Электровзрывные нанопорошки неорганических материалов: технология производства, характеристики, области применения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Лернер Марат Израильевич

ЭЛЕКТРОВЗРЫВНЫЕ НАНОПОРОШКИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ: ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Специальность 01 04.07 - Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ТОМСК 2007

003071342

Работа выполнена в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН и в НИИ высоких напряжений при Томском политехническом

университете

Официальные оппоненты

Ведущая организация Институт электрофизики УрО РАН, г. Екатеринбург

Защита состоится 29 мая 2007 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212 269.02 при Томском политехническом университете по адресу 634034, г Томск, ул Усова 7

С диссертацией можно ознакомиться в научно - технической библиотеке Томского политехнического университета

Автореферат разослан « 2У .» апреля 2007 г

член-корреспондент РАН,

доктор технических наук, профессор

Жарков Александр Сергеевич

доктор технических наук, профессор

Смирнов Серафим Всеволодович

доктор физико-математических наук, профессор

Ищенко Александр Николаевич

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук

Коровкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Наряду с развитием фундаментальных научных аспектов нанотехнологии большое значение имеет разработка прикладных задач, касающихся технологии производства и применения наноразмерных материалов

Известно, что образование дисперсной фазы в экстремальных условиях (высокие температуры и скорость процесса) приводит к формированию неравновесной структуры частиц Поэтому в первую очередь обращают на себя внимание технологии, основанные на импульсных процессах с высокими скоростями изменения термодинамических параметров системы Одним из таких перспективных методов получения широкой гаммы нанопорошков неорганических материалов является технология, основанная на процессе электрического взрыва проводника (ЭВП, ЭВП - технология) Основными достоинствами ЭВП-технологии по отношению к другим физическим методам получения нанопорошков являются

1. Высокий КПД передачи энергии В ЭВП-технологии энергия импульсно вводится непосредственно в объем металла, при этом расход энергии на нагрев окружающей среды низок

2 Возможность гибкого регулирования параметров процесса и, соответственно, характеристик получаемых нанопорошков

3 Сравнительно небольшой, относительно других физических методов, разброс частиц по размерам

4 С одной стороны, относительная стабильность свойств электровзрывных нанопорошков в нормальных условиях, с другой -высокая активность в различных химических процессах

5 Универсальность метода В ЭВП-технологии единственное ограничение - это использование проводящего материала необходимого диаметра Метод позволяет получать широкий спектр наноразмерных материалов

6 Невысокая стоимость оборудования, его простота, малые массогабаритные показатели

Несмотря на многочисленные исследования ЭВП как в России, так и за рубежом и разработку электровзрывного оборудования, современный уровень развития ЭВП-технологии не позволяет осуществить массовое производство нанопорошков металлов с прогнозируемыми свойствами

Поскольку свойства всех высокодисперсных порошков в сильной степени определяются способами их получения, технологии использования электровзрывных нанопорошков также должны разрабатываться с учетом особенностей их синтеза

Таким образом, актуальность темы обусловлена необходимостью дальнейшего развития электровзрывной технологии получения наноразмерных материалов до уровня, позволяющего как организовать

производство нанопорошков в массовых количествах, так и создать новые продукты и технологические процессы с их использованием Цель работы и задачи исследований. Цель работы - изучение влияния основных условий получения электровзрывных нанопорошков на структуру, дисперсный и фазовый состав наночастиц, создание оборудования для производства нанопорошков неорганических материалов методом ЭВП, разработка перспективных областей применения нанопорошков

Задачами диссертационной работы являются

1 Анализ возможного механизма диспергирования металла под воздействием импульса тока большой мощности и процесса формирования наночастиц Исследования зависимости дисперсного и фазового состава, структуры наночастиц от значимых параметров электрического взрыва и газовой среды

2 Исследование термической стабильности нанопорошков Изучение вопросов агломерации, деагломерации наночастиц металлов Исследования структуры нанопорошков Разработка методов пассивации, деагломерации и микрокапсулирования наночастиц

3 Создание высокопроизводительного оборудования для получения нанопорошков методом ЭВП, основанное на разработке новых технических решений Изучение вопросов безопасного обращения с нанопорошками, включающее определение критериев их пожароопасности, выбор правил упаковки и транспортировки нанопорошков

4 Исходя из свойств электровзрывных нанопорошков, развитие некоторых потенциальных областей их применения улучшение характеристик смазочных материалов, применение в высокоэнергетических материалах и процессах, синтез новых материалов, модификация клеев, создание фильтровальных материалов

Перечисленные задачи решались при выполнении исследований по госбюджетным и хоздоговорным тематикам, проводившихся в НИИ высоких напряжений при Томском политехническом университете и Институте физики прочности и материаловедения СО РАН, в частности, по контрактам с Национальной Лабораторией Лос-Аламоса, США (контракт ЬА1ЧЬ-Т2 -0190-1Ш), Национальной Лабораторией возобновляемых источников энергии, США (контракты №ЕЬ-Т2-0200А-1Ш, ЫЯЕЬ-Т2-0200-А-1Ш) выполненным в 2001 - 2005 гг и при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (Контракт № 02 447 11 2008 от 22 07 2005г по ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы)

Методы исследования. Разработка положений диссертации стала возможной благодаря комплексному использованию экспериментальных и теоретических методов исследования Эксперименты по получению нанопорошков с целью исследования их характеристик в зависимости от параметров ЭВП проводились на опытных установках, специально разработанных для этих задач Измерение напряжения и тока в ¿С-контуре и

оценка энергосодержания взрывающегося проводника осуществлялась осциллографическим методом. Теоретическое исследование некоторых характеристик взрывающегося проводника проводилось с помощью МГД-расчета При исследовании нанопорошков применялись классические методы анализа дисперсных систем Для изучения показателей пожароопасности нанопорошков использовались методики соответствующих российских ГОСТ, правила IATA, методика ESD STM5.1:1998. Разработанные теоретические положения и технические решения опробованы экспериментально Достоверность полученных результатов проверялась в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН, НИИ высоких напряжений, Институте катализа им Борескова СО РАН, Институте химии нефти СО РАН, Томском политехническом университете, Томском государственном университете, Томском государственном архитектурно-строительном университете, Омском танковом институте, ФГУП «Вектор», г Новосибирск, Национальной Лаборатории Лос-Аламоса (LANL) и Национальной Лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), США, Корпорации Argonide, США. Научная новизна.

1. Впервые установлены количественные зависимости дисперсного состава и структурных характеристик электровзрывных нанопорошков от диаметра проводника, температуры газовой среды и энергии, выделившейся в последующем дуговом разряде Установлено, что при сохранении подобных условий ЭВП и постоянстве величин давления газа, диаметр проводника и температура газовой среды являются независимыми факторами, определяющими концентрационные параметры продуктов взрыва и, в конечном счете, средний размер наночастиц металлов. Дополнены и систематизированы с учетом других значимых параметров электрического взрыва зависимости дисперсного состава нанопорошков от удельного энергосодержания взрывающегося проводника и давления рабочего газа

2 Предложена феноменологическая модель разрушения проводника и формирования наночастиц при плотностях тока, используемых для получения нанопорошков. Впервые экспериментально установлено, что при ЭВП возможно образование частиц, состоящих из кристаллических блоков (кристаллитов) и формирование фрактальной структуры собственно нанопорошка

3 Предложены новые конструкторские решения сепаратора, фильтра, реактора и дополнительные технические элементы (холодильник, циклон, механический фильтр) установки для производства электровзрывных нанопорошков, обеспечивающие надежную и производительную работу оборудования с частотой около 1,5 Гц.

4 Определена термическая стабильность нанопорошков Си, Al, Ni, Zn, Sn, Ag и установлены характеристики пожароопасности нанопорошков Al, A1-A1N, Си, Fe, Ni, Zn Предложены режимы пассивации (нанопорошки Al, Zn),

деагломерации (нанопорошки Al, Cu) и микрокапсулирования наночастиц алюминия

5 Разработаны и внедрены следующие продукты.

- синтезированы нановолокна оксидно-гидроксидных фаз из нанопорошков алюмонитридной композиции, создан и испытан микробиологический фильтровальный материал на основе нановолокон,

- предложены и испытаны металлоплакирующие смазочные составы, легированные нанопорошками меди, латуни, цинка и сплава олово - свинец, позволяющие снизить износ, коэффициент трения, относительный уровень вибрации и увеличить нагрузку схватывания деталей трения Практическая ценность работы.

1 Установлены зависимости характеристик нанопорошков металлов и химических соединений (A1N, А120з, TiN, ТЮ2 ZnO) от некоторых параметров электрического взрыва и газовой среды, способы и условия пассивации, позволяющие производить нанопорошки металлов с заданными свойствами, разработана процедура деагломерации и микрокапсулирования нанопорошка алюминия Создана технология синтеза нановолокон оксидно-гидроксидных фаз и оксида алюминия из нанопорошков алюмонитридной композиции с требуемыми характеристиками.

По итогам ежегодного конкурса американского журнала R&D Magazine, в 2000 году электровзрывные нанопорошки металлов вошли в число 100 лучших наукоемких продуктов рынка США В 2002 г аналогично были отмечены нановолокна оксида алюминия

2 Разработанные компоновка и конструкции элементов установки обеспечили повышение производительности оборудования приблизительно в

3 раза и улучшили качественные показатели нанопорошков

В компании ООО «Передовые порошковые технологии», г. Томск, создано опытно-промышленное производство нанопорошков и нановолокон объемом до 1000 кг в год Нанопорошки выпускаются по ТУ 1791-00236280340-2005 и имеют Сертификат качества и Паспорт безопасности вещества, составленный по директиве ЕС 91/155 Указанные документы разработаны по результатам исследований диссертационной работы

3 Установлены критерии пожароопасности и проведена классификация нанопорошков металлов согласно требованиям российских ГОСТ, международным правилам ИКАО и IATA, позволяющая осуществлять их безопасную транспортировку

4 На основе нановолокон оксидно-гидроксидных фаз в ИФПМ СО РАН и ООО «Аквазон», г. Томск создано производство микробиологического электроположительного фильтровального материала. Разработана серия устройств микробиологической очистки воды с различной производительностью для применения в системах водоподготовки (см wwww aquavallis com)

Нановолоконные фильтры с матрицей из стекловолокна были признаны NASA, США, на конкурсе Space Technology Hall of Fame Award 2005, одной из четырех лучших разработок года

5 Присадки «Гарант-М» на основе нанопорошков меди, цинка, латуни выпускаются компаниями ООО «Техносинтез» и ООО «Передовые порошковые технологии». Присадки использовались АО «Разрез Бородинский» (Красноярский край), «Разрез Прокопьевский» (г Прокопьевск), АООТ «Красный Брод» (Кемеровская обл.), АО «Вахрушевская автобаза» (г Киселевск), Кемеровоавтодор и др. На защиту выносятся следующие положения:

1 При воздействии мощного импульса электрического тока на металлический проводник, в режимах получения нанопорошков, металл разрушается на кластеры размером не более 10 нм Полного испарения кластеров при расширении продуктов взрыва не происходит, а наночастицы формируются в результате коагуляции и коалесценции кластеров в расширяющихся продуктах взрыва Объединение кластеров начинается до перемешивания основной массы вещества с окружающим газом На рост частиц влияют концентрация коагулирующих кластеров и температура газовой среды, которые определяются начальным диаметром и удельным энергосодержанием взрывающегося проводника, давлением и температурой рабочего газа, энергией, выделившейся в последующем дуговом разряде

Образование нитрида алюминия происходит вследствие химической реакции на поверхности алюминиевых частиц При этом слои продукта реакции (A1N) ограничивают дальнейший рост наночастиц Размер частиц и содержание нитрида алюминия в порошке определяются энергией, введенной в проводник, давлением и концентрацией активного газа В случае синтеза оксида алюминия (А12Оз) рост наночастиц продолжается при повышении давления и концентрации кислорода в инертной атмосфере

Результаты исследований дисперсного, фазового и химического состава, а также структуры наночастиц в зависимости от условий синтеза и температуры

2 В нанопорошках металлов реализуются два уровня объемной структуры блочное строение наночастиц (при пониженной температуре рабочего газа) и фрактальная структура агломератов Объемная часть металлических частиц дефекта, в ней наблюдаются- дислокации, дефекты упаковки, границы между двойниками На поверхности пассивированных частиц металлов в контакте с металлической фазой расположен аморфный или кристаллический слой оксидной фазы, на поверхности оксида металла находится слой оксокарбида, карбида или карбоната, контактирующий с гидроксидными фазами Поверхностный слой неоднороден по толщине, более дефектен, по сравнению с объемной частью частиц, и имеет поликристаллическую структуру

В нанопорошках алюмонитридной композиции химическое соединение находится на поверхности индивидуальных наночастиц в контакте с металлической фазой.

3 Температура спекания исследованных нанопорошков металлов ниже температуры плавления компактного металла (Тсп < 0,3 Г„,) Спекание начинается с наиболее мелкой фракции, сопровождается образованием прочных шеек между частицами Теплота окисления, выделяющаяся при пассивации нанопорошков в кислородосодержащей атмосфере, способствует спеканию наночастиц и приводит к росту их размеров При пассивации нанопорошков алюминия и цинка сухим воздухом оптимальная скорость потока газа составляет У< 5 мл/мин

Результаты исследования критериев пожароопасности нанопорошков

4 Процесс деагломерации возможен при получении наночастиц при температуре рабочего газа не более 5° С, под действием ультразвука (мощность около 0,8 - 1 Вт/см3, частота 27 - 35 кГц, время обработки 10-15 мин), в этиловом спирте, в присутствии веществ, образующих хелатные комплексы с соответствующими металлами

5 Конструктивные решения элементов, позволяющих повысить производительность и надежность работы установки по получению нанопорошков устройства сепарации, фильтра для улавливания наночастиц, реактора для взрыва проводников Модернизированная конструкция установки для производства электровзрывных нанопорошков неорганических материалов с частотой работы 1,5 Гц, включающая в себя устройства охлаждения потока газа и выгрузки порошков без контакта с воздухом, циклонный и механический фильтры, механический управляемый разрядник

6 Реализованные перспективные области применения электровзрывных нанопорошков легирование жидких и консистентных товарных смазок нанопорошками меди, латуни, цинка и сплава олово - свинец, синтез из нанопорошков алюмонитридной композиции электроположительных нановолокон оксидно-гидроксидных фаз и фильтровальный материал на их основе

Личный вклад автора. Диссертация является итогом многолетних исследований, проведенных в НИИ высоких напряжений при Томском политехническом университете и Институте физики прочности и материаловедения СО РАН при непосредственном участии и руководстве автора Автор внес определяющий вклад в постановку задач исследования, выбор направлений и методов исследования Часть результатов получена совместно с соавторами Фамилии соавторов, принимавших участие в отдельных направлениях исследований, указаны в списке публикаций по теме диссертации Исследования зависимости свойств нанопорошков от условий электрического взрыва и условий последующей обработки, исследования структуры нанопорошков, феноменологическая модель электрического взрыва, разработка технологического оборудования, концепции создания

присадок на основе нанопорошков цинка, латуни и сплава олово - свинец, фильтров па полимсрпой осиоие принадлежат лично автору. Апробации паботы и публикации. Результат диссертационной рабош докладывались па 12 всероссийских конференциях и всероссийских конференциях с международным участием и 17 международных конференциях: Элекчроимнульсная технология и электромагаиише процессы в нагруженных лвердых телах (Томск, 1982), Первый всесонм. симпозиум но макроскопической кинетике и химической газодинамике (Черноголовка, 1984); Методы исследования в химии и химической технолоши (Томск, 1986); Получение, свойства и применение энергонасыщенных улырадиснерсных норонпсов металлов и их соединений (Томск, 1993); V, VI lîcepoe. копф. «Фшико химии улырадиснсрешдх систем» (Москва, 2000; Москва, 2003); Всерос. копф. молодых ученых (Томск, 2000; ); I, П, III Всерос. научная копф. «Химия и химическая технолошя на рубеже тысячелетий» (Томск, 2000,2002,2004); Теоретические и прикладные основы физико-химического регулирования свойств псфишых дисперсных систем (Томск, 2001); I Всерос. копф. «Химия для авюмобилшого транспорта» (Новосибирск, 2004); Proceedings of the International Pyrotechnics Seminar, 24th (США, 1998), Мсжд. научно-техническая копф., носвященная намяш 1енералыюго конструктора аэрокосмической техники, академика И.Д. Кузнецова (Самара, 2001); Межд. научно-техническая конф. "Надежность машин и технических систем" (Минск, 2001); Proceedings of the American Society toi Composites, Technical (Conference, 16th (США, 2001); 4 и 5-я Межд. научно-техническая конф., носвященная бОлстшо ОмГГУ. (Омск, 2002, 2005); 1-я Межд. конф. «Современные проблемы машиностроения и приборостроения» (Томск, 2002); X АРАМ Seminar and III Conference "Materials of Siberia", "Nanoscience and Technology" (Novosibirsk, 2003); Межд. копф. «Физико-химические процессы и неорштческих материалах (ФХП-9) (Кемерово, 2004); International Workshop on MEMS and Nanotechnology Integration (MNI) (Switzerland, 2004); Межд. конф. «Высокоэпергстичсские материалы. Демилитаризация и 1ражданское иримспенис» (Бийск, 2004); Progt ess in combustion and detonation. Zerdovich Memorial (Москва, 2004); 5th International High Hncrgy materials Conference &Exhibit (India, 2005); 36"', 37"' International Annual Conference ot ICT & 32"' International Pyroteclmics Scminai (Federal Republic of Germany, 2005, 2006); Межд. конф но физической мезомеханике, комныогерпому конструированию и разработке новых материалов (Томск, 2006).

Резулг.пш.х исследований изложены в 66 до1шадах на конференциях, статях, патентах. Список основных публикаций црипедеп в конце автореферата.

Сгвуктупа и объем работ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключении, списка литерагуры, приложений, изложена на 325

страницах, содержи 165 рисунков и 27 таблиц Список нитруемой литературы содсржиг 255 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во ынедетш обосновывается актуальность темы, научная новизна и практическая ценность работы Излагается крагкое содержание диссертации, и формулирую юн выносимые на защшу научные положения 11 нерпой i лине на основании анализа литературных данных рассматривается состояние исследований в обласш теории электрического взрыва; методы выбора параметров ЭШ1; свойсхва нанопорошков и их связь с условиями получении, области применения, модель строения наночасгиц металлов и возможный процесс их формирования, конструкции оборудования дня получения нанопорошков Сформулирована цель и задачи исследования.

Как правило, из-за простоты реализации электрический взрыв осуществляется в /.С-коп туре. Для обеспечения однородности элекгрическога взрыва и, следовательно, однородности дисперсного состава получаемых при ЭВ11 порошков металлов, а также для упрощения конструкций jexnojioi ическо1 о оборудования, оптимальными для получения нанопорошков являются условия, при которых: плотность тока 107 А/см2 <j < 10к А/см2, диаметр проводника 0,1-Ю'3 u<do<0,5 103 м.

