотной нанофазной керамики на основе оксидов алюминия и ряда переходных металлов. Экспериментально подтверждено, что плотная наноструктурная керамика имеет повышенную пластичность при сравнительно невысоких температурах. В перспективе повышенная пластичность означает возможность сверхпластичного формования керамических и композиционных изделий, что исключает необходимость трудо- и энергозатратной финишной обработки материалов высокой твёрдости.

Наноструктурные металлокерамические материалы. В последние годы разработаны нанокомпозитные металлокерамические материалы, в частности, на основе WC/Co и TiC/Fe, значительно превосходящие по износостойкости, прочности и ударной вязкости аналоги с обычной микроструктурой. Из этих материалов могут изготавливаться высококачественные режущие инструменты.

Наноструктурные коррозионностойкие покрытия. Повышение коррозионной стойкости наноструктурных покрытий обусловлено, в первую очередь, снижением удельной концентрации примесей на поверхности зёрен по мере уменьшения их размеров. Наноструктурные покрытия характеризуются сверхвысокой прочностью. Важным преимуществом покрытий с наноразмерной структурой является обусловленная повышенной пластичностью возможность снижения в них остаточных напряжений, что позволяет изготовлять покрытия миллиметровой толщины.

Пластмассы с нанонаполнителями. Использование диспергированных в полимерной матрице неорганических наполнителей из наноразмерных порошков позволяет существенно повысить огнестойкость пластмасс. При этом наноразмерные порошковые наполнители не снижают механической прочности и обрабатываемости материалов. Полимерные нанокомпозиты обладают высокой абляционной стойкостью, они могут использоваться для защиты поверхности изделий, эксплуатируемых в условиях воздействия высоких температур.

1 Упрочнение поверхности в результате действия внешних деформационных сил создаваемых за счёт кинетической энергии шариков (роликов), расположенных на периферии обода, которые взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются вглубь гнезда.

2 Плакирование — нанесение на поверхность металлических листов, плит, проволоки, труб тонкого слоя другого металла или сплава термомеханическим способом.

3 Полиморфное превращение, при котором изменение взаимного расположения составляющих кристалл атомов (или молекул) происходит путём их упорядоченного перемещения, причём относительные смещения соседних атомов малы по сравнению с междуатомным расстоянием. Перспективы практического применения имеют возможность большого обратимого формоизменения при мартенситных превращениях (например, создание "сверхупругих" сплавов и изделий, восстанавливающих первоначальную форму при нагреве после пластической деформации — "эффект памяти"), а также связь мартенситных превращений с появлением сверхпроводящих свойств в некоторых металлах. Мартенситные превращения составляют основу многочисленных структурных превращений, благодаря которым с помощью термической и механической обработки осуществляется направленное изменение свойств кристаллических материалов.

15