Существует несколько физических моделей описывающих разрушение проводника при воздействии импульса тока. Модель «волны испарения» рассматривает взрыв как процесс, происходящий за счет парообразования на поверхности проводника и последующего движения фронта фазового перехода к оси проволоки Однако многочисленные проверки этой модели показали, что электрический взрыв в основном обусловлен объемными процессами, например, rcTepoiennoio и ioMoiennoio образования зародышей с паром Гомогенное образование пузырьков с паром может происходить за ciei термодинамических флуктуации и сил межмолекулярного взаимодействия Центрами гетерогенного парообразования могут являться примеси, микро- и макронеоднородности структурного и механическою происхождения (траницы зерен), заряженные частицы, присутствующие вблизи бинодали. Также обсуждаются модели, связанные с превращением металла проводника в золь «следствие разтраничения вещества на длине свободною пробет а электронов или под действием гермоупрутих сил

Иесмочря на то, что общепринятая модель электрического взрыва отсутствует, большинство исследователей сходятся во мнении, что процесс Э1Ш связан с обьемным разрушением вещества. Продукты взрыва на начальной стадии расширения представляют собой двухфазную систему. Ксли предположить, что при последующем расширении продуктов взрыва жидкая фаia полностью пе испаряется, то процесс формирования частиц может происходить как но конденсационному, так и но коагуляционному механизмам. Необходимо установить какой из указанных механизмов будет преобладать при формировании паночастиц.

Яворовский, используя результаты ренггеноструктурных исследований, предложил модель металлической частицы, состоящей из кристаллических зерен, распределенных в аморфной матрице. Нами (Лериер, Давидович) па основании исследований мшсроструктурпых характеристик порошков было выдвинуто предположение, что частицы, в основном формируюгея в результате коагуляции кластеров, образующихся на равпих стадиях взрыва. Верояшо, в жидком металле сохраняются структурные элементы с ближним порядком и размером около 10 им, по границам которых происходи г диспергирование вещества Седым с соавтрами установлена связь между исходной структурой проводника и дисперсностью нанонорошков. На стадии собственно взрыва вещество диснсршрует с сохранением ближнего и квазидальнего порядков на микрокапли, средний размер которых зависит от времени нагрева, средней плотности введенной энергии и времени расширения. Ильии с соавторами па основании исследований среднего диаметра частиц алюминия и размеров областей кошрешпого рассеяния в зависимости энергосодержания элекгрического взрыва предположил, что первичные продукты диспергирования проводника в процессе их разлета и взаимодействия нревращаюгея в более герунпые частицы с кристаллической структурой, отражающей размеры первичных продуктов. Из рабог указанных авторов можно предположить, что ггри расширении продуктов взрг.тва полного испарения жидкой фазы не происходит, а частица формируется вследствие гсоагуляционпых процессов

В связи с отсутствием достоверного физико-математического описания электрического взрыва для оценки параметров используются ипженерпые эмпирические или нолуэмпирические модели. Для выбора исходных параметров ЭВИ широко используются безразмерные или размерные комплексы, полученные при применении теории подобия и размерностей (Азаркевич, Котов, Седой, Шнеерсон). Эга комплексы позволяют при наличии некоторого числа опорных экспериментов предсказать электрические и энергетические параметры электрической) взрыва. Афонин, Какупип, Лучинский с соав горами разработали магяитог'идродинамическнй (МГД) метод расчета харагстеристик ЭВ11. Кроме электрических характеристик, МГД ~ расчет позволяет оцепить врсменпые зависимости таких параметров продуктов взрыва, гсак энергия, дашгение, нлошоси., радиус когггактной поверхности: продукты взрыва - газовая среда. Вероятно, некоторые даниые МГД - расчета можно привлечь дня оценки состояния продуктов взрыва, по крайней мере, в том временном интервале, г-де результаты расчета (геривые тока и напряжения, радиус конгакшой поверхности) сог ласуются с экспериментом.

Метод ЭВП позволяет получать панопорошки металлов, сплавов, химических и шпсрметалличсских соединений. Исследования показывают1, что дисггерсность нанонорошков металлов определяется плотностью энергии, введенной в проводник, и сгсоростыо её ввода (Когов, Яворовский);

давлением газовой среды (Глазунов с соавторами); электрофизическими харакюрис гаками металла (Давидович), плотноегыо тока и газовой среды (Валевич, Седой) Коюв с соавторами установил, что на дисперсность и выход химических соединений влияют плотность введенной в проводник энергии, копценграция химически активного газа в инертной атмосфере, давление газоиой среды, диаметр проводника (для А1203). При получении итерме1шшпческих соединений (СиА12, РеА1, РсА13, Р&гАУ дисперсность и фазовый состав раулирукмея введенной эпершей и расстоянием между проволочками (Азаркевич и др.).

Особенное пло металлических элекгровзрывпых нанонорошков является их высокая химическая активность и то, что они спекаю гея во фронте самораспространяющейся тепловой волны, что позволило некоторым авюрам юворить о наличии в порошках избыточной запасенной энергии В общем виде Яворовским сформулированы отличительные признаки элеюровзрыанмх папопорошков от свойств дисперсных материалов, полученных друиши методами низкие температуры спекания, высокая химическая активность, которая многократно возрастает при достижении температур 200 - 500 °С; аномально высокое значение коэффициент 1Ю1 лощения электромагнитного излучения в широком диапазоне частот; пониженная работа выходов электронов, наличие избыточной (запасенной) энергии.

Исследования показывают, что применение электровзрывных нанонорошков перспективно в качестве катализаторов, для синтеза нановолокон оксидных фаз алюминия, обладающих высокой сорбционной емкостью; для модификации смазочных составов, синтеза нитрида алюминия при горении смесей нанонорошков и трубодисперсных порошков алюминия; сишеза улырадиснерсного Мо82; получения «горячего» водорода; создания новых металлизированных горючих; модификации свойств полимеров.

Систематизация и анализ конструкций устройств для получения нанонорошков, представленных в литературе, позволили установить элементы установки, необходимые для ей надежной и производительной работы Тем не менее, для организации массового производства электровзрывных нанонорошков металлов существующее оборудование малопригодно вследствие невысокой надежности.

Исследователями получены важные данные по процессу ЭВП и свойствам порошков, установлены некоторые зависимости свойств нанонорошков от условий электрического взрыва, определены перспективные направления применения порошков, разработано элешровзрывпое оборудование. Однако из экспериментов следует, что при производстве массовых партий нанонорошков металлов (десятой - сопш кг) при неизменных парамехрах взрыва, наблюдается нестабильность их характеристик (дисперсности), которую трудно объяснить на основании имеющихся резулыаюв 11о нашему мнению это связанно с тем, что при

получении наноиорошков не учитываются все значимые параметры процесса, оказывающие влияние на их конечные свойства В связи с эшм в диссертационной рабою решались следующие задачи

1 Анализ возможно!о механизма диспергирования мехалла под воздействием импульса тока большой мощное ш и процесса формирования наночасгиц Исследования зависимосш дисперсною и фазовою сооина, схруктуры шшочасхиц ох значимых параметров электричесхсого взрыва и газовой среды

2 Исследование термической стабильности наноиорошков Изучение процессов агломерации и структурирования наноиорошков Разрабохка методов пассивации, деахломерации и микрокансулирования наночастиц

3 Со здание пысоконроизподшельною оборудования для получения наноиорошков методом ЭВГ1, основанное на разработке новых технических решений Изучение вопросов безопасною обращения с нанопорошками, включающее определение крихериев их ножароопасности, определение правил упаковки и транспортировки наноиорошков.

4. Исходя из свойств элекхровзрывных наноиорошков, развише некоторых иохенциалмнлх областей их применения, повышение фиболошческих харакхериешк смазочных материалов, применение и высохсонхерхетических материалах и процессах, синхез новых материалов, модификация клеев, создание филыровальных материалов

Во птоной главе представлены методики экспериментальных исследований Для определения энергосодержания взрывающихся проводников использовался осцилло1рафический метод, основанный на регистрации кривых тока и напряжения в контуре, Параметры электрическою взрыва выбирались с номощыо критериев подобия Для оценки некоторых характеристик расширяющихся продуктов использовался МГД- расчет

Схрукхура, форма и особенности кристаллическою строения наночастиц изучались с помощью электронной микроскопии Но данным микроскопии строились 1ис«праймы распределения частиц но размерам. Для измерения удельной поверхности наноиорошков использовался метод КЕТ Детальные исследования химического состава поверхности паночжшц проводились методами реииенофоюэмектропной спектроскопии, электронной спектрометрии и оже-снектроскопии Для определения содержания в наноиорошках активною алюминия применялся волхомомехрический метод, количество нитридной фазы анализировалось методом Кьельдаля. Фазовый состав наноиорошков определялся рентгенофазовым анализом.

Закономерности процесса окисления наноиорошков исследовались дериватографическим анализом, по изменению температуры наноиорошков и содержанию активною металла Процесс спекания наноиорошков изучался но изменению электропроводности при их пах реве и дилатометрическим меюдом.

нанопорошков фо i оме грической

Клкиулициошшн усшйчивосш суспензий исследовалась седимешационным анализа и калориметрией

Пока ш ели пожароопасное ш нанохюрошков определялись по сооикнсшушщим ГОСТ и правилам IATA. Испьиания по воспламеняемое™ нанопорошков под дсйсшием элекфостатческого разряда проводились по рекомендациям методики IÍSD STM5 1.1998

Износ докшей чрепия при испышши смазочных сосгаиов, лешровапных паионорошками, определяли но стандарту ASTM G77. Исследования микрорельефа и ynpyi их свойств поверхностей износа проводились с помощью аюмпо-силовой микроскопии

В щоьей »лаве предешвлены результат исследования зависимости свойств нанопорошков oí условий электрическою щрьша Изучено влияние ira дисперсный tocia« наиоиорошкои начального диамелра взрывающеюся проводника (i/o), ошоси1ельною энергосодержания электрического взрыва Е/Ес, {Е - jncpiия введенная и проводник, Ее - энергия сублимации метлла), давления (1') и рода i аза окружающего проводник, jirepi ии, выделившейся в дуювом рафяде (Eà), iCMiiepaiypbi газовой среды (Т)

0,30 0,25 S 0,20 р 0,15 tí 0,10 0,05

• -1(ЮКС= 1,1) ш - 2 (EŒC= 2,1) А- 3 (FŒC= 3,0) x-4(EŒc= 1,5)

• •

X

1 В в А

в

в

ОД

0,2

dn

0,3 mai

0,4

0,5

1'ис.1 Зависимость среднсиоверхпосшою диаметра частиц (а%) от начальною диаметра проводника (/¿о) при различном энергосодержании электрическо! о

взрыва {Г./Ес) юз аргон, 1' - 5 105 Па, точки 1, 2 и 3 - медный проводник, 4 -алюминиевый проводник, точки 1 и 2 получены при соблюдении условий подобия

Зависимос1ь срсднеповерхностного диаметра частиц (as) от dg представлена на рис 1. Установлено, чю уменьшение диаметра проводника менее 0,3 30 м"3 приводи! к снижению as гем сильнее, чем меньше Е/Ес. На рис 2, представлена зависимость as ог Е/Ес и Р с учетом влияния на средний размер части диаметров проводников. При росте ошосигельного энергосодержания вфывающегося проводника до значения Е/Ес~ 1,5 размер чаешц бысхро снижае1ся, при Е/Ес >1,5-2 влияние энергосодержания на размер чаешц нешачшельно При повышении Р средний размер частиц заменю pacici при E/Et > 1 Начиная с d0 - 0,2 10 м"3, Е/Ес не оказывает сущесшенного влияния па средний размер час1иц (рис 1 и рис 2, кривая 7) Ошимальпым для получения нанопорошков является 1,5 < Е/Ес < 2

Рис, 2. Зависимость размера частиц а5 tri давденкя аргона 1' и удельного жего содержании Е/Ес: 1 - медный проводник do = 0,43 10"3 м, Р - 105 Па, газ Лг; 2 - медный проводник d0 ~ 0,43-КГ3 м, Р = 5-105 Па, газ Аг; 3 -медный проводите d0 -- 0,43'10" м, I' = 10й Па, rai Аг; 4 - медный проводник du~ 0,43-Ш3 sa, Р = 15'Ш5 Ш, m А* 5 -алюминиевый проводник d0 ~ 0,47- Ш"3 м, /' = 5-10s lia, газ Ас; б - алюминиевый проводник do = 0,ЗМ0* м, Р *= 5-10® Па, газ Аг; 7 - алюминиевый проводник, d„ =¡ 0,2*10"3 м, газ Аг, Р щ lO5 (fa

Ряс. 4. Масеоиые (функции распределения наночаетт I

алюминии; 1 ~ 108 нм; 2 --а,= 130 им; давление аргона Р ~ 1,510^ 11а,

Е/Е,. = 2,Ы0 = 0,38- Ю"3 м

Рис. 3. Изображение блочной структуры частиц

Влияние энергии дугового разряда (Е0) на дисперсность напонорошков металлов проявляется при значениях Е/Ес < 1,4, с ростом Ед а, также растет. При Е/Ер > 2,5, средний размер частиц практически не зависит от Ед. реальных условиях получения порошков (Е/Ес ~ 2) влияние параметра на дисперсность порошков металлов выражено слабо и его можно не учитывать.

При понижении температуры (Т) рабочего газа до минус 5 °С в порошке «аймодагочеи частицы, имеющие блочную структуру (рис. 3). Размер кристаллических блоков в частице не более 10 нм. С ростом температуры размеры частиц растут (рис. 4). Из рис. 3 следует, что частица формируется вследствие объединения мелких структурных элементов (кластеров), образующихся на ранних стадиях процесса расширения продуктов взрыва.

Исследования частиц металлов показали, что форма частиц изменяется от неправильной (при размере частиц десятки нанометров) до сферической (при размере частиц сотни нанометров).

Объемная часть металлической частицы содержит большое количество дефектов: дислокации, дефекты упаковки, границы между блоками двойников.

Поверхность частиц имеет сложное строение. Па примере частицы никеля (рис. 5) показано, что имеется эиатаксия оксидного слоя на поверхности металла. Эпитаксильный слой имеет i юли кр иста ллическую

структуру. В некоторых местах поверхности оксид никеля образует пирамиды росса (рис. 5, с). Толщина слоя оксидной фазы 2-10 ни. Результаты анализа снимка рис. 5, с Применением Фурье преобразование изображения (№Т) показывают': зона «а» - рефлексы па FKF имеют вид протяженных тяжей, что указывает па существование дефектов упаковки; «б» и «в» - монокристалыше зоны; «г» « зона энитаксильнош контакта фаз Ni и NiO; «д» рефлекс №Т от фазы NiO. lia поверхности оксида металла находится слой оксокарбида шш карбида (карбоната). В контакте с углеродными фазами находятся гадроксидные фазы, что свидетельствует об (ютровковом характере углеродных фаз. Вероятно, при взаимодействии порошков с воздухом, вследствие диффузии кислорода, под углеродной клепкой формируется слой оксида, а па поверхности частицы, в контакте с углеродными фазами, слой гидроксидной фазы.

■ННЯ В Ш' 1

JflHlbl Щ;.

шИ V

■ ЯКЯВВНЯЕ шшт

Рис. 5. Фрагмент частицы никеля диаметром 2 S им

1 0U т 140

1 20 —--

10U ■f 00 60 40 20

+ -1

я-2

0,5

1.5

Е/Ес

2,5

3.5

1'ис, 6. Записиm»i;tj■ коице1 г грации химического соединении С » порошке (а) и с])ед11е)юверхносгно1Й диаметра частиц (б) от К/Кс\ для рис. (а) - 1, 2 - AtN; 3 - АЬО,; для точек 1 dn - 0,1-1" ' м, дин 2 d0 = О.ЗЫО'3 м, давление азота 105 На; для 3 d0 -0,3 ) • ] 0J м, содержание О, «атмосфере Лг 12 % об., 105 На; для рис. (б) - 1 - взрыв алюминиевого проводника в атмосфере N2; 2 - взрыв алюминиевого проводника в NlJj, выход A1N 100%; 3 изрыв алюминия и смсси газов Лг - Oj (20% об.), содержание »порошке 100%, d0> (0,3 0,38}-lff3 Ю^ На, $/Ее = 2,0

Частицы химических соединений (оксиды и ншриды металлов) образуются при взрывах проводников в активных газах (N2, NH3, О2) или их смесях с аргоном Форма часшц порошков оксидов, например А1203, Тг02 -правильные сферолигы с незначительно выраженной огранкой Порошки AIN, TiN, ZnO имеют неправильную форму, четко выражена охранка часшц

Копцешрация химического соединения в порошке определяйся энергосодержанием взрывающегося проводника (рис 6, а), хсопценграцией активного газа в инершой агмосфере и давлением газовой среды В условиях эксиеримеша среднеповерхносшый размер порошков нитрида алюминия, полученных при Е/Ес > 1,5, лежит в ингсрвале размеров (40 - 60) нм и, также хсак и содержание A1N в гюрошке, практически не зависиг о г величины энергосодержания взрыва (рис 6 а, б) В отличие ох панонорошков мегаллов, связь между диаметром проводника и средним размером часгиц для наноиорогшсов A1N не обнаружена

Выход ншрида алюминия (CA1N) слабо увеличипаегся с ростом давления азота при Р - 105 На, CA|N ~ 80 % масс , при Р = 15 105 Па, CA1N ~ 98 % масс. Средний размер частиц алюмоншридной композиции медленна расгсг с ростом давления- при Р = 105 Па, as ~ 42 нм, при Р ~ 15 105 lia, -86 нм

Средний размер часгиц А1203 растет с росгом Р и процехптюго содержания кислорода в инертной среде При увеличении давления с 10s Па до 4 105 Па, врастет с 49 нм до 108 нм С увеличением концентрации ()2 в газе с 4 % об. до 20 % об средний размер частиц увеличипаегся с 43 нм до 58 ни

Выход океггда алюминия (Сд^оз) в гюрошке увеличивасгся с росгом Е/Ес (в облает Е/Е,. < 1,5) и с концешрацией 02 в Аг При повышении концентрации Ü2 в аргоне с 4 % об до 20 % об , содержание оксида алюминия увеличивается до 100 % масс

Порошки химических соединений слабо агломерированы Изменение «лепепи агломерации и среднего размера частиц при длшельном хранении порошков не обнаружено.

Изменение параметров взрыва (в основном концентрации акхивною газа) ггозволяет получать порошки алюмонитридной композиции -содержащие химическое соединение (A1N) и активный мегалл на уровне о i дельной частицы (Al).

Из снекгров элементного анализа состава поверхности нанопорогшеов гсомиозиции (40 мае %А1 - 60 мае. %AIN) следует, чго все часгицы содержат азот примерно в равном относительном количестве. Количесгво частиц алюминия, в которых азог огсугствует, герайне незначгггелглю Характерно, что морфолошя таких частиц соответствует морфологии частиц Al, гголученных при взрывах в газовой атмосфере при пониженной темиерагуре Огсгода можно сделан, вывод, что образование нитрида алюминия происходит гфи взаимодейсгвин основной массы частиц с азогом, с

сохранением металлической фазы кол слоем A1N. Из исследований капо порошков с помощью электронной микроскопии, следует, что рост вшридной фазы происходит из первоначально образовав) uci оси зародыша по чипу дендритом. Параметры кристаллической решетки наночастиц соотнетстнуют ic ко ai чшалыюй фазе AIN: dlOO = 2,7 Â и d0(>2 = 2,5 Л. В поверхностных слоях AIN частично окислен до AliOj и гидролизован до А1(Х)Н и А1((Ш)я- Толщина этих слоен составляет величину порядка 60 -90 Â.

Рост чаешц металлов продолжается после завершения процесса ЭВН при относительно низких температурах вследствие их спекания между собой и связан с температурой плавления компактного металла, lit!

SU)

ю

зп

и) а

а б

1'ие, 7. Гистограммы распределении то размерам и микрофотографии частиц порошка цинка: N число частиц, а - размер частиц; диаметр проводника d0 ~ 0,38'Ш м, давление аргона Р - 2-líf На, Е/Ес — 2,2; (а) - исходный образец, (б) обработанный ультразвуком

Па рис. 7 представлены гистограммы и изображения частиц цинка, полученных при температуре рабочего газа О. ..минус 5 "С. Перед контактом с воздухом ампула с порошком охлаждалась до температуры жидкого азота. После обработки спиртовой суспензии частиц цинка ультразвуком (объем суспензии - К) мл, частота ультразвука 27 кГц и мощность генератора 120 Вт), частицы разрушились на навючастицы с размерами а„ = 36 нм, а„ = 52 нм, а„, 12 нм (рис. 7, б); а„ и ат сред нечисленны ti и средне массовый размеры штшгетишш). Часшцы цинка, полученные при таких же параметрах ЭВ11 и пассивированные н обычных условиях, выглядят' как плотные сферы без особенностей внутренней) строения, не разрушаются под воздействием ультразвука («„ — 74 нм, мл - 107 нм, «,„= 147 им). Естественно предположить, ч то при пассивации в обычных условиях вследствие повышения температуры образца происходит коалесценцая частиц мелкоразмерной фракции и понижение дисперсности порошка.

Дли исследования закономерностей спекания нанонорошков различных металлов, порошки и таблетки из них нагревали в токе аргона с измерением их электропроводности. Точка резкого падении сопротивления

образца спиде х ел ьсхвует о процессе спекания части с образованием между ними юковых кошакшв

Сравни 1СЛЫШС резулыаш измерения сопротивлении прессованных таблсток и слоев порошков представлены в хабл 1. В таблице значение Тц соохвстствуст температуре резкого понижения сопротивления образцов, Ме" - содержание акшипого металла В связи с неоднозначноешо определения для некоторых порошков точки Тк, в таблице также представлены данные но конечным значениям хемнерагур (Г,), при которых снижение сопротивления образцов прекращается

Из табл 1 следует, что порошки легкоплавких металлов - А1, Ум, 8п и мою! начальную температуру спекания не более 40 °С Близкие значения получены и для прессованных 'таблеток 7л и 8п Величины температур для образцов, как леисоплавких, так и тугоплавхеих металлов, имеюх один порядок, за исключением хаблеток напонорошка алюминия Большее значение начальной хемпсратурт.1 списания хаблетки из А1(Аг) обьясняехся высокой химической активностью металла В условиях охраниченной диффузии адсорбированною кислорода воздуха из обх.ема таблехки первоначально происходи х не разрушение оксидного слоя, а его рост

Таблица 1 - Сравних'ельные резулыахы шмерсиия сопротивления

Порошок (атмосфера рабочего газа) й„ IIM Me", % масс Начальная гемперахура снижения сопротивления

Таблетхса Порошок

TR,° С Тн, °С т„°с

Cu(N2) 66 88,5 150 100 290

Ni(Ar) 74 - 150 145 350

Al(Ar) 136 88,4 -400 30 350

Zn(Ar) 140 94,9 20 <20 100

Sn(Ar) 120 - 30 <40 140

Образец пассивированохо порошка меди был xiaiper до темперахурхл 100 °С (около 10 % от темххературы плавления компактнох-о металла ТН1) и медленно охлажден Из рис 8 следуех, что при гермообрабоисе между частицами происходит образование шеек:, кохорые, верояхпо, и охвстствехшы за элехстричсский копхакт между частицами Термообработка нринодих к заметному уменьшению числа частиц с размерами менее 30 пм, т. е наблюдается плавление мелких частиц с последующей их 1соалесценцией

Из изученных металлов наиболее химичесхси инертным является серебро При спекании напочастиц серебра, оксидные слои, образующиеся при кош aie 1С часхиц с воздухом, не будух ограничииахь коалеецеицию частиц, как для других металлов Исследования влияния среднего размера часхиц ixa величину дилагомехрической гемперахуры Од) таблеток из

порошка серебра показали, что до« часгиц Ag со средним размером as ~ 380 dm, ^ 270 "С (28% от 7;„); для as = 127 им, ТдШ 160 °С (17 % от ГН1); дляй,= 90 ям, Гй-= 14» ч; (15% ш Т,п).

iii 1 Пш

а, шч

а б

Г не. 8, Изображение и тиетчлраммы часгиц меди исходных (а) и прошедших термообработку при 100 °С (б)

Ш ишературйй и'Ажхтно, что у частиц с размерами 10-20 нм температура плавления металла снижается всего на 25-30%. Из представленных данных следует, что спекание пассивированных электровзрыипых порошков возможно при температурах существенно ниже Тш компактного металла, несмотря на то, что основное число частиц имеет размер более 20 нм. Термический анализ (DTA) порошка Ag с удельной новфхноетью 2,9 мг/т в атмосфере аргона (измерения проводились в Национальной Лабораторией Лос-Аламоса, США) показал, что при температуре 215 220 "С наблюдается экзотермический ник с энергией 38,73 кДж/кг (около 37 % or шшшы щщвления металла). Выделившаяся энергия может приводить к саморазогреву частиц и таблетке и росту локальной температуры. Из полученных данных можно предположить, что температуры спекания и плавления нанонорошков определяется не только размерным фактором и температурой штиления металла, но и структурой наночастиц.

Общим свойством «сех. малых. шташичоекик частиц пашется их ai жмерированность. В процессе получения, в. электро взрывных паноиорошках образуются объемные агломераты из частиц — фрактальные кластеры. Исследовании фрактальной размерности (D) нанонорош ков алюминия показали, что се неличина лежит и интервале 2,57 < D < 2,93 и растет с ростом средней) размера частиц. Из свойства самоиодобии фрактального кластера следует, что увеличение дисперсности порошков приводит к увеличению среднего размера агломератов в порошке.

Величина фрактальной размерности позволяет указать вероятный механизм сборки фрактального кластера. Из сравнения с литературными данными следует, что величина D электровзрывных нанопорошков имеет приблизительно среднее значение между фрактальными размерностями кластеров, образованных прилипанием отдельных частиц, двигающихся но

линейным траекториям, и частиц, лишающихся но траекториям, определяемыми броуновским движением. С фракгалыюй размерностью связаны такие технологические характеристики нанонорошков, как насыпная плотность- р(г) - Ро(г,/0Ы\ где р0 - плотность мекнига, г, - средний радиус часшц, г - радиус граничной сферы, в которой наблюдаются фрактальные свойства вещества. С ростом размера частиц и фрактальной размерности насыпная нлошость также растет, а пористость нанонорошков уменьшается.

Графический анализ показывает, что распределение по размерам для частиц алюминия соотвегствует логарифмически - нормальному типу распределения и удовлетворительно линеаризуется в логарифмически -всроягноегных координатах Но данным ряда авгоров, модель росга частиц в процессе гсоагуляции асимптотически приводит к пормальпо-логарифмическому распределению но размерам Исходя из харакгера распределения и сгрукгуры частиц металлов рис. 3, можно сделать вывод о формировании дисперсной фазы в результате гсоагуляции югасгеров с размерами менее 10 нм, образующихся на начальной стадии процесса

Котовым с соавторами было устагювлено, что существует некоторая радиальная скорость потери проводимости, гсоторая зависит ог плотноеш введенной в проводник энергии, в обласги эггергий меньше энергии сублимации, и остается постоянной при энергиях, равных или больших энергии сублимации вследствие термической ионизацией вещества проводника Из экспериментов Седого следует, что при достижении Ес элекгропроводноегь нроводншеа становигся мипимальхюй. Извесгно, что гермичсская ионизации начинается при достижении фазовой траекторией металла биподали Отсюда и из данных литературного обзора естественно предположи г ь, чго, но крайней мере, ггри Е < Ес, в режимах ЭВ11, иеггользуемых для получения гганопорошков, значительная часть металла проводника находится в жидком состоянии, а ггересечение биподали фазовой траехсторией продуктов взрыва происходиг при Ес

Из МГД-расчета (рис. 9) реалыюго режима взрыва хгроволоки следует, что начало замешого движения гсонтактхгой поверхности "проводник -окружающий проводник газ" приходится на значение Е ~ Ес (полная энергия, введенная в проводник Е/Ес ~ 1,9), т. е в момеш досгижении фазовой траекгории бинодали, и приблизительно соответсгвуег магссимуму разрядного тогса Ранее Банков гюлучил данные, также свидетельсгвующие, что начальная ючка электричесгсого взрыва приблизителыю соответствует энерг ии сублимации Таким образом, доля энергии Е > ЕСУ вводи гея в проводник на спаде геривой тогса в ионизованные расширяющиеся нродукггл взртлва.

Можно предположить, чго избытогс энергии Е > Ес переходит в кинетическую энергию разлета ггродугстов взрыва и дальнейшею существенного перегрева вещества не ггроисходиг С другой стороны, из экспериментов следует, что средний размер частиц металлов и химических

соединении нри К > 1,5ЕС слабо записи г о г энергосодержания вфывающсхося проводника (рис 2 и 6, б)

По мнению ашора, эхо спиде гельс туе I о юм, что образование дисперсной фазы нри прочих равных условиях в основном определяется долей лгср1 ии Е <1,5 Ес, а не всей энергией, введенной в проводник.

Пеносредс1венно процесс

разрушения проводника, вероятно, определяв 1ся кластерным строением жидких металлов Процесс плавления представляет собой кооперативное изменение харакхера движения 1ахастеров ох хсолеба тельного к случайному - броухювекому Очевидхю, чю тахсой процесс наиболее лехко начииасхся на поверхности тела, где имсстся болг.ше возможностей для образования хрупповых или одиночных вакансии по храиицам кластеров, которые хс юму же слабее связаны друх с другом, чем в 1лубшхе проводника Первопачальхю вскипание всхцесхва хахсже будст равняться в поверхностных слоях проводника. Верояню, эхим о&ьяагястся радиальная скорость потери проводимости проводником нри ЗИП

Из представленной хсачественной модели, используя фупдаменталынле закономерности хсоах уляционпохх) роста дисперсной фазы, сравнихельно просто описан, процесс формирования напочасгиц в зависимости от параметров взрыва Скорость коахуляции (Мс1(=4к'1 \2/Зг] (у - суммарная хсопценхрации хсласхеров в данный моменх времени f, к — постояхпхая 1>ольцмана, Т - хемперахура, ц - вязкость среды) и имеет более резкую зависимость ох копцешрации кластеров, чем от температуры.

С ростом Е/Ес скоросхь разлеха продукхов взрыва увеличивается, концетрация коа1улируювхих класхеров быстро понижается, средний размер образующихся частиц становится меньше С увеличением давления газовой среды, охсружающей проводник, нродукхы ЭВП охлаждаю юя быстрее. Однако копцепхрация коагулирующих кластеров 1акже возрастает В конечном смехе, нри росте давления объединяется большее число кластеров, и средний размер частиц растет В свою очередь длихельносхь процесса коахуляции будет определяться начальным диаметром взрывающегося проиодпика Чем меньше диамстр ххроводника, тем быстрее охлаждаются нродукхы хирыиа (характерное время процесса ххропорционалыю с1о) Также с уменьшением диамехра проводника падает концсиграция коахулирующих часхиц Соохвехстпешю, за время охлаждения продуктов взрыва объединяется мепынее число кластеров. Понижение температуры хазовой

г} лтя 2

1Ц 11/1 11,4

и

Е/Ес 2

Г ■ям*

- - - ч •М- 7

\

л г.'"®' М- «л/ Г 2

0,3 1'Д

Л пгге/:

и,8 о,* о

Рис 9 Данные МГД - расчета 1

зависимое п. Е(г)/Кс, 2 .мнисимосн, »(г), и женериметпе и расчете ишользонался медный проводник

среды также приводах к более быстрому охлаждению продукт« взрыва, снижению скорости коагуляции кластеров и, соответственно, к уменьшению размера частиц. При относительно небольших значениях Е/Ес, когда концентрация кластеров велика, энергии, выделившаяся « душном разряде, увеличивает температуру и скорость коагуляции, размер частиц растет. С ростом Е/Ес скорость разлета продуктов взрыва увеличивается, концентрация кластеров быстро понижается, и энергия дугового разряда оказывает' всё менее существенное влияние на размер частиц.

Исследования характеристик частиц алюмонитридной композиции, зависимости дисперсности напопорошкон оксида и нитрида алюминия и содержания химического соединения в порошке от параметров электрического взрыва, а также сравнительный анализ величин теилот образования химических соединений и испарения металлов показывают, что формирование химических соединений протекает в парофазной области (А12Оэ) шш на поверхности частиц вследствие диффузии активного компонента (AIN).

При азотирования образуется твердый продукт реакции, происходит прекращение процесса коагуляции кластеров, и рост частицы останавливается. При окислении, продукт реакции образуется в результате

конденсации, и рост частицы может

продолжаться, в

частности, при

увеличении давлении газовой среды. В случае реакции азотирования следует ожидать, что средние размеры частиц будут соответствовать размеру кластеров и составлять не более 10 нм. Однако реальные размеры частиц

композиции AUA1N существенно выше (средний размер около 50 нм). :->i'o свидетельствует в

пользу того, что коагуляция кластеров начинается до перемешивания основной части продуктов взрыва с окружающим проводник газом.

Принципиальная схема формирования наночастицы изображена на рис. 10. В зависимости от рода газа (Аг, N2 или NH3, Ar + 02) и металла проводника образуются частицы металла либо частицы оксидов (на схеме

1 г

© о ;

t. » "о" о.а о о*..

- ■*£>©v

О а й %|

%Ш13 AIN

[AU

1'ис. 10. Формирование частицы: 1 - кластеры, 2 -атомы металла, 3 - атомы инертного или молекулы химически акт НЛО го газа, 4, 5 - структура частицы, 6 - частица композиции МИ-А!, 7 - углеродные фазы, 8 - гидроксидные фазы, 9 — аморфная фаза, 10 ■ кристаллическое зерно, 11 - оксид металла, 12 -коры, 33 -■■■ фрактальный кластер, 14, 15 - частицы Л1203, 16- частица композиции А! - Л1203.

А1203) или нитридов (па схеме A1N). Штриховой линией обозначена условна« îpaimna потери сплошности продуктами взрыва Строение обьемной части частицы (аморфная фаза, кристаллические зерна, поры) преде ишлено на основании модели частицы Яворовского

Чстсрпш i лап» диссертации посвящена технологическим вопросам получения панопорошков методом электрического взрыва В главе представлены конструкции модернизированных элемешов установки но получению панопорошков, резулыаш исследования процессов пассивации, деаишмерации и мшсрокансулировапия панопорошков металлов, критерии пожароопасноети и классификация панопорошков по классам опасности

В 1 отаве проведен анализ работы элементов существующего оборудования, ошечены конструктивные недостатки, ограничивающие иадслшоеп. и производительность их работы Предложены технические решения позволяющие увеличить надежность и частоту работы (число взрывов в секунду) установки

С учетом особенностей движения аэрозоля при последовательных взрывах проводников предложена конструкция фильтра для улавливания чаешц Конструкция филыра учитывает инерционное движение частиц под воздействием тазодипамическото потока, возникающего при взрыве, и накапливание порошка в зоне засюйной относительно основного потока iаза Модернизирована конструкция реактора с целью ортанизации эффективной эвакуации нанонорошка под действием газовых потоков, позпикакицих при взрыве проводника Предложено техническое решение конструкции сепаратора для удаления из газового потока крупных частиц с размером более 500 нм Для коммутации высоковольтного импульса было предложено использовать управляемый механический разрядник, срабатывающий при касании проволокой высоковольтного электрода Применение механического разрядника позволило избежать возникновения коронного разряда при загрязнении поверхности изолятора металлическим нанонорошком В шжс время, при получении массовых количеств панопорошков его работа отличается высокой надежностью

Модернизированы конструкции механизма подачи проводника и датчика длины проволоки, предложенные Котовым с соавторами. Это позволило увеличить надежность их работы и упростить обслуживание Предложено включить в состав установки, следующие дополнительные шемешы* системы охлаждения рабочего таза и эвакуации панопорошков из установки без кошакта с окружающей атмосферой, циклон и механический фильтр, предотвращающие попадание наночасгиц в реактор с обратным потоком таза Схема модернизированной установки представлена на рис 11. Частота работы установки около 1,5 Гц Изменение конструкции основных узлов установки позволили увеличить ее производительность не менее чем в 2-3 раза относительно производительности существующего оборудования (частот работы 0,5 - 0,6 Гц)

Рис 11 Принципиальна» конструкция установки- 1 - реакюр, 2 - секция высоковольтного ввода и механического разрядника, 3 - высоковольтный изолятор, 4 высоковольтный электрод, 5 - проволока, 6 -охладитель потока там, 7 - сепаратор, 8 -секция механизма подачи с катушкой проволоки и датчиком длины проволоки, 9 -вентиль, peí улирующий скорость газового потока, 10 - филыр улавливания порошка, 11

- бункер (стакан) для накопления порошка, 12

- вентиль отсечки; 13 - центробежный вентилятор для ортанизации движения газа в циклоне, 14 - элсктродвш ai ель привода вентилятора, 15 - циклон, 16 - тканевый фильтр, 17 - вентили для очистки тканевого фильтра внешним потоком таза, 18 -центробежный вентилятор, 19 электродвигатель привода вентилятора, 20 охладитель потока таза, 21 - обратный клапан, 22 - заземленный электрод

В главе приводятся результаты исследования процесса пассивации нанопорошка AI и Zn Установлено, что при способе пассивации,

применяющемся в настоящее время

т°с

50 ~ШГ t, мин_

130

(напуск воздуха в емкость с нанопорошком в течение 3 суток), температура в обьемс нанопорошка возрастает до 50 . 80 °С, что приводит к спеканию

мелкоразмерной фракции Для оптимизации режимов пассивации исследовалось влияние на температуру нанопорошков и содержание активного металла в порошке концентрации 02 в пассивирующей атмосфере, скорости потока газа - пассива гора через образец, влияние паров воды. Из экспериментов следует, чю присутствие паров воды в пассивирующей атмосфере несколько интенсифицирует процесс окисления порошка (рис 12) Кривая 2, вероятно, является интегральной зависимостью процессов, описываемых кривыми 1 и 3 Исходя из скорости изменения температуры (ЛТ/Л^02 = 0,15 °С/с, (Л'1/Лг)цго - 0,04 °С/с, и продолжительности процесса окисления до максимума кривых 1

Рис 12 Зависимость температуры порошка алюминия от времени и состава тазовой смеси 1 - содержание |02] в аргоне - 5 % об; 2 -содержание [02] в аргоне - 5 %, с нарами НгО, 3 - аргон с нарами Н20, во всех экспериментах скорость

и 3, можно сделан, вывод, чго на нервом этапе порошок в основном взаимодействует с кислородом, на втором - с нарами води Пассивация панонорошков искусственными тазовыми средами (смесь 02 с Аг), с концентрацией кислорода в артоне менее 2,5%, позволяет поддерживать температуру порошка алюминия ниже 50° С

Установлено, что ттри пассивации порошков Al и Zn сухим воздухом оптимальная скорость потока таза составляет V< 5 мл/мин.

а б

1'ис И 1 исю1раммы и характерные июбражении порошка цинка, полученного » атмосфере азота рис а исоросп. потока воздуха V< 5 мл/мин, Syr)~ 15,9 м2/г, расчет из i иыотраммм as ЗУ нм, рис б - скорость потока воздуха V> 25 мл/мин, Syà ~ 7,44 м'к, расчет инисютраммы«, = 104 нм, условия ЭВП 1аз азот, Р-0,5 10® 11а,

i/o =0,3 103 м, K,'hc ~ 2,0 Исследоттпия дисперсною состава ттанонорошка цинка (рис 13) показывают, чн> при указанной скорости потока воздуха ею удельная поверхность возрастает с 7,44 м2/т (пассивация в стандартных условиях) до 15,9 мг/т, а максимум 1исютраммы распределения частиц по размерам смещается и область меньших размеров

Процесс окисления панонорошков алюминия характеризуется самоторможением При достижении определенною количества оксида на поверхности частиц окисление прекращается Количество образующегося в порошке химического соединения практически не зависит от состава 1азовой атмосферы (Ar f О;, Ат + 02+ Н20, Аг+ Н20) при исследованных параметрах процесса пассивации

Исследования пассивации панонорошков жидкими углеводородами позволили установить, что для высушенных после обработки растворителем панонорошков алюминия, цинка и меди - гексан, пепган и бензол не могут выступая, пассивирующими средами. Наиболее эффективным жидким нассипаюром для порошков изученных металлов является керосин, который сохраняет свои пассивирующие свойства для порошков меди до температуры Т< 155 "С, для порошков алюмииия, Т< 145 °С, для порошков цинка, Т < 120

При изучении процессов деагломерации и микрокаисулирования паночастиц металлов получены следующие результаты Использование добавок химически активных тазов, также как и растворение поверхностных

оксидных слоен и шеек между наночастицами, приводи! к их деагломерации, однако при лом существенно снижается содержание акшвною меишла

Процесс нанесет«! ор1анических пленок (бу1илацега!а, изооктана, мономера стирола, нафталина) ш 1азовой среды сложен, плохо контролируем« и не пригоден для применения в гехполошческом процессе При использовании паров органических вещесш, деапюмерации и микрокансулировапия часшц не происходи!, i е. сплошные пленки, защищающие поверхность частиц, не образую1Ся При взаимодейс!вии «юрячих» часшц с нарами углеводородом или мономером, н газовом пошке на поверхности частиц образую юя соединения алюминия с ушеродом. Порошки ак!ИВПо взаимодействую! с водой с выделением 1азообразных углеводородов, преимущесшенно СП4 Воздействие мощной улыразвуковой обработки (до 2 5 кВт) 1акже не приводит к деагломерации нанопорошков,

более того, имеет месю их замешай агломерация

Нанопорошки шноминия и меди, полученные в api one, порошок меди, полученный в азоте, заменю деагломерируются под действием ультразвука (мощность 0,8 - 1 Вт/см3, частота 27 - 35 кГц, время обработки 10 - 15 мин) в этиловом cnnpic, при добавлении небольших количесш вещесгв, образующих хелашые комплексы с используемыми металлами, к суспензии перед ее обработкой улыразвуком При получении наночасшц при температуре рабочего 1аза пе более 5 °С процесс деагломерации ишеисифицируется (рис 14) Об лом можно судить но высокой устойчивосш 0 5% снирювых суспензий нанопорошков, которые полностью не седиментируют за время более 7 суюк Эю соотвегсгвуе1 размерам частиц, меньших 200 им, что можно расцепшь, как практически полную деагломерацию порошков (средний размер исходных частиц cociaarmei около 100 - 150 им). Указанная степень деагломерации достигнута на следующих системах.- панонорошок меди, обработанный рас тором грштаиоламина (0 2% масс) и pací вором 8-оксихинолин (7 7% масс), - нанонорошок алюминия, обрабошнный

Рис 14 Седиментация порошка алюминия и ширю 1 - алюминий, шрыв в арюне, охлаждение жидким азогом, процесс седиментации непосредственно после получения, 2 - седиметация образца после пассивации и хранении на воздухе в течение 3-х недель, 3 - получение при 5° С, образец обработан раствором илльмишновой кислоты в юлуоле, излишки кислоты удалены этилацетатом

раствором 8- оксихшюлип (7 7% масс.), обработанный раствором ализарина (1 4% масс ) и обработанный раствором трилона Ь (4 2% масс ) Количества 1IAU указаны по отношению к массам сухих порошков

Наиболее эффективно микрокансулирование порошка алюминия, полученного в рабочем 1азе с температурой менее 5 °С, пальмитиновой кислотой в среде толуола при воздействии ультразвука с последующим удалением избытка кислоты тексапом или этилапетатом (рис 14, 1рафик 3) Мшсрокапсулироваппый папонорошок имеет высокую седиментационную устойчивость и не взаимодействует с водой при температуре се кипения

Изучены критерии пожароопасное ги (труппы горючести, воспламеняемости при воздействии малокалорийного источника зажитания, скорости распространения пламени) для нашшорошков алюминия, меди, никеля, цишш, железа Определен объем газа (водорода и аммиака), выделяющегося при взаимодействии с водой нанопорошков алюминия и алюмонитридной композиции Установлена возможность воспламенения панопорошка алюминия и микрокансулированпого напонорошка алюминия под воздействием разрядов статического электричества, которое может запасти тело человека Проведена классификация нанопорошков но классам опасности, определены требования к упаковке и условиям безопасной трапепор т ировки нанопорошков

В ииюй uiauc рассматриваются некоторые области применения электроизрхдвшлх нанопорошков.

Изучение смазочных составов, лешроваппых наноиорошками металлов, представляет определенный интерес для получения смазок с улучшенными свойствами. Для модификации выпускаемых смазочных материалов (масло И-20, масло А-8, смазка JÏ3-31, смазка Лигол-24) применялись напопорошки Си, Zn, латуни и сплава Pb-Sn. Исследования профилей деталей трения (вращающийся вал - неподвижная колодка), что величина износа зависит от того, какая из деталей подпертлась закалке до твердости 50 HRc. подвижный вал или неподвижная колодка (габл 2). Аналогичный эффект наблюдается для зависимости коэффициента трения (/) от пути трения Снижение износа и величины / для всех исследованных образцов наблюдалось при закалке вала При закалке колодок некоторое снижение износа наблюдалось только при применении масла, легированного наноиорошками латуни и цинка. Следует отметить, что улучшение нротивоизноспых характеристик смазочных композиций прямо не связано с величиной /. Паименытшй коэффициент трения наблюдается при использования напонорошков меди и латуни, при нагрузках около 800 II, а снижение износа наблюдается для всех составов легированных наноиорошками - Си, Zn, сплав Си - Zn)

Проведенные эксперименты показы наго г, что износ детали трения и величина коэффициента трения зависят не только ог состава смазочной композиции, но и от твердости поверхности детали трения Вероятно,

образование плакирующих слоев обусловлено не только химическими, но и механическими процессами внедрения наночастиц в поверхностные слои детали трения, которые, в свою очередь, определяются твердостью металла С помощью метода 1'ФЭС в приповерхностных слоях было обнаружено присутствие элементов меди и цинка до 1лубины 0,2 мкм с неравномерным расположением по поверхности, что подтверждает диффузионный характер в»аимодейсгшга нанопорошков с поверхностью детали трепия

Также износ деталей трения связан с природой базового масла, легированного нанопорошком. Данные противоизносных испытаний в масле А-8 показывают, что в отличие от масла И-20, наименьший износ деталей трения наблюдается при использовании напогюрошка меди

Таблица 2 - Данные сравнительных испытаний масла И-20 лет прошитого нанопорошками

Смазочная композиция Величина износа (ширина канавки) колодки, мкм

Закалка вала Закалка колодок

Масло И-20 1635 750

И-20 + наноцинк 1000 729

И-20 + нанолатунь 1030 675

И-20 + наномедь 1437 937

Рис. 14 Профили колодок

Результаты нротивозадирных испытаний показывают, что введение в базовое масло нанопорошков металлов увеличивает значение натрузки схватывания на всех испытанных составах. Наиболее эффективно применение нанопорошков Си, величина нагрузки схватывания возрастает в 1,83 раза

Наиболее перспективно применение нанопорошков в пластичных смазках, т. к при этом отсутствуют проблемы, связанные с оседанием дисперсной фазы Легирование пластичных смазок Л3-31 и Литол - 24 нанопорошками сплава РЬ - Бп и Си привело к снижению относительного уровня вибрации подшипников на 76 - 84%.

Присадки к моторным маслам на основе электровзрывных нанопорошков меди, латуни и цинка доведены до товарного уровня и выпускаются мелкосерийными партиями под торт овым названием «Гарант — М». На рис 14 изображены фра1 менты профилей колодок после проведения трибологичееких испытаний в чистом масле И-20 (а) и масле И-20 с добавкой присадки «Гарант-М, тип В» на основе нанонорошка латуни (б)

Также перспективно применение электровзрывных нанопорошков в высокоэнергетических материалах и процессах. Порошки алюминия микронных размеров широко используются для улучшения энергомассовых и баллистических характеристик высокоэнергетических конденсированных систем, в том числе, таких как термиты, взрывчатые вещества, пороха,

ракетное тшшшш. Из-за большой площади удельной поверхности здю&тровзршшыю папочастицм алюминия могут обеспечить ряд преимуществ над стандартным алюминиевым порошком, в частности, л отношении скорост и горен и«.

(:ра«шишлг,нмс испытания нанонорошка амюмшшя, производимого нами (торговое название A1JBX), м промышленного порошка алюминии показа ни, что дли порошка А1,КХ эядагермическаб процесс начинаете» при температур ниже точки плавления алюминия. 'Готда как порошок алюминия с размером около 20 мкм не ротирует с воздухом и азотом примерно до температуры Ш00 "С. Также, нри сгорании п воздушной ударной трубе, АТНХ имел задержку возгорания только 3 мке, по сравнению с задержкой л 600 мке дли алюминиевого иорошка со средним диаметром частиц 3 мкм. В смесях с окислителями Ai.HX показам увеличение скорости детонации от1 4380 м/с до 5070 м/с. Добавка обычного круiшодшяlepcnoiо порошка шш>мшши нс оказала заметного влияния на скорость детонации. При замене индустриального алюминия порошком AlJiX, для составов на основе ТНТ, ¡»>ст скорости детонации составил 200-300 м/ееж, а также в ряде зарядов было отмечено возрастание брша«гиосш до 27%. Применение каноразмерных порошков алюминия позволяет улучшить характерней!ки и гибридных ракетных двигателей. При добавке 10% А1.НХ к гранулам на резиновой основе (ПЛИ), импульс увеличивается на 70%, а процесс горения становится более равномерный но сравнению с горением чистого НТРВ.

___ Шил

fffeff '; ' ОТУ'iii&^fS^?! Рис- 16. Характерное

JtB&U-Uyi изображение

1*ис. 15. Характерные изображена* порошка имюшюкон дамадкь

вольфрама (а) и карбида вольфрама (б): стрелкой ««ДРОкоадных фаз

ялюмитши

указаны трощшш н «ндянядуалыгых частицах WC

Другое потенциальное применение электровзрьшных нанонорошков -:ш> синтез иптермсталляческих и высокотемпературных соединений. Высокая активность паноноропосов позволяет получать соединения металлов, имеющих существенно различные температуры плавления, !)ксперимета льпо показана возможность получения из электровзрывных нанонорошков и промышленных порошков cjteдующих интерметаллических соединений: Cu/ju, АИЬ„ AINi, FcAI, FeAl a, I;e2Al5, WA14) WA15, AIt2Mo, Al^Mo, Al4Mo. ] ice реакции протекали в режиме СВС. Изучен процесс синтеза

порошков карбида вольфрама из смеси эдектровзрывных порошков вольфрама и промышленного графита (рис. Í5).

Разработан процесс синтеза нановолокон оксидно-гидроксидных фаз (рис. 16) при гидролизе нанопорошка алюмонитридной композиции, кагорый позволил упростить процесс и увеличить выход целевою продукта. Установлено, что в зависимости от температуры обработки нановолокон после гидролиза, они представляют собой либо смесь гидроксида алюминия (А1(ОН)э) и бемита (АЮОП) с небольшим содержанием неизвестной фазы алюминия (обработка при 320 °С), либо смесь у А12Оэ и кристаллических фаз А1203 (х - или т^-фазы) ■ ■ температура обработки 450 °С в течение 3 часов. При дальнейшем повышении температуры до 1150 °С и нагреве в течение 4 часов, формируется аморфный оксид алюминия. При этом нановолокна спекаются, образуя крупные частицы, размер нор в образце возрастает- (начальная насыпная плотность р « 1,55 г/см3, при температуре около 1000 °С р ~ 1,26 г/см3). Наибольша» удельная поверхность нановолокон (640 м'/г) формируется при температуре около 320° С, что соответствует данным, приведенным в литературе но процессу дегидратации гидроксида алюминия.

Проведены эксперименты по модификации нановолокнами эпоксидных к леев. Установлено, что сила отслаивания образцов модифицированных нановолокнами была выше, чем у контрольного образца приблизительно ira 30%, и практически не зависела от количества нановолокон (5% или 10% масс.). Введение в клей нановолокон до 10% масс, привело к росту сопротивления сдвига приблизительно па 12%,

Исследование дзета — потенциала нановолокон показало, что аналогично нановолокнам, полученным гидролизом нанопорошка алюминия (Иванов и др.), они также создают избыточный положительный заряд (150 -550 мВ) па границе с дистиллированной водой.

Рис. i 8. Результаты сравнительных Рис. 17. Стекловолокно (1) с испытаний фильтровальных материалов: нановолокнами оксидно- V - скорость потока воды, отнесенная к

падрокеидных фаз -<ше.ми»им единице нжицядн, i - ■ »рема фильтрации, Í21 избыточное давление нодм 2-10" 11а

Это позволило создать на основе нановолокон, стекловолокон ной (рис.

17) и полимерной матриц нетканые фильтровальные материалы дли удаления

т поды микробиологических (вирусы, бактерии, иростсйшис) и псорпшичсских загрязнений. Фильтровальный материал имеет высокую пропускную способность (рис. 18) и эффективность удержания микробиологических загрязнений 99,999999 -г 100%. (табл 3).

И настоящее время в ИФ11М СО РАН и ООО «Лквазон» освоено производство фильтровального материала (торговая марка «AquaVallis»), картриджей и водоочистительных устройств па его основе.

Таблица 3 -- Эффективность удержания микробиологических «ирлзисний _______ ________

Наименование Исходная Концентрация в Эффективное

микроорганизма концентрация, фильтрате, ть очистки, %

КОЕ/мл КОН/мл (БОК/мл)

0»О1Умл)

li. Coli 10* -г 10" 0 100

St. albus 105 ~ 10" 0 100

В. Pscncloanthracis 105 -г 10ь 0 100

Бактериофаг MS2 шМо8 0 100

ВЫВОДЫ

1. Показано, чти в условиях экспериментов кроме энергосодержания взрывающегося проводника и давления газовой среды дисперсность шнюнорошков металлов и структура паночастиц определяются диаметром проводника, температурой рабочею »•аза и температурой плавления металла. Последующие изменения дисперсности, структуры и химическою состава паночастиц «ависяг m температуры окружающей среды и условий их пассивации.

Получены количественные зависимости дисперсного и фазового состава, структурных характеристик нанопороннсоп металлов от диаметра проводника, температуры рабочею »аза и окружающей среды; энергии, выделившейся в последующем дуговом разряде; состава и скорости потока пассивирующего газа через порошок. Дополнены и систематизированы с учетом дру1 их значимых параметров электрического взрыва зависимости дисперсного состава папопорошков от удельного энергосодержания взрывающегося проводника и давления рабочего газа. Установлено, что охлаждение нотка рабочего таза не только увеличивает дисперсность папопорошков, но и ограничивает степень их агломерации. Разработаны процедуры дсагломерации папопорошков алюминия и меди и процедура микрохсансулироваиия нашшорошка алюминия, подученного при пониженной температуре рабочею газа.

2. Установлено, что при электрическом взрыве алюминиевых проводников в азоте образование химического соединения происходит па ловерхиосш паночастиц. При этом образование твердого продукта реакции (A1N)

ограничивает дальнейший рост частиц. В случае образования наночастиц оксида алюминия, рост частицы может продолжаться при повышении давления и концентрации кислорода в инертной атмосфере Средние размеры наночастиц химических соединений (A1N, А12Оз) и частиц алюмонитридной композиции (A1-A1N) меньше размеров наночастиц металла полученных в сходных условиях электрического взрыва

Получены некоторые количественные зависимости по влиянию состава газовой атмосферы, энергосодержания электрического взрыва, давления рабочего газа и диаметра проводника на выход химического соединения и дисперсность нанопорошков оксидов Al, Ti, Zn и нитридов А1 и Ti

3 Предложена феноменологическая модель разрушения проводника и формирования наночастиц Формирование частиц происходит вследствие коагуляции и коалесценции кластеров в расширяющихся продуктах взрыва и начинается до перемешивания основной массы вещества с окружающей средой Экспериментально показано, что при пониженных температурах рабочего газа возможно образование частиц, состоящих из кристаллитов (имеющих блочную структуру) Коагуляционный рост частиц определяет начальный диаметр и удельное энергосодержание взрывающегося проводника, давление и температура рабочего газа; энергия, выделившаяся в последующем дуговом разряде (при Е/Ес< 1,4)

Установлено, что кроме блочной структуры частиц в порошке реализуется еще один структурный уровень - фрактальное строение собственно порошка Величина фрактальной размерности зависит от удельного энергосодержания взрывающегося проводника и определяет насыпную плотность нанопорошка и размер агломератов

4 Показано, что спекание электровзрывных нанопорошков металлов возможно при температурах существенно ниже температуры плавления компактного металла Для исследованных нанопорошков металлов Тс„ < 0,3Тт (Тс„ и Г„, - температуры спекания наночастиц и плавления металла) Понижение температуры спекания связано как с размерным фактором, так и температурой плавления металла Процесс спекания ограничивает размеры частиц снизу и может развиваться при пассивации нанопорошков

5 Определены критерии пожароопасное™ нанопорошков металлов Проведена классификация нанопорошков металлов по классам опасности Даны рекомендации по условиям безопасной упаковки и перевозки нанопорошков

6 Разработаны новые технические решения некоторых важных элементов электровзрывной установки, увеличившие надежность и производительность её работы Проведена модернизация конструкции установки, позволившая увеличить частоту работы оборудования до 1,5 Гц

Определены некоторые перспективные области применения электровзрывных нанопорошков. легирование товарных смазок (нанопорошки Си, сплава Cu-Zn, Zn, сплава Pb-Sn), высокоэнергетические

материалы и процессы (нанопорошки Al и микрокапсулированного Al), синтез сплавов и высокотемпературных химических соединений (нанопорошки Си, Al, Mo, W), синтез из нанопорошков алюмонитридной композиции (A1-A1N) нановолокон оксидно-гидроксидных фаз алюминия и их применение для модифицирования клеев

Освоено производство нанопорошков и нановолокон, разработаны и производятся новые промышленные продукты, присадка к смазочным маслам (торговое название «Гарант М», тип А, В, С) на основе нанопорошков цинка, латуни и меди, электроположительный микробиологический фильтровальный материал (торговое название AquaValhs) на основе нановолокон, картриджи и устройства для очистки воды

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ

РАБОТЫ.

1 А с. 1112655 (СССР) Способ получения металлических порошков / Давидович В И , Яворовский H А., Лернер M И , Крысин С В - 1984.

2 А с 1150844 (СССР) Способ получения порошковой композиции / Лернер M И , Яворовский H А., Ильин А П. - 1984

3 А с 1287611 (СССР) Способ получения дисперсно-упрочненного железоалюминиевого сплава / Каратеева Е А , Лернер M И , Хабас Т А , Проскуровская Л Т , Ильин А П - 1986

4 Пат RU 2063417 Cl Восстанавливающий смазочный материал, содержащий порошки металлов / Ильин А П , Лернер M И , Давыдович В И -5057106/92, Заявлено 29 07 1992,Опубл 10 07 1996

5 Пат RU 2075371 Cl, МПК 6 В 22 F 9/14 Способ получения металлических порошков / Азаркевич Е. И , Ильин А П , Лернер M И., Тихонов Д В - 94027466/02, Заявлено 19 07 94, Опубл 20 03 97.

6 Ivanov G, Lerner M., Tepper F. Intermetallic Alloy Formation from Nanophase Metal Powders Produced by Electro-Exploding Wires // Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials - 1996 - Vol 4 - P 15/5515/63

7 Tepper F, Ivanov G , Lerner M , Davidovich V. Energetic formulations from nanosize metal powders // Proceedings of the International Pyrotechnics Seminar, 24th. -N. Y , 1998 - P 519-530

8 Беляев С A , Тарасов С Ю , Колупаев А. В , Лернер M И Повышение эффективности смазочного действия путем добавления нанопорошков металлов в масло // Международная научно-техническая конференция, посвященная памяти генерального конструктора аэрокосмической техники, академика H Д Кузнецова Сб науч трудов - Самара, 2001 -4.2 - С. 204-211

9 Лернер M И, Шаманский В В. Савельев Г Г, Юрмазова Т. А Химическая реакция металла с активным газом при электровзрыве проволоки // Физикохимия ультрадисперсных систем Сб науч трудов V Всероссийской конференции - Екатеринбург, 2001 - Ч 1 - С. 140 - 144

10 Tepper F, Lerner M, Ginley D Nanosized Alumina Fibers // Bulletin American Ceramic Society - June 2001 - P. 57 - 60

11 Lerner M I, Shamansku V V , Savefev G G , Yurmazova T A Chemical reactions between metal and active gases in the electric explosion of wires for the production of nanopowders // Mendeleev communication - 2001 - V 11 -№4 -P. 159-161

12 Tepper F , Kaledin L , Ginley D., Curtis C., Miedaner A , Rivkin T , Lerner M Characteristics of nano-metal and nano-ceramic precursors // Proceedings of the American Society for Composites, Technical Conference. - 2001. - 16th. -P. 376 - 387

13 Tarasov S , Kolubaev A , Belyaev S , Lerner M , Tepper F Study of friction by nanocopper additives to motor oil // Wear. - 2002 - 252 - P. 63 - 69

14. Lerner M., Tepper F, Ginley D Inorganic Nanopowders and Products Produced by EEW Process // X АРАМ SEMINAR and III CONFERENCE "MATERIALS OF SIBERIA", "NANOSCIENCE AND TECHNOLOGY" devoted to 10th anniversary of АРАМ PROCEEDINGS, June 2-6 2003 -Novosibirsk, 2003 - P 134 -135

15 Андреева И С , Закабунин А И , Печуркина H И , Лернер M И и др. Исследования связывания биокатализаторов с нановолокнистым оксидом алюминия // X АРАМ SEMINAR and III CONFERENCE "MATERIALS OF SIBERIA", "NANOSCIENCE AND TECHNOLOGY" devoted to 10th anniversary of АРАМ PROCEEDINGS, June 2-6, 2003 - Novosibirsk, 2003

16 Савельев Г Г , Галанов А И , Денисенко А В , Лернер M И , Гинли Д, Теппер Ф, Каледин Л Кинетика спекания электровзрывных нанопорошков металлов при линейном нагреве // VI Всероссийская (международная) конференция Сб. науч тр - M , 2003 - С 349 - 352

17 Tepper F Lerner M Ginley D Metallic Nanopowders // Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology. - Marcel Dekker, Inc , N Y , 2004 - P 1921 - 1933

18 Савельев Г Г , Юрмазова T А , Галанов А И, Сизов С В , Даниленко H Б , Лернер M И, Теппер Ф, Каледин Л Адсорбционная способность наноразмерного волокнистого оксида алюминия // Изв Томского политех ун-та - 2004 - Т.307. - №1. - С 102 -107.

19 Савельев Г.Г, Галанов АИ, Денисенко АВ, Юрмазова ТА, Лернер M И , Теппер Ф , Каледин Л. Спекание наноразмерного электровзрывного порошка меди // Изв Томского политехнического университета - 2004 -Т 307 - №2. - С 100- 105

20 Галанов А И , Савельев Г.Г, Юрмазова Т А., Денисенко А.В , Лернер M И, Каледин Л, Теппер Ф Особенности спекания электровзрывных наноразмерных порошков // Международная конференция «Физико-химические процессы в неорганических материалах (ФХП-9) Сб док -Кемерово, 2004 - Т 2 - С 119 - 123

21. Lerner M, Pavlovets G, Meleshko V al et. Advanced Technologies of Controlled Manufacturing and the Use of Nanometals in High-Energy Materials (HEM) Formulation // International Workshop on MEMS and Nanotechnology Integration (MNI) 10-11 May 2004 - Montreux, Switzerland, 2004 -P 84-85

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

23 Лернер М И, Давидович В И, Сваровская Н В Зависимость дисперсности нанопорошков металлов и процесса их агломерации от температуры газовой среды при электрическом взрыве проводников // Физическая мезомеханика - 2004 - № 7 - Ч 2 - С 340 - 343

24 Тарасов С Ю, Беляев С А, Лернер М И Износостойкость конструкционной стали в смазочной среде содержащей нанопорошки меди, латуни и цинка // Металловедение и термическая обработка металлов - 2005 -№12 -С 31-36

25 Lerner М, Vorozhtsov А, Pavlovets G Inorganic nanopowders and products // 5th International High Energy materials Conference &Exhibit, HEMCE, 2005, Nov 23-25 - DRDL, Hyderabad, India, 2005 -P 109-111

26 Dammer V , Davydovich V., Eckl W., Eisenreih N., Kinlov V, Lerner M , Sakovich G , Vorozhtsov A., Weller F New method of WC nanosized powder manufacturing // Energetic Materials Performance and Safety 36л International Annual Conference of ICT & 32th International Pyrotechnics Seminar June 28 - Jule 1 - Karlsruhe, Federal Republic of Germany, 2005. -P 38-1 -38-6

27 Sakovich G , Komarov V , Vorozhtsov A., Lerner M , Eckl W , Eisenreich N , Weller F Inorganic nanopowders and products // Energetic Matenals, 37th International Annual Conference of ICT June 27 - June 30, 2006 - Franhofer Institut Chemische Technologie, Karlsruhe, Federal Republic of Germany, 2006 -P 166-176

28 Архипов В A , Бондарчук С С , Коротких А. Г, Лернер М И Технология получения и дисперсные характеристики нанопорошков алюминия // Горный журнал Цветные металлы - 2006 - №4 - С. 58 - 64

29 Лернер М И., Савельев Г. Г., Сваровская Н. В, Галанов А. И. Низкотемпературное спекание электровзрывных нанопорошков // Изв Томского политех ун-та - 2006 - Т 309. - № 4 - С 69-72

30 Пат на полезную модель RU 58050 U1, МПК B01D 39/00, C02F 1/18. Патронный фильтр для очистки воды / Лернер М И, Цыганков В М, Родкевич Н Г, Ложкомоев А С и др - 2005138218/22, Заявлено 08 12 2005, Опубл 10 11 2006, Бюл. № 31.

31 Лернер М И Образование наноразмерной фазы при электрическом взрыве проводников//Изв ВУЗов Физика -2006 - Т 49 -№6-С. 9195

32 Лернер М И, Сваровская Н. В, Глазкова Е А, Ложкомоев А. С Кирилова Н В Особенности формирования нановолокон оксигидроксида алюминия на микроволокнах различного состава // Физическая мезомеханика - 2006 - Т 9 - С 201-204

33 Решение о выдаче патента на изобретение № 200512140/15(028255) от 27 02 2007 Фильтрующий материал, способ его получения и способ фильтрования / Лернер М И, Руденский Г Е , Псахье С Г, Сваровская Н В , Репин В Е , Пугачев В Г. - Заявлено 08 08 2005

34 Пат. на полезную модель 1Ш 60874 Ш, МПК ВОЮ 27/60 Патронный фильтровальный элемент (варианты) / Лернер М И, Псахье С Г, Руденский Г Е, Цыганков В М, Апкарьян А С - 2006119684/22, Заявлено 05 06 2006, Опубл 10 02.2007, Бюл № 4

35 Решение о выдаче патента на изобретение № 20051139266/15(043786) от 01 11 2006 Способ получения фильтрующего материала / Лернер М И , Родкевич Н Г, Сваровская Н В, Ложкомоев А С , Руденский Г Е, Псахье С Г. - Заявлено 15 12.2005

36 Решение о выдаче патента на изобретение № 2005136119/15(040343) от 13 03.2007 Композиционный сорбирующий материал и способ его получения / Лернер М И , Родкевич Н Г , Сваровская А С , Псахье С Г , Руденский Г Е - Заявлено 15 12 2005

Подписано в печать 20 04 2007 г Формат 60x84/16 Бумага офсетная Печать плоская Уел печ л 2,3 Уч -изд 2,1 Тираж 100 экземпляров Отпечатано ООО "СПБ Графике" Заказ № 07 Адрес 634034, г Томск, ул Усова, 4а-150, т (38-22)224-789

Введение

Глава 1. Получение нанопорошков неорганических материалов 17 методом электрического взрыва проводника. Обзор литературных источников

1.1. Электрический взрыв проводников. Физические модели

1.2. Методы расчета характеристик и выборы параметров электрического 27 взрыва

1.3. Зависимость характеристик нанопорошков от условий ЭВП и 30 области их применения

1.3.1. Нанопорошки металлов

1.3.2. Нанопорошки химических соединений

1.3.3. Некоторые свойства и перспективные области применения 41 электровзрывных нанопорошков

1.4. Анализ конструкций устройств для получения нанопорошков 48 методом ЭВП

1.5. Выводы

1.6. Постановка задачи исследования

Глава 2. Методики исследования

2.1. Исследования характеристик частиц в зависимости от условий 59 электрического взрыва

2.2. Исследования процессов спекания, пассивации и деагломерации 64 порошков

2.3. Определение показателей пожароопасности нанопорошков

2.4. Испытание смазочных композиций на основе нанопорошков

Глава 3. Зависимость свойств нанопорошков от условий 75 электрического взрыва

3.1. Нанопорошки металлов

3.1.1. Влияние начального диаметра проводника на средний размер 75 наночастиц

3.1.2. Влияние удельного энергосодержания взрывающегося 78 проводника, давления и рода газовой атмосферы на дисперсность нанопорошков металлов

3.1.3. Зависимость среднего диаметра наночастиц от энергии дугового 81 разряда

3.1.4. Зависимость строения и среднего диаметра наночастиц от 82 температуры газовой среды

3.1.5. Строение и химический состав наночастиц металлов 87 3.2. Нанопорошки химических соединений металлов

3.2.1. Влияние условий электрического взрыва проводников и состава 101 газовой атмосферы на характеристики нанопорошков химических соединений

3.2.2. Строение и химический состав наночастиц алюмонитридной 112 композиции

3.3. Низкотемпературное спекание нанопорошков металлов

3.4. Агломерация и фрактальная структура нанопорошков

Сегодня развитию нанотехнологии, как совокупности новых направлений в разработке материалов и технологий с использованием наноразмерных объектов, придаётся очень большое значение [1, 2]. Одно из важнейших направлений нанотехнологии - это получение объектов нанометрового размера (наночастиц, нанопорошков) и применение их в практике. К наночастицам относятся структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми функциональными свойствами. Предполагается, что использование нанопорошков позволит существенно улучшить параметры существующих технологических процессов и создать новые технологии. Однако выход нанотехнологий из стен научных лабораторий в производство - чрезвычайно сложный процесс. Поэтому, наряду с развитием фундаментальных научных аспектов направления, огромное значение имеет разработка прикладных задач, касающихся разработки технологий производства и применения наноразмерных материалов.

По данным исследования компании Abercade Consulting «World market of nanopowders», коммерческое производство основного количества нанопорошков началось менее 5 лет назад. В настоящее время промышленность широко использует только наноразмерные порошки керамических материалов. Это связанно с тем, что порошки оксидов, нитридов и карбидов металлов являются традиционным сырьем для промышленности. Поэтому переход от порошков микронных размеров к нанопорошкам происходит сравнительно просто. В отличие от керамических нанопорошков, рынок нанопорошков металлов только формируется и пока его объем относительно невелик. Общемировое потребление нанопорошков разных металлов промышленностью в 2004 г. составило около 7000 - 9000 т/год (отчет Abercade Consulting).

Производство и применение нанопорошков металлов ограничивается следующими причинами:

1. Нестабильностью свойств, которые могут меняться со временем или под воздействием окружающей среды.

2. Недостаточной изученностью физических и химических характеристик и, как следствие, плохой предсказуемостью технологических свойств.

3. Высокой химической активностью, вызывающей необходимость отработки специальных процедур пассивации, транспортировки, хранения.

4. Низкой производительностью существующего оборудования и, как следствие, высокой стоимостью наноразмерных порошков металлов.

5. Отсутствием технологий, разработанных до промышленного уровня и позволяющих производить металлические нанопорошки всех наименований в количествах сотни и тысячи тонн с прогнозируемыми характеристиками.

Технологии получения наноразмерных материалов условно можно объединить в два больших направления - технологии, использующие физические методы, и технологии, использующие химический синтез и имеющие, как правило, высокую производительность. Также развиваются технологии пограничные по отношению к двум указанным направлениям. Методы, основанные на химическом синтезе, имеют свои ограничения и не позволяют получать всю гамму порошков металлов, особенно высокореакционных. Получаемые нанопорошки загрязнены побочными продуктами, образующимися в ходе химических реакций. В связи с чем, наряду с химическими, активно развиваются и физические методы, позволяющие производить практически любые высокодисперсные порошки, в том числе, тугоплавких и высокореакционных металлов, хотя в целом и уступающие химическим методам по производительности.

Известно, что характерные для некоторых физических методов экстремальные условия образования наночастиц (высокие температуры и скорость процесса) приводят к образованию неравновесной структуры дисперсной фазы [3]. По мнению автора [4], при этом возможно создание определенных физических условий, которые позволяют сформировать энергетический барьер и получать нанопорошки, обладающие запасенной энергией. Поэтому в первую очередь обращают на себя внимание технологии, основанные на импульсных процессах получения наночастиц с высокими скоростями изменения термодинамических параметров системы. Одним из перспективных методов получения широкой гаммы нанопорошков неорганических материалов является технология, основанная на процессе электрического взрыва проводников (ЭВП, ЭВП - технология). Особый интерес ЭВП представляет как метод получения порошков металлов [4, 5] с высокой химической активностью.

Объектом исследования в диссертационной работе является технология получения нанопорошков неорганических материалов, основанная на методе электрического взрыва проводников, свойства и области применения электровзрывных нанопорошков.

Последовательное исследование возможности получения сверхмелких порошков методом ЭВП начато Абрамсом [6] в 1946 г. и продолжено другими исследователями из разных стран. В этих работах была показана принципиальная возможность получения методом ЭВП порошков металлов и ряда химических соединений металлов (см. например, [7 - 12]). Были установлены некоторые зависимости свойств нанопорошков от параметров ЭВП, создано опытное оборудование для производства нанопорошков.

В литературе рассматриваются несколько перспективных направлений применений электровзрывных нанопорошков. В работах [3, 13] показана перспективность использования нанопорошков металлов для синтеза порошков и субмикронных игл химических соединений. Возможность генерации горячего водорода, при горении нанопорошков алюминия с рядом веществ, обсуждалась в обзоре [3].

На основе нановолокон оксидно-гидроксидных фаз алюминия, синтезированных при гидролизе электровзрывных порошков алюминия, разработаны высокоэффективные адсорбенты для тонкой комплексной очистки от тяжелых металлов и органических загрязнений, очистки стоков гальванических производств, предприятий добычи, транспортировки и переработки нефти [14].

Многочисленные исследования электрического взрыва и электровзрывных нанопорошков как в России, так и за рубежом показывают перспективность дальнейшего развития ЭВП-технологии до промышленного уровня. Основными достоинствами ЭВП-технологии по отношению к другим физическим методам получения нанопорошков являются:

1. Высокий КПД передачи энергии - в ЭВП-технологии энергия импульсно вводится непосредственно в объем металла, при этом расход энергии на нагрев окружающей среды низок.

2. Возможность гибкого регулирования параметров процесса и, соответственно, характеристик получаемых нанопорошков.

3. Сравнительно небольшой, относительно других физических методов, разброс частиц по размерам.

4. С одной стороны, относительная стабильность свойств электровзрывных нанопорошков в нормальных условиях, с другой, высокая активность в различных химических процессах.

5. Универсальность метода. В ЭВП-технологии единственное ограничение — это использование проводящего материала (металлической проволоки) необходимого диаметра. Метод позволяет получать широкий спектр наноразмерных материалов.

6. Невысокая стоимость оборудования, его простота, малые массогабаритные показатели.

В свою очередь, свойства всех высокодисперсных порошков в сильной степени определяются способами их получения [15]. Поэтому технологии использования электровзрывных нанопорошков должны разрабатываться с учетом особенностей процесса их синтеза.

Таким образом, актуальность темы обусловлена необходимостью дальнейшего развития электровзрывной технологии получения наноразмерных материалов до уровня, позволяющего как организовать производство нанопорошков в массовых количествах, так и создать новые продукты и технологические процессы с их использованием.

Цель диссертационной работы Цель работы - изучение влияния основных условий получения электровзрывных нанопорошков на структуру, дисперсный и фазовый состав наночастиц; разработка оборудования для производства нанопорошков металлов и химических соединений методом ЭВП; применение нанопорошков в ряде перспективных областей.

Предметом исследования в диссертационной работе являются механизм образования наночастиц при ЭВП, характеристики наночастиц в связи с параметрами процесса и условиями их последующей обработки; разработка высокопроизводительного технологического оборудования для производства нанопорошков; некоторые области применения электровзрывных нанопорошков.

Задачами диссертационной работы являются:

1. Анализ возможного механизма диспергирования металла под воздействием импульса тока большой мощности и процесса формирования наночастиц. Исследования зависимости дисперсного и фазового состава, структуры наночастиц от значимых параметров электрического взрыва и газовой среды.

2. Исследование термической стабильности нанопорошков. Изучение вопросов агломерации, деагломерации наночастиц металлов. Исследования структуры нанопорошков. Разработка методов пассивации, деагломерации и микрокапсулирования наночастиц.

3. Создание высокопроизводительного оборудования для получения нанопорошков методом ЭВП, основанное на разработке новых технических решений. Изучение вопросов безопасного обращения с нанопорошками, включающее определение критериев их пожароопасности, выбор правил упаковки и транспортировки нанопорошков.

4. Исходя из свойств электровзрывных нанопорошков, развитие некоторых потенциальных областей их применения: улучшение характеристик смазочных материалов, высокоэнергетические материалы и процессы, синтез новых материалов, модификация клеев, создание фильтровальных материалов.

В первой главе диссертационной работы представлен обзор и анализ литературных источников по теме исследования. Оценивается современное состояние научного направления. Обсуждаются различные теории, описывающие процесс диспергирования проводника и механизм образования частиц. Рассмотрены методы расчета характеристик и выбора параметров электрического взрыва. Анализируются физико-химические свойства нанопорошков и их связь с условиями ЭВП. Представлены различные конструкции устройств для получения нанопорошков и проведен анализ технических решений. Рассмотрены некоторые свойства и области применения нанопорошков. Освещены нерешенные вопросы и сформулированы задачи диссертационной работы.

Во второй главе диссертации описаны методики экспериментальных исследований и используемые приборы, содержится описание оригинального экспериментального оборудования. При проведении исследований использовались следующие методы анализа: осциллографический (для регистрации тока и напряжения); просвечивающая и растровая электронная микроскопия, и электронная микроскопия высокого разрешения; измерения удельной поверхности по адсорбции аргона; измерения электропроводности порошков при их нагреве; рентгенофотоэлектронная спектроскопия и электронная спектрометрия; рентгенофазовый анализ; дериватографический анализ; седиментационный анализ; фотометрическая калориметрия; оже-спектроскопия.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований. Рассмотрено влияние параметров электрического взрыва на характеристики нанопорошков металлов и химических соединений, особенности низкотемпературного спекания нанопорошков, закономерности агломерации и образования фрактальной структуры в нанопорошках. На основании экспериментальных и литературных данных обсуждается возможный механизм диспергирования проводника на кластеры при воздействии мощного импульса электрического тока, фазовое состояние продуктов электрического взрыва и процесс формирования наночастиц вследствие коагуляции или коалесценции кластеров в зависимости от параметров электрического взрыва.

В четвертой главе рассматриваются технологические аспекты получения нанопорошков методом ЭВП. Представлена модернизированная конструкция электровзрывной установки, включающая в себя новые элементы и позволяющая производить нанопорошки в массовых количествах. Изучены процессы пассивации, деагломерации и микрокапсулирования нанопорошков. Определены условия пассивации порошков, предотвращающие спекание наночастиц. Исследовано влияние на процесс деагломерации нанопорошков металлов свойств дисперсионной среды, характеристик газовой среды, в которой производится электрический взрыв; влияние физических и химических факторов на седиментационную устойчивость суспензий нанопорошков в органических растворителях. Изучен процесс микрокапсулирования нанопорошков алюминия. На основании проведенных исследований разработаны рекомендации и приемы, позволяющие сохранить исходные свойства нанопорошков.

В главе изложены результаты исследований показателей пожароопасности нанопорошков: групп горючести, воспламеняемости при кратковременном воздействии малокалорийного источника зажигания, скорости распространения пламени, интенсивности выделения горючих газов при взаимодействии с водой, воспламеняемости при воздействии разрядов статического электричества.

Проведена классификация нанопорошков по классам опасности, представлены рекомендации по упаковыванию нанопорошков.

В пятой главе обсуждаются некоторые возможные области применения нанопорошков. Изучена эффективность легирования нанопорошками мягких металлов масел и консистентных смазок, исследованы свойства полученных смазочных композиций. Рассмотрена возможность применения нанопорошков в высокоэнергетических материалах и процессах.

В главе представлены результаты исследований процесса синтеза интерметаллидов, тугоплавких химических соединений (на примере карбида вольфрама) и нановолокон оксидно-гидроксидных фаз алюминия из нанопорошков алюмонитридной композиции. Рассматривается возможность применения нановолокон для модификации эпоксидных клеев с целью повышения их механических характеристик. На основе нановолокон и стекловолоконной и полимерной матриц разработан электроположительный фильтровальный материал для очистки воды от микробиологических загрязнений и ионов металлов. Разработаны и изготовлены образцы оборудования для очистки водных сред с использованием микробиологического фильтровального материала.

В заключении приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертационной работы.

В приложениях представлены некоторые справочные данные и документы, свидетельствующие об уровне внедрения материалов диссертационной работы.

На защиту выносятся следующие положения: 1. При воздействии мощного импульса электрического тока на металлический проводник, в режимах получения нанопорошков, металл разрушается на кластеры размером не более 10 нм. Полного испарения кластеров при расширении продуктов взрыва не происходит, а наночастицы формируются в результате коагуляции и коалесценции кластеров в расширяющихся продуктах взрыва. Объединение кластеров начинается до перемешивания основной массы вещества с окружающим газом. На рост частиц влияют концентрация коагулирующих кластеров и температура газовой среды, которые определяются начальным диаметром и удельным энергосодержанием взрывающегося проводника, давлением и температурой рабочего газа, энергией, выделившейся в последующем дуговом разряде.

Образование нитрида алюминия происходит вследствие химической реакции на поверхности алюминиевых частиц. При этом слои продукта реакции (A1N) ограничивает дальнейший рост наночастиц. Размер частиц и содержание нитрида алюминия в порошке определяются энергией, введенной в проводник, давлением и концентрацией активного газа. В случае синтеза оксида алюминия (А1203) рост наночастиц продолжается при повышении давления и концентрации активного газа (кислорода) в инертной атмосфере.

Результаты исследований дисперсного, фазового и химического состава, а также структуры наночастиц в зависимости от условий синтеза и температуры. 2. В нанопорошках металлов реализуются два уровня объемной структуры: блочное строение наночастиц (при пониженной температуре рабочего газа) и фрактальная структура агломератов. В объемной части металлических наночастиц наблюдаются множественные дефекты: дислокации, дефекты упаковки, границы между двойниками. На поверхности пассивированных частиц металлов в контакте с металлической фазой, расположен аморфный или кристаллический слой оксидной фазы, на поверхности оксида металла находится слой оксокарбида, карбида или карбоната контактирующий с гидроксидными фазами. Поверхностный слой неоднороден по толщине, более дефектен, по сравнению с объемной частью частиц, и имеет поликристаллическую структуру.

В нанопорошках алюмонитридной композиции, химическое соединение находится на поверхности индивидуальных наночастиц в контакте с металлической фазой.

3. Температура спекания исследованных нанопорошков металлов ниже температуры плавления компактного металла (Тсп < 0,3 Гшг). Спекание начинается с наиболее мелкой фракции, сопровождается образованием прочных шеек между частицами. Теплота окисления, выделяющаяся при пассивации нанопорошков в кислородосодержащей атмосфере, способствует спеканию наночастиц и приводит к росту их размеров. При пассивации нанопорошков алюминия и цинка сухим воздухом оптимальная скорость потока газа составляет V < 5 мл/мин.

Результаты исследования критериев пожароопасности нанопорошков.

4. Процесс деагломерации возможен при получении наночастиц при температуре рабочего газа не более 5° С, под действием ультразвука (мощность около 0,8-1 Вт/см3, частота 27 - 35 кГц, время обработки 10-15 мин), в этиловом спирте, в присутствии веществ, образующих хелатные комплексы с соответствующими металлами.

5. Конструктивные решения элементов, позволяющих повысить производительность и надежность работы установки по получению нанопорошков:

- устройства сепарации;

- фильтра для улавливания наночастиц;

- реактора для взрыва проводников.

Модернизированная конструкция установки для производства электровзрывных нанопорошков неорганических материалов с частотой работы 1,5 Гц, включающая в себя устройства охлаждения потока газа и выгрузки порошков без контакта с воздухом; циклонный и механический фильтры, механический управляемый разрядник.

6. Реализованные перспективные области применения электровзрывных нанопорошков:

- легирование жидких и консистентных товарных смазок нанопорошками меди, латуни, цинка и сплава олово - свинец;

16 синтез из нанопорошков алюмонитридной композиции электроположительных нановолокон оксидно-гидроксидных фаз и фильтровальный материал на их основе.

Работа выполнена в ВИИ высоких напряжений при Томском политехническом университете (НИИ ВН) и Институте физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН. Автор выражает искрению признательность коллегам по отделу № 12 НИИ ВН и Лаборатории физикохимии высокодисперсных материалов ИФПМ СО РАН за помощь в работе над диссертацией, коллегам из других организаций, принимавшим участие в проведении исследований, администрации указанных институтов за поддержку тематики работы.

1. Основные результаты диссертационной работы

1.1. В работе выполнен системный анализ отечественных и зарубежных литературных источников, рассмотрены представленные в литературе физические модели процесса электрического взрыва и образования дисперсной фазы, методы расчета характеристик и выбора параметров электрического взрыва. Определены некоторые параметры электрического взрыва, влияющие на характеристики порошков металлов и химических соединений. Проанализирован вероятный механизм диспергирования металла под воздействием импульса тока и фазовое состояние продуктов взрыва. Рассмотрены свойства и области применения нанопорошков. Определены необходимые элементы электровзрывных установок. Сформулирована задача научных исследований.

1.2. Показано, что в условиях экспериментов, кроме энергосодержания взрывающегося проводника и давления газовой среды, дисперсность нанопорошков металлов и структура наночастиц определяются диаметром проводника, температурой рабочего газа и температурой плавления металла. Последующие изменения дисперсности, структуры и химического состава наночастиц зависят от температуры окружающей среды и условий их пассивации.

Получены количественные зависимости дисперсного и фазового состава, структурных характеристик нанопорошков металлов от диаметра проводника; температуры рабочего газа и окружающей среды; энергии, выделившейся в последующем дуговом разряде; состава и скорости потока пассивирующего газа через порошок. Дополнены и систематизированы, с учетом других значимых параметров электрического взрыва, зависимости дисперсного состава нанопорошков от удельного энергосодержания взрывающегося проводника и давления рабочего газа.

Установлено, что охлаждение потока рабочего газа не только увеличивает дисперсность порошков, но и ограничивает степень их агломерации. Разработаны процедуры деагломерации нанопорошков алюминия и меди и процедура микрокапсулирования нанопорошка алюминия, полученного при пониженной температуре рабочего газа.

1.3. Установлено, что при электрическом взрыве алюминиевых проводников в азоте образование химических соединений происходит на поверхности наночастиц. При этом образование твердого продукта реакции (A1N) ограничивает дальнейший рост частиц. В случае синтеза оксида алюминия рост наночастицы может продолжаться при повышении давления и концентрации активного газа (кислорода) в инертной атмосфере. Средние размеры наночастиц химических соединений (A1N, А12Оз) и частиц алюмонитридной композиции (A1-A1N) меньше размеров наночастиц металла, полученных в сходных условиях электрического взрыва.

Получены некоторые количественные зависимости по влиянию состава газовой атмосферы, энергосодержания электрического взрыва, давления рабочего газа и диаметра проводника на выход химического соединения и дисперсность нанопорошков оксидов Al, Ti, Zn и нитридов А1 и Ti.

1.4. Предложена феноменологическая модель разрушения проводника и формирования наночастиц. Формирование металлических частиц происходит вследствие коагуляции и коалесценции кластеров в расширяющихся продуктах взрыва и начинается до перемешивания основной массы вещества с окружающей средой. Экспериментально показано, что при пониженных температурах рабочего газа возможно образование частиц состоящих из кристаллитов (имеющих блочную структуру). Скорость коагуляционного роста частиц определяется начальным диаметром и удельным энергосодержанием взрывающегося проводника; давлением и температурой рабочего газа; энергией, выделившейся в последующем дуговом разряде. Установлено, что кроме блочной структуры частиц в порошке реализуется еще один структурный уровень - фрактальное строение собственно порошка. Величина фрактальной размерности зависит от удельного энергосодержания взрывающегося проводника и определяет насыпную плотность нанопорошка и размер агломератов.

1.5. Показано, что спекание электровзрывных нанопорошков металлов возможно при температурах существенно ниже температуры плавления компактного металла. Для исследованных нанопорошков металлов Тсп < 0,ЗТы (Тсп и Tm - температуры спекания наночастиц и плавления металла). Понижение температуры спекания связано с размерным фактором и температурой плавления металла. Вероятно, на температуру спекания, могут оказывать влияние особенности структуры наночастиц. Процесс спекания ограничивает размеры частиц снизу и может развиваться при пассивации нанопорошков. ' ~

1.6. Определены критерии пожароопасности нанопорошков металлов. Проведена классификация нанопорошков металлов по классам опасности. Даны рекомендации по условиям безопасной упаковки и перевозки нанопорошков.

1.7. Разработаны новые технические решения некоторых элементов и проведена модернизация конструкции электровзрывной установки, позволившие увеличить надежность и частоту ее работы (производительность) до 1,5 Гц.

1.8. Определены некоторые перспективные области применения электровзрывных нанопорошков:

- легирование товарных смазок (нанопорошки Си, сплава Cu-Zn, Zn, сплава Pb-Sn);

- высокоэнергетические материалы и процессы (нанопорошки А1 и микрокапсулированного А1); синтез сплавов и высокотемпературных химических соединений (нанопорошки Си, Al, Mo, W);

- синтез из нанопорошков алюмонитридной композиции (A1-A1N) нановолокон оксидно-гидроксидных фаз алюминия и их применение для модифицирования клеев и создания электроположительных фильтров.

Освоено производство нанопорошков и нановолокон, разработаны и производятся новые промышленные продукты:

- присадка к смазочным маслам (торговое название «Гарант М», тип А, В, С) на основе нанопорошков цинка, латуни и меди;

- электроположительный микробиологический фильтровальный материал (торговое название AquaVallis) на основе нановолокон, картриджи и устройства для очистки воды.

2. Научная новизна теоретических положений и результатов экспериментальных исследований

2.1. Впервые установлены количественные зависимости дисперсного состава и структурных характеристик электровзрывных нанопорошков от диаметра проводника, температуры газовой среды и энергии, выделившейся" в последующем дуговом разряде. Дополнены и систематизированы с учетом других значимых параметров электрического взрыва зависимости дисперсного состава нанопорошков от удельного энергосодержания взрывающегося проводника и давления рабочего газа.

2.2. Предложена феноменологическая модель разрушения проводника и формирования наночастиц при условиях электрического взрыва использующихся для получения нанопорошков. Впервые экспериментально установлено, что при ЭВП возможно образование частиц, состоящих из кристаллических блоков (кристаллитов) и фрактальной структуры собственно нанопорошка.

2.3. Предложены новые конструкторские решения сепаратора, фильтра, реактора и дополнительные технические элементы (холодильник, циклон, механический фильтр) установки для производства электровзрывных нанопорошков, обеспечивающие надежную и производительную работу оборудования с частотой около 1,5 Гц.

2.4. Определена термическая стабильность нанопорошков Си, Al, Ni, Zn, Sn, Ag и установлены критерии пожароопасности нанопорошков Al, A1-A1N, Си, Fe, Ni, Zn. Предложены режимы пассивации (нанопорошки Al, Zn), деагломерации (нанопорошки А1, Си) и микрокапсулирования алюминиевых нанопорошков.

2.5. Разработаны и внедрены следующие продукты:

- синтезированы нановолокна оксидно-гидроксидных фаз из нанопорошков алюмонитридной композиции, создан и испытан микробиологический фильтровальный материал на основе нановолокон;

- предложены и испытаны металл оп лакирующие смазочные составы, легированные нанопорошками меди, латуни и сплава олово - свинец позволяющие снизить износ, коэффициент трения, относительный уровень вибрации и увеличить нагрузку схватывания деталей трения.

3. Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы 3.1. Разработка положений диссертации стала возможной благодаря комплексному использованию экспериментальных и теоретических методов исследования.

Эксперименты по получению нанопорошков и исследованию их характеристик в зависимости от параметров ЭВП проводились как на экспериментальном оборудовании, так и установках, предназначенных для получения нанопорошков в массовых количествах. Для измерения энергетических характеристик ЭВП использовался осциллографический метод. Расчет энергосодержания взрывающегося проводника проводился по осциллограмме тока. Для теоретического метода исследования характеристик взрывающегося проводника применялся МГД-расчет.

В исследованиях нанопорошков применялись методы, широко используемые для анализа дисперсных систем: просвечивающая и растровая электронная микроскопия; измерения удельной поверхности по адсорбции аргона: (метод БЕТ); измерения электропроводности порошков при их нагреве; рентгенофотоэлектронная спектроскопия и электронная спектрометрия; рентгенофазовый анализ; дериватографический анализ; измерения массовой седиментации нанопорошков; фотометрическая колориметрия; оже-спектроскопия.

Для исследования пожароопасности нанопорошков использовались рекомендации ГОСТ 12.1.044-89, ГОСТ 19433-88, ИКАО, IATA, ESD STM5.1:1998.

3.2. Достоверность полученных данных подтверждается результатами проведенных анализов и сравнением с материалами, представленными в литературе. Исследования проводились в рамках научных программ -в кооперации с ведущими научными учреждениями, в частности с Томским политехническим университетом; Томским государственным университетом; Томским государственным архитектурно-строительным университетом, Институтом химии нефти СО РАН; Институтом катализа им. Борескова СО РАН; ФГУП «Вектор», г. Новосибирск, Национальной Лабораторией Лос-Аламоса (LANL) и Национальной Лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL), США.

3.3. Разработанные теоретические положения и технические решения опробованы экспериментально. Исследования свойств нанопорошков" и продуктов, разработанных на их основе, проводились на базе Института физики прочности и материаловедения СО РАН, НИИ высоких напряжений, Института катализа им. Борескова СО РАН, Института химии нефти СО РАН, Томского политехнического университета, Томского государственного университета, Томского государственного архитектурно-строительного университета, Омского танкового института, ФГУП «Вектор», г. Новосибирск.

4. Практическая и научная полезность результатов диссертационной работы

4.1. Установлены зависимости характеристик нанопорошков металлов и химических соединений (A1N, А120з, TiN, Ti02 ZnO) от параметров электрического взрыва и газовой среды, способы и условия пассивации и деагломерации, позволяющие производить нанопорошки с заданными свойствами, осуществить микрокапсулирование нанопорошка алюминия. Разработана технология синтеза нановолокна оксидно-гидроксидных фаз и оксида алюминия из нанопорошков алюмонитридной композиции.

По итогам ежегодного конкурса американского журнала R&D Magazine, в 2000 году электровзрывные нанопорошки металлов вошли в число 100 лучших наукоемких продуктов рынка США. В 2002 г. аналогично были отмечены нановолокна оксида алюминия (Приложение Г, рис. Г1 и Г 2)

4.2. Разработанные компоновка и конструкции элементов установки обеспечили повышение производительности оборудования приблизительно, в 3 раза и улучшили качественные показатели нанопорошков.

В компании ООО «Передовые порошковые технологии», г. Томск, создано опытно-промышленное производство нанопорошков и нановолокон объемом до 1000 кг в год. Нанопорошки выпускаются по ТУ 1791-002-36280340-2005 и имеют Сертификат качества и Паспорт безопасности вещества, составленный по директиве Европейского Сообщества 91/155. Указанные документы разработаны по результатам исследований диссертационной работы.

4.3. Установлены критерии пожароопасности и проведена классификация нанопорошков металлов согласно требованиям российских ГОСТ, международных правил ИКАО и IATA, позволяющие осуществлять их безопасную транспортировку.

4.4. На основе нановолокон оксидно-гидроксидных фаз в ИФПМ СО РАН и ООО «Аквазон», г. Томск, создано производство микробиологического электроположительного фильтровального материала. Разработана серия устройств микробиологической очистки воды различной производительности для применения в системах водоподготовки (см. Приложение Г и wwww.aquavallis.com).

Нановолоконные фильтры с матрицей из стекловолокна были признаны NASA, США, на конкурсе Space Technology Hall of Fame Award 2005, одной из четырех лучших разработок года (Приложение Г, рис. Г 3) 4.5. Присадка «Гарант-М» на основе нанопорошков меди, цинка, латуни выпускается компаниями ООО «Техносинтез» и ООО «Передовые порошковые технологии». Присадки «Гарант-М» использовались АО «Разрез Бородинский» (Красноярский край), «Разрез Прокопьевский» (г. Прокопьевск), Кемеровоавтодор, АООТ «Красный Брод» (Кемеровская обл.) и др. для повышения срока безремонтной эксплуатации автотракторной техники (см. Приложение В).

5. Апробация работы

Основные положения и результаты работы были опубликованы в виде печатных трудов, патентов, докладывались и обсуждались на научных семинарах и конференциях. Всего, по теме диссертации, опубликовано 66 работы, из них тезисы докладов российских конференций и российских конференций с международным участием - 20, тезисы докладов международных конференций - 22, авторские свидетельства и патенты - 10 (из них 3 положительных решения о выдаче патента), статьи в зарубежных научных журналах - 4, статьи в отечественных рецензируемых журналах - 10.

Важнейшие из них представлены ниже.

1. А. с. 1112655 (СССР). Способ получения металлических порошков / Давыдович В. И., Яворовский Н. А., Лернер М. И., Крысин С. В. - 1984.

2. А. с. 1150844 (СССР). Способ получения порошковой композиции / Лернер М. И., Яворовский Н. А., Ильин А. П. - 1984.

3. А. с. 1287611 (СССР). Способ получения дисперсно-упрочненного железоалюминиевого сплава / Каратеева Е. А., Лернер М. И., Хабас Т. А., Проскуровская Л. Т., Ильин А. П. - 1986.

4. Пат. RU 2063417 С1. Восстанавливающий смазочный материал, содержащий порошки металлов / Ильин А. П., Лернер М. И., Давыдович В.И. - 5057106/92; Заявлено 29.07. 1992; Опубл. 10.07.1996.

5. Пат. RU 2075371 С1, МПК 6 В 22 F 9/14. Способ получения металлических порошков / Азаркевич Е. И., Ильин А. П., Лернер М. И., Тихонов Д. В. - 94027466/02; Заявлено 19.07.94; Опубл. 20.03.97.

6. Ivanov G., Lerner М., Tepper F. Intermetallic Alloy Formation from Nanophase Metal Powders Produced by Electro-Exploding Wires // Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials. - 1996. - Vol. 4. - P. 15/5515/63.

7. Tepper F., Lerner M., Ginley D. Nanosized Alumina Fibers // Bulletin American Ceramic Society. - June, 2001. — P. 57 — 60.

8. Lerner M. I., Shamanskii V. V., SaveFev G. G., Yurmazova T. A. Chemical reactions between metal and active gases in the electric explosion of wires for the production of nanopowders // Mendeleev communication. - 2001. - V. 11.-№4.-P. 159-161.

9. Tarasov S., Kolubaev A., Belyaev S., Lerner M., Tepper F. Study of friction by nanocopper additives to motor oil // Wear. - 2002. - 252. - P. 63-69.

10. Tepper F. Lerner M. Ginley D. Metallic Nanopowders // Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology. - Marcel Dekker, Inc., N. Y., 2004. - P. 1921 - 1933.

11. Савельев Г.Г., Юрмазова T.A., Галанов А.И., Сизов С.В., Даниленко Н.Б., Лернер М.И., Теппер Ф., Каледин Л. Адсорбционная способность наноразмерного волокнистого оксида алюминия // Изв. Томского политех, ун-та. - 2004. - Т.307. - №1. - С. 102-107.

12. Савельев Г.Г., Галанов А.И., Денисенко А.В., Юрмазова Т.А., Лернер М.И., Теппер Ф., Каледин Л.Спекание наноразмерного электровзрывного порошка меди // Изв. Томского политехнического университета. - 2004. -Т.307. - №2. - С. 100- 105.

13. 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.

14. Лернер М. И., Давыдович В. И., Сваровская Н. В. Зависимость дисперсности нанопорошков металлов и процесса их агломерации от температуры газовой среды при электрическом взрыве проводников // Физическая мезомеханика. - 2004. - № 7. - Ч. 2. - С 340 - 343.

15. Тарасов С. Ю., Беляев С. А., Лернер М. И. Износостойкость конструкционной стали в смазочной среде, содержащей нанопорошки меди, латуни и цинка // Металловедение и термическая обработка металлов, 2005, № 12, с. 31 - 36.

16. Архипов В.А., Бондарчук С. С., Коротких А. Г., Лернер М. И. Технология получения и дисперсные характеристики нанопорошков алюминия // «Горный журнал». Специальный выпуск. «Цветные металлы». - 2006. - №4. - С. 58 - 64.

17. Лернер М. И., Савельев Г. Г., Сваровская Н. В., Галанов А. И. Низкотемпературное спекание электровзрывных нанопорошков // Изв. Томского политех, ун-та. - 2006. - Т. 309. — № 4. - С. 69 - 72.

18. Пат, на полезную модель RU 58050 U1, МПК B01D 39/00, C02F 1/18. Патронный фильтр для очистки воды / Лернер М. И., Цыганков В. М., Родкевич Н. Г., Ложкомоев А. С. и др. - 2005138218/22; Заявлено 08.12.2005; Опубл. 10.11.2006, Бюл. № 31.

19. Лернер М. И. Образование наноразмерной фазы при электрическом взрыве проводников // Изв. высш. уч. зав. Физика. — 2006. - т. 49. - № 6.-С. 91-95.

283

20. Лернер М. И., Сваровская Н. В., Глазкова Е. А., Ложкомоев А. С. Кирилова Н. В. Особенности формирования наново локон оксигидроксида алюминия на микроволокнах различного состава // Физическая мезомеханика. - 2006. - Т. 9. -С. 201 - 204.

21. Решение о выдаче патента на изобретение № 200512140/15(028255) от 27.02.2007. Фильтрующий материал, способ его получения и способ фильтрования / Лернер М. И., Руденский Г. Е., Псахье С. Г., Сваровская Н. В., Репин В. Е., Пугачев В. Г. - Заявлено 08.08.2005.

22. Пат. на полезную модель RU 60874 U1, МПК B01D 27/60. Патронный фильтровальный элемент (варианты) / Лернер М. И., Псахье С. "Т., Руденский Г. Е., Цыганков В. М., Апкарьян А. С. - 2006119684/22; Заявлено 05.06.2006; Опубл. 10.02.2007, Бюл. № 4.

23.Решение о выдаче патента на изобретение № 20051139266/15(043786) от

01.11.2006. Способ получения фильтрующего материала / Лернер М. И., Радкевич Н. Г., Сваровская Н. В, Ложкомоев А. С., Руденский Г. Е., Псахье С. Г. — Заявлено 15.12.2005.

24.Решение о выдаче патента на изобретение № 2005136119/15(040343) от

13.03.2007. Композиционный сорбирующий материал и способ его получения / Лернер М. И., Радкевич Н. Г., Сваровская А. С., Псахье С. Г., Руденский Г. Е. - Заявлено 15.12.2005.

Заключение

1. Нанотехнология в ближайшем десятилетии: Пер. с англ. / Под ред. М. Роко, Р. Уильямса, П. Аливисатоса. - М.: Мир, 2002. - 292 с.

2. Thayer A. Firms Find A New Field Of Dreams // Chemical & Engineering News. Special Report. Washington, 2000, October 16. - P. 36 - 38.

3. Яворовский H.A. Получение ультрадисперсных порошков // Изв. высш. уч. зав. Физика. 1996. - № 4.- С. 114 - 136.

4. Ильин А. П. Структурно-энергетическое состояние электровзрывных ультрадисперсных порошков и процессы релаксации в них // Изв. высш. уч. заведений. Физика. 1996. - № 4. - С. 136 - 144.

5. Ильин А. П. Об избыточной энергии ультрадисперсных порошков, полученных методом электрического взрыва проволок // Физика и химия обработки материалов.- 1994. № 3. - С. 94.

6. Abrams R. СН3629 // University of Chicago.- Chicago, Illinois, 1946.

7. Кариорис Ф., Фиш Б., Ройстер Г. Получение аэрозолей с помощью взрыва проволочек // Электрический взрыв проводников. Сб. науч. тр.: Пер. с англ. -М.: Мир, 1965. С. 341 - 355.

8. Jonson R., Siegel В. Chemical Reactor Utilising Successive Multiple Electrical Explosions of Metal Wires // Rev. Sci. Instr. 1970.- Vol. 42. - № 6.- P. 854 - 859.

9. Karioris F., Fish B. An Exploding Wire Aerosol Generator // J. Colloid Science.- 1962.- Vol. 17. P. 155 - 161.

10. Яворовский H.A. Электрический взрыв проводников метод получения ультрадисперсных порошков: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. -Томск, 1982.-24 с.

11. Давыдович В.И. Разработка технологического процесса и оборудования для элекгровзрывного получения порошков металлов с низкой электропроводностью: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1987. -24 с.

12. Лернер М. И. Управление процессом образования высокодисперсных частиц в условиях электрического взрыва проводников: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1988. - 153 с.

13. Ильин А.П., Громов А.А., Яблуновский Г.В. Об активности порошков алюминия // Физика горения и взрыва. -2001. Т. 37. - № 4. С. 58-61.

14. Морохов И. Д. и др. Физические явления в ультрадисперсных средах / И. Д. Морохов, Л. И. Трусов, В. Н. Лаповок. М.: Энергоатомиздат, 1984. -223 с.

15. Bennett F. High-temperature Exploding Wires//Progress in High Temperature Physics and Chemestry. N.Y.: Pergamon Press, 1968.- V 2.- P. 463.

16. Лебедев C.B. О механизме электрического взрыва металла // Теплофизгвыс: темпер.- 1980. Т. 18 - № 2.- С. 273 - 279.

17. Магнитогидро динамические неустойчивости при электрическом взрыве / Абрамова К.Б., Валицкий В.П., Вандкуров Ю.В. и др. // Докл. АН СССР. 1966. - Т. 167, № 4.- С.778.

18. Лев М.Л., Перегуд В.П., Федичкина З.В. Стабилизация магнитогидродинамических неустойчивостей проводников с током // Журн. техн. физ. 1976. - Т.46. - № 1.- С.125 - 137.

19. Лев М.Л., Перегуд В.П. Время развития перетяжечной МГД неустойчивости жидких проводников в поле собственного тока // Журн.техн. физ.- 1977.-Т.47. № 10. - С. 2116 - 2121.

20. Эпельбаум Я.Т. Перегревная и гидромагнитная неустойчивость жидкого металлического цилиндра с током // Журн. техн. физ. 1984. - Т. 54. -№ 3. - С. 492-502.

21. Орешкин В.И. Моделирование излучения плотной -высокотемпературной плазмы и физических процессов, протекающих при имплозии Z-пинчей. Дисс. . д-ра физ.-мат. наук. Томск, 2005. - 263 с.

22. Столович Н.Н. Электровзрывные преобразователи энергии. Минск: Наука и техника, 1983. - 151 с.

23. Шнеерсон Г.А. К теории электрического взрыва скин слоя в сверхсильном магнитном поле // Журн. техн. физ. - 1973. - Т. 43. - № 2. - С. 419 - 428.

24. Седой В. С. Исследование электрического взрыва проводников и его применение в электрофизических установках: Автореф. дис. .доктора техн. наук. Томск, 2003. - 32 с.

25. Лебедев С. В., Савватинский А. И. Некоторые результаты исследований электрического взрыва проводников // Физ. хим. обр-ки мат. -1976.-№ 1.-С. 6-14.

26. Bennett F. D. High-temperature Exploding Wires//Progress in High Temperature Physics and Chemistry.-N.Y.: Pergamon Press, 1968. V. 2. - P. 4 -63.

27. Bennett F. D. High-temperature cores in exploding wires // Phys. Fluids. -1965. V. 8. - № 6. - P. 1106 - 1108.

28. Микитин Г. П., Моторин В. И., Мушер С. А. Испарение металлов под действием больших электрических токов // Журн. техн. физ.- 1982. Т. 52 -№8.-С. 1647- 1651.

29. Bennett F. D., Kahl G. D., Wedemeyer E. H. Resistance Changes caused by Vaporization Waves Exploding Wires // In.: Exploding Wires, vol. 3, (Ed. By ChaseW., and Moore H.), N.-Y., Plenum Press, 1964, p. 65 84.

30. Азаркевич Е. И., Седой В. С. Неприменимость модели Беннета для расчета напряжения на взрывающихся проволочках // Разработка и применение источников интенсивных пучков. / Под. ред. Г. А. Месяца. -Новосибирск: Наука, 1976. С. 59 - 61.

31. Байков А. П., Шестак А. Ф. О характере плавления металлических проводников при импульсном нагреве // Письма в журн. техн. физ. 1979.Т. 5.-Вып. 22.-С. 1355 - 1358.

32. Байков А. П., Шестак А. Ф. Плавление металлических проводников в условиях объемного нагрева// Журн. техн. физ. 1981.- Т. 51. - № 1. - С. 177 -179.

33. Электрический взрыв проводников. Стадия плавления / Байков А. П., Искольский А. М., Микитик Г. П. и др. // Журн. прикл. мех. и техн. физ.-1979.-№5.-С. 36.

34. Чейс В. Краткий обзор исследований по взрывающимся проводникам // Взрывающиеся проволочки: Сб. науч. трудов. М.: ИЛ., 1963. - С. 8 - 17.

35. Chace W. G. Exploding Wires // Phisics Today. 1964. - Vol. 17. - № 87-P. 19.

36. Мартынюк M. M. Роль испарения и кипения жидкого металла в процессе электрического взрыва проводника // Журн. техн. физ. — 1974. Т. 44.- №6.-С. 1262- 1270.

37. Мартынюк М. М. Фазовый взрыв метастабильной жидкости // Физ. гор. и взрыва. 1977. - Т. 13. - № 2. - С. 213.

38. Бурцев В. А., Калинин Н. В., Литуновский В. Н. Электрический взрыв проводников: Сборник. Ленинград, 1977. - 120 с. (НИИ ЭФА; Препринт № ОК-17).

39. Искольдский А. М., Роменский Е. И. Динамическая модель термоупругой среды с релаксацией давления. Новосибирск, 1983. - 16 с. (АН СССР; Сиб. отд.; Ин-т ядерной физики; Препринт № 83 - 11).

40. Павлов А. П. Вскипание металлов, разогреваемых электрическим током // Теплофизические исследования жидкостей: Сб. науч. тр. -Свердловск: изд-во УНЦ АН СССР, 1975. С. 20 - 24.

41. Мартынюк М. М. Параметры критической точки металлов // Журн. физ. химии. 1983. - Т. 57. - № 4. - С. 816 - 821.

42. Изэнтропы разгрузки и уравнения состояния металлов при высоких плотностях энергии / Альтшулер J1. В., Бушман А. В., Жерноклетов М. В. и др. // Журн. эксперимент, и техн. физ. 1980. - Т. 78. - В. 2. - С. 741 - 760.

43. Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные поля: Пер. с англ. М.: Мир, 1972.-392 с.

44. О характере вскипания меди при импульсном нагреве проходящим током/ Гревцев Н. В., Золотухин В. Д., Кашурников Ю. М. и др. // Теплофиз. выс. темп. 1977. - Т. 15. - № 2.- С. 362 - 369.

45. Алексеев В. JL, Андреев А. А., Садовский М. А. Переход полупроводник металл в жидких полупроводниках // Успехи физ. наук. -1980. - Т. 123. - В. 1. - С. 47 - 90.

46. Давыдович В. П., Лернер М. И. Энергетические характеристики электрического взрыва Fe и W проводников // Электроимпульсная технология и электромагнитные процессы в нагруженных твердых телах: Тез. докл. Всесоюз. совещ. Томск, 1982. - С. 102 - 103.

47. Байков А. П., Шестак А. Ф. Разрушение проволочек мощным импульсом тока. Новосибирск, 1986. - 17 с. (АН СССР; Сиб. отд.; Ин-т автоматики и телеметрии; Препринт № 320).

48. Байков А. П., Бурцев В. Я., Шестак А. Ф. Кипение меди в условиях значительного перегрева. Новосибирск, 1983. - 14 с. (АН СССР; Сиб. отд.; Ин-т автоматики и телеметрии; Препринт № 208).

49. Иванов Ю. Ф., Седой B.C. Частицы и кристаллиты при электрическом взрыве // Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем. Материалы VI Всероссийской (международной) конференции. М., 2002. - С. 101.

50. Тушинский JI. И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. - 306 с.

51. Доровский В. Н., Искольдский А. М., Роменский Е. И. Динамика импульсного нагрева металла током и электрический взрыв проводников-// Журн. прик. мех. и тех. физ. 1983. - № 4. - С. 10 - 25.

52. Искольдский А. М. Импульсный электрический нагрев металлов: априорные оценки и подобие. Новосибирск, 1985. - 18 с. (АН СССР; Сиб. отд.; ИЯФ; Препринт № 85-2).

53. Азаркевич Е. И. Применение теории подобия к расчету некоторых характеристик электического взрыва проводников // ЖТФ.- 1973.-Т. 43.-№ 1.-С. 141.

54. Азаркевич Е. И., Котов Ю.А., Седой В.С.Условия возникновения паузы тока при электрическом взрыве проводников // ЖТФ. 1975. - Т. 45г-Вып. 1.-С. 175.

55. Седой В. С. Некоторые закономерности электрического взрыва проводников // ЖТФ. 1976. - Т. 46. - № 8.- С. 1707 - 1710.

56. Котов Ю. А., Седой B.C., Чемезова Л. И. Энергетические и временные характеристики LC-контура с взрывающимся проводником // Разработка и применение источников интенсивных пучков / под. ред. Г. А Месяца. -Новосибирск, 1976. с. 61 - 69.

57. Бакунин Ю. Д., Куропатенко В. Ф., Лучинский А. В. Магнитогидродинамический расчет взрывающихся проводников // ЖТФ".-1976. Т. 46. - № 9.- С. 1963 - 1969.

58. Кариорис Ф., Фиш Б., Ройстер Г. Получение аэрозолей с помощью взрыва проволочек // Электрический взрыв проводников: Сб. науч. тр. — М.: Мир, 1965.-С. 341 355.

59. Красулин Ю. JL, Петров Ю. П., Гревцев Н. В. Напыление металлических пленок методом электрического взрыва фольг // Электронная техника. Микроэлектроника: Сб. науч. тр. М. - 1968. - Сер. 6. - Вып. 4.

60. Jonson R., Siegel В. Chemical Reactor Utilising Successive Multiple Electrical Explosions of Metal Wires // Rev. Sci. Instr. 1970.- Vol. 42. - № 6,- P. 854-859.

61. Karioris F., Fish B. An Exploding Wire Aerosol Generator // J. Colloid Science. 1962.-Vol. 17. - P. 155-161.

62. Kase Kaori, Ino Hirashi, Mihashi Vasio. The formation and characteristics of Powders by wire explosion. 2 -nd report // Nippon Tungsten Rev. 1972. -Vol. 5, Sept. - P. 20.

63. Phalen R., Evaluation of an exploded ware aerosol generator for use in inhalation studies // Aerosol Sci. - 1972. - Vol. 3. - № 5. - p. 395 - 406.

64. Воронов В. Ф. О распылении металлических проволочек под действием больших импульсов // Электронная техника. Сер. 5. Приемно-усилительные лампы. 1967. - Вып. 2. - С. 137- 139.

65. Некоторые особенности электрического взрыва металлических и полупроводниковых образцов в вакууме / Петросян В. И., Дагман Э. И., Алексеенко Д. С., Скрипкина А. П. // Журн. техн. физ.- 1969. Т. 39. - В. 11. -С. 2076-2083.

66. Sherman P. Generation of submicron metal particles // Colloid and Interface Sci. 1975.- Vol. 51. - № 1. - p. 87 - 93.

67. Беккер Л., Верхаль P. Изучение реакции вода металл с помощью техники взрывающихся проволочек // Электрический взрыв проводников: Сб. науч. тр.- М.: Мир, 1965. - С. 239-259.

68. Кривицкая 3. К. и др. Исследования возможности использования электрического взрыва проводников для получения ферромагнитных жидкостей / Кривицкая 3. К., Ляпис Д. Н., Малюшевский Л. П. Киев: Наукова думка, 1978. - 121 с.

69. Котов Ю. А., Яворовский Н. А. Исследования частиц образующихся при электрическом взрыве проводников // Физ. и хим. обработ. матер. -1978.-№4.-С. 24-29.

70. Зелинский В. Ю. и др. Структурное состояние алюминиевых частиц, полученных методом электрического взрыва / Зелинский В. Ю., Яворовский Н. А., Проскуровская Л. Т., Давыдович В. И. // Физ. и хим. обработ. матер. -1984.-№ 1.-С. 57-59.

71. Бурцев В. А., Калини Н. В., Лучинский А. В. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.

72. Седой В. С. Исследование отключающих характеристик электрически взрываемых проводников: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Томск, 1975. -24 с.

73. Валевич В. В., Седой В. С. Электровзрывное получение металлических порошков в газе пониженного давления // V Всероссийская конференция Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем. Сб. науч. тр. -М., 2000.-С. 103 104.

74. Патент RU 2112629 CI, 6В 22F9/14. Способ получения алюминиевого порошка / Седой В. С. (РФ) 97100049/02; Заявлено 06.01.97; Опубл. 10.06.98.

75. Патент RU 2120353 CI, 6B 22F9/14. Способ получения металлических порошков / Седой В. С. , Валевич В. В. (РФ) 97115663/02; Заявлено 17.09.87; Опубл. 20.10.98.

76. Пат. RU 2075371 С1, МПК 6 В 22 F 9/14. Способ получения металлических порошков / Азаркевич Е. И., Ильин А. П., Лернер М. И., Тихонов Д. В. 94027466/02; Заявлено 19.07.94; Опубл. 20.03.97.

77. Котов Ю.А. Получение нанопорошков методом ЭВП // IV Всероссийская конференция Физикохимия ультрадисперсных систем. Сб. науч. трудов. М. 1999. - С. 60-69.

78. Патент RU 2048277 CI, 6В 22F9/14. Способ получения высокодисперсных порошков неорганических веществ /. Яворовский Н. А (РФ) 4947132/02; Заявлено 04.04.95; Опубл. 20.11.95.

79. Joncich М., Vaughn J. Chemistry of 1 Million 0 К // New Scientist. 1965. -Vol. 25. -№435. -P. 716.

80. Cook E., Sigel В. Carbide Synthesis by Metal Explosions in Acetylene // J. of Jnorg. Nuclear Chem. 1968. - Y. 30. - P. 1699 - 1706.

81. Joncich M. Preparation of Metal Nitrides by the Exploding Wire Technology // Canadion J. of Chem. 1966. - Vol. 44. - № 2. - P. 137 - 142.

82. Cook E., Sigel B. Reactions of SF6 with Exploding Netals // J. of Inorg. and Nuclear Chem. 1967. - Vol. 29. - P. 2739 - 2743.

83. Johnson R., Sigel B. Tungsten and Molybdenum Fluorides by Metal Explosion // J. of Inorg. And Nuclear Chem. 1969. - Vol. 31. - № 4.- P. 955 -963.

84. Johnson R., Sigel B. Chemestry of Electrical Wire Explosions in

85. Hydrocarbon // J. Of Electrochemical Soc. 1968. - Vol. 155. - № 1. - P. 24 - 28.11 2

86. Продукты электрического взрыва вольфрама при токах -10" А/см / Лебедев С. В., Лукин Б. В., Раутборт А. Е. и др. // Теплофиз. выс. темпер.-1969. Т. 7. - № 5. - С. 1020- 1021.

87. Котов Ю.А. Получение нанопорошков методом ЭВП // IV Всероссийская конф. «Физикохимия ультрадисперсных систем». Сб. науч. трудов. М., 1999. - С. 60-66.

88. Мурзакаев А. И., Кузнецов В. Л., Саматов О. М., Дёмина Т. . М., Тимошенкова О. Р., Штольц А. К. Нанопорошки оксидов железа, полученные электрическим взрывом проволоки // Неорганические материалы. 2002. - Т. 43. - № 5. - С. 1 - 6.

89. Kotov Y. A., Azarkevich Е. I., Beketov I. V., Demina Т. М., Murzakaev А. М., Samatov О. М. Producing А1 and А1203 nanopowders by electrical explosion of wire // Key Engineering Materials. Switzerland. 1997. - Vol. 132 - 136. - P. 173-176.

90. Азаркевич Е. И., Котов Ю. А., Медведев А. И. Получение порошков оксида меди методом ЭВП // VI Всероссийская (международная) конференция Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем. Сб. науч. тр. -М. 2002. С. 115-116.

91. Kotov Y. A., Samatov О. М. Production of nanometer-sized A1N powders by the exploding wire method // NanoStructured Materials. Printed in the USA. -1999.-Vol. 12. P. 119-122.

92. Шаманский В. В. Химические реакции в продуктах электровзрыва А1 и Си в активных газах и свойства получаемых нанодисперсных порошков: Автореф. .дисс. канд. хим. наук- Томск, 2004.

93. Иванов Г. В., Яворовский Н. А., Котов Ю. А. и др. Самораспространяющийся процесс спекания ультрадисперсных металлических порошков // ДАН, Техническая физика. 1984. - Т. 275. - № 4.-С. 873-875.

94. Иванов В. Г, Гаврилюк О. В., Глазков О. В., Сафронов М. Н. Свойства и реакционная способность электровзрывных порошков металлов // IV Всероссийская конф. «Физикохимия ультрадисперсных систем». Сб. науч. трудов. М., 1999. - С. 173 - 176.

95. Ильин А. П. Об избыточной энергии ультрадисперных порошков, полученных методом электрического взрыва проволок // Физика и химия обработки материалов. 1994. - № 3. - С. 94 -97.

96. Иванов В. Г., Гаврилюк О. В. Закономерности окисления и самовоспламенения на воздухе электровзрывных ультрадисперсных порошков металлов // Физика горения и взрыва. 1999. - Т. 35. - № 6. - С. 53- 60:------------------------

97. Kotov Y. A. Electric explosion of wires as a method for preparation-of ' nanopowders // Journal of Nanoparticle Research. Netherlands 2003. - # 5. - P. 539-550.

98. Левашова А. И., Судобин Н. Г., Давыдович В. И. и др. Синтез из СОп Н2 в присутствии железных катализаторов на основе ультрадисперсных порошков // Химический катализ на основе углеродных молекул: Тез. докл. -М.: Наука, 1984. С. 16.

99. Родкевич Н. Г. Применение УДП алюминия в органическом синтезе // IV Всероссийская конф. «Физикохимия ультрадисперсных систем». Сб. науч. трудов. М., 1999. - С. 269.

100. Ильин А. П., Проскуровская Л. Т. Двухстадийное горение ультрадисперсного порошка алюминия на воздухе Физика горения и взрыва.- 1990.-№ 2.-С. 71-72.

101. Ляшко А. П. Атореф. дисс. канд. хим. наук.-Томск: ТПИ, 1989.

102. Квон Я.С., Ильин А.П. Рихерт С.В. Тихонов Д. В., Яблуновский Г. В. Триботехнические характеристики нанопорошков различной дисперсности, полученных из сплава CuNi // Физ. и хим. обработки мат-лов. 2005. - № 6. -С. 52-57.

103. Ильин А.П., Рихерт С.В .и др. Влияние добавок нанопорошка сплава Cu-Ni к минеральному маслу на триботехнические характеристики пар трения // Физ. и хим. обработки мат-лов. 2006. - № 3. - С. 83-87.

104. Колубаев А. В., Ларионов С. А., Тарасов С. Ю., Беляев С. А. Влияние УДП присадки меди в мазке на процессы трения и изнашивания // Вестник ТГАСУ. 2000. - № 7. - С. 232 - 238.

105. Сафонов В. В., Цыпцын В. И., Добринский В. К., Сёмин А. Г. Металлосодержащие смазочные материалы в мобильной сельскохозяйственной технике: технология, исследования, применение. -Изд.-во Саратовского ун-та. 1999. - 80 с.

106. Johnson R., Siegel В. Chemical Reactor Utilizing Successive Multiple Electrical Explosions of Metal Wires //Rev. Sci. Instr. 1970. - V. 6. - № 41. - P. 854-859.

107. Automatic Metal Coating by Means of Electric Discharge Impulse // Technocrat. 1975. - № 9. - V. 8. - P. 49.

108. Lutz S., Moeller J. Fernbedienbare Zunddrahteinfadler // Bulletin des Ichweizerischen elektratechnischen Vereins. 1971. - № 13. - V. 62. - S. 634 -636.

109. A. c. 786323 (СССР). Реактор для разложения углеводородов / Вишневецкий И. И., Рязанов Н. Д., Семкин Б. В., Каляцкий И. И. 1980.

110. А. с. 247530 (СССР). Скважный источник упругих колебаний / Воробьев В. С., Андреев О. С., Последниченко К. П., Пугачевский JI. В. -Опубл. в Б. И., 1969, №22.

111. А. с. 364911 (СССР). Устройство для подачи проволоки / Горовенко Г. Г., Логвинов Л. П., Малюшевский П. П. И др. Опубл. в Б. И., 1973, № 5.

112. А. с. 877868 (СССР), МПК 6B22F9/14. Устройство для получения порошков металлов / Давыдович В. П., Яворовский Н. А. Опубл. 01.07.1981.

113. А. с. 980352 (СССР), МПК 6B22F9/14. Устройство для получения металлических порошков / Билль Б. А., Давыдович В. И. — Заявлено 11.05.1981; Опубл. 09.08.1982.

114. Пат. RU 2149735 С1, МПК B22F9/14. Установка для получения высокодисперсных порошков металлов, сплавов и их химических соединений методом электрического взрыва проволоки / Котов Ю. А.,

115. Бекетов И. В., Саматов О. М. 98118257/02; Заявлено 06.10.1998; Опубл. 27.05. 2000.

116. Пат. RU 2139777 С1, МПК B22F9/14. Установка для получения высокодисперсных порошков / Седой В. С., Котов Ю. А., Саматов О. М. -98115703/02; Заявлено 10.08.1998; Опубл. 20. 10. 1999.

117. Пат. RU 2247631 С1, МПК B22F9/14. Установка для получения порошков металлов, сплавов и химических соединений электрическим — взрывом проволоки / Ильин А. П., Назаренко О. Б., Тихонов Д. В. -2003132511/02; Заявлено 05.11.2003; Опубл. 10.03.2005.

118. Осциллографическое определение энергии электрического взрыва проволочек / Кварцхава И. Ф., Бондаренко В. В., Плюто А. А. и др. // Журн. эксп. и теор. физ. 1956. - Т. 31. - № 5. - С. 745 - 751.

119. Самсонов Г. В., Кулик О. П., Полищук В. С. Получение и методы анализа нитридов. Киев: Наукова думка, 1978. - 317 с.

120. Ивенсен В.А. Феноменология спекания. М., 1985. - 247с.

121. Болыпин М.Ю. Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна. М., 1972. - 336 с.

122. Андриевский Р.А. Порошковое материаловедение. -М., 1991. 205 с.

123. Скороход В.В., Солонин С.М. Физико-металлургические основы спекания порошков. М., 1984. - 159с. —

124. ГОСТ 19433-88. Грузы опасные. Классификация и маркировка. М.: Изд-во стандартов, 1993. - 43 с.

125. Лернер М.И., Давыдович В.И. Получение нанопорошков неорганических материалов ЭВП-технологией // Физико-химия300ультрадисперсных систем. Сб. науч трудов V Всероссийской конференции. -М., 2000.-С. 121 122

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

127. А. с. 1150844 (СССР), МПК В 22 F 9/14. Способ получения порошковой композиции / Лернер М. И., Яворовский Н. А., Ильин А. П. -3681933/22-02; Заявлено 30.12.1983; Опубл. 1984.

128. Лернер М. И., Шаманский В. В., Савельев Г. Г., Юрмазова Т. А. Химическая реакция металла с активным газом при электровзрывепроволоки.// V Всероссийская конференции «Физикохимияультрадисперсных систем»: Сб. науч. трудов. М., 2000. - С. 136 - 137. .

129. Lerner М. I., Shamanskii V. V., Savefev G. G., Yurmazova Т. A. Chemical reactions between metal and active gases in the electric explosion of wires for the production of nanopowders // Mendeleev communication. 2001. -Y. 11.-№4.-P. 159-161.

130. Buffat P., Borel J. Size Effect of the Melting Temperature of Gold Particles // Phys. Rev. 1979. - A 13. - P. 2287.

131. Гегузин Я.Е. Физика спекания. M.: Наука, 1984. - 311 с.

132. Alymov M.I., Maltina E.I., Stepanov Y.N. Model of Initial Stage of Ultrafme Metal Powder Sintering // Nanostructured Mater. 1994. - V. 4. - № 6. -P. 737-742.

133. Алымов М.И., Семичев C.B. Влияние исходного размера частиц и размера перешейка на его рост при спекании сферических частиц // Физика и химия обработки материалов.- 1999. № 5. - С. 56-60. - —

134. Троицкий В. Н., Рахматуллина А. 3., Берестенко В. И., Гуров С. В. Температура начала спекания ультрадисперсных порошков // Журн. порошковой металлургии.- 1983.- № 1. С. 13 - 15.

135. Савельев Г.Г., Галанов А.И., Денисенко А.В., Юрмазова Т.А., Лернер М.И., Теппер Ф., Каледин Л. Спекание наноразмерного электровзрывного порошка меди // Изв. Томского политехнического университета. 2004. -Т.307. - №2. - С. 100- 105.

136. Лернер М. И., Савельев Г. Г., Сваровская Н. В., Галанов А. й. Низкотемпературное спекание электровзрывных нанопорошков // Изв. Томского политехнического университета. 2006. - Т. 309. — № 4. - С. 69 -72.

137. Григорьева Л. К., Лидоренко Н. С., Нагаев Н. С. и др.// ЖЭТФ. 1Ш. -Т. 91.-С. 1050-1062.

138. Смирнов Б.М. Фрактальные кластеры // УФН. 1986. - Т. 149. - Вып. 2. -С. 177-217.

139. Смирнов Б. М. Аэрогели // УФН. 1987. - Т. 152. - Вып. 1. - С. 133-157.

140. Friske J. Aerogels.- Berlin, Heidelberg, New York: Springier-Verlag, 1986. -P. 2.

141. Teicher S. J. Aerogels. Berlin, Heidelberg, New York: Springier-Verlag, 1986.-P. 22.

142. Pojonk G. M., Teichner S. J. Aerogels.- Berlin, Heidelberg, New York: Springier-Verlag, 1986. P. 193.

143. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1982. - 400 с.

144. Comsa G. J. // Phis. (France). 1977. - 38. - Suppl. № 7. - P. C2-185 - C2-190.

145. Granqvist C., G. Buhrman R. A. // Solid State Comm. -1976. 18. - P. 123 - 126.178Г Granqvist C. G. J. //Phis. (France). 1977. - 38. - Suppl. № 7. - P. C2-147 -C2-150.

146. Денисенко Э.Т., Кулик О.П., Еремина T.B. Дисперсные кристаллические порошки. Анализ научно технической литературы // Порошковая металлургия. - 1983. - № 4. - С. 4 - 12.

147. Архипов В.А., Бондарчук С. С., Коротких А. Г., Лернер М. И. Технология получения и дисперсные характеристики нанопорошков алюминия // «Горный журнал». Специальный выпуск. «Цветные металлы». -2006. №4. - С. 58 - 64.

148. Котов Ю. А., Колганов Н. Г., Седой В. С. Формирование высоковольтных импульсов с помощью взрыва проводников // Мощныенаносекундные импульсные источники ускоренных электронов: Сб. науч. трудов.- Новосибирск: Наука, 1974. С. 83 - 96.

149. Фортов В. Е, Леотьев А. А. // ТВТ. 1976. - № 4. - С. 711.

150. Петров Ю. И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука, 1986. - 368 е.-

151. Furth R. // Proc. Roy. Soc. London A. 1944. - Vol. 183. - P. 87 - 110.

152. Жданов Г. С. Кристаллография. -М.: Наука, 1981, т. 26, с. 1301-1303.

153. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей: Собр. избр. тр. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - Т. 3. - 460 с.

154. Татарникова Л. И. Структура твердых аморфных и жидких веществ. -М.: Наука, 1983.- 150 с.

155. Швидковский Е. Г. Некоторые вопросы вязкости расплавленных металлов. -М.: Гостехтеориздат, 1955. 207 с.

156. LappaR. W.// Twin Solid films. -1981. -Vol. 85. -P. 349-353.

157. Mott N. F., Gurney R. W. // Rep. Progr. Phys. 1939. - Vol. 5. - P. 46.

158. Temperley H. N. V. Change of state L. Cleaver-Hume press, 1956. - 3241. P

159. Furth R. // Philos. Mag. 1949. - Vol. 40. - P. 1227-1233.

160. Бреховских Л. M. // Журн. эксперимент, и теор. физ. 1942. - Т. 12. -С. 287-320.

161. Горение порошкообразных металлов в активных средах / Похил П. Ф., Беляев А. Ф., Фролов Ю. В. и др. М.: Наука, 1972. - 294 с.

162. Гремячкин В. М., Истратов А. Г., Лейпунский 3. И. К теории горения металлических частиц // Физические процессы при горении и взрыве. М.:Атомиздат, 1980. С. 4-68.

163. Cassidy E., Abramowith S. Time Resolved Emission and Absorbtioss Studies of Exploding Wire Spectres - // Exploding Wire / Ed. by W.G. Chace, H.K. Moor. - N.Y.: Plenum Press, 1968. - Vol. 4. - P. 109 - 124.

164. Химическая энциклопедия: В 5 т. / Под. ред. И. JI. Кнунянц. М.: Большая Российская Энциклопедия, 1988 - 1999. - Т. 1. - 704 с.

165. Мамаян С. С., Петров Ю. М., Стесик П. Н. Термодинамические исследования условий образования некоторых тугоплавких соединений при горении // Процессы горения в химической металлургии: Сб. докл. -Черноголовка, 1972. с. 188 - 189.

166. Zhang Y., Mater J. // Sci. Lett. 2002. - 21. - P. 1603.

167. Rabenau A. Preparation of aluminium and gallium nitrides.-In // Compound semiconductors. N. Y. Reinhold publ. Corp., L., Chapman and Hall, Ltd., 1962. -Vol. 1. - P. 174-189.

168. Андреевский Р. А., Зеер С. Э. Изменение свойств ультрадисперсных порошков никеля и меди при хранении // Порошковая металлургия. 1985. -№ 10.-С. 74-78.

169. Ильин А. П., Проскуровская JI. Т. Окисление алюминия в ультрадисперсном состоянии на воздухе // Порошковая металлургия. — 1990. № 9. - С. 32-35.

170. Каламазов Р. У., Цветков Ю. В., Кальков А. А. Высокодисперсные порошки вольфрама и молибдена. — М.: Металлургия, 1988. 192 с.

171. Физико химия и технология высокодисперсных порошков: Сб. науч. тр. // Киев: ИПМ, 1984. - 190 с.

172. Пат. RU 2063417 CI. Восстанавливающий смазочный материал, содержащий порошки металлов / Ильин А. П., Лернер М. И., Давыдович

173. B.И. 5057106/92; Заявлено 29.07. 1992; Опубл. 10.07.1996.

174. Tarasov S., Kolubaev A., Belyaev S., Lerner M., Tepper F. Study of friction by nanocopper additives to motor oil К Wear. 2002. - 252. - P. 63-69.

175. Сваровская Н. В., Журавков С. П., Лернер М. И. Применение нанопорошков металлов в пластичных смазках // I Всероссийская конференция «Химия для автомобильного транспорта» 27-30 октября 2004 г. Новосибирск, 2004. - С. 145.

176. Vorozhtsov A., Lerner М., Pavlovets G. и др. Advanced technologies of controlled manufacturing and use of nanometals in high-energy material formulations // Progress in combustion and detonation. ZeTdovich Memorial. -2004. -P.142- 143.

177. Tepper F., Ivanov G., Lerner M., Davidovich V. Energetic formulations from nanosize metal powders // Proceedings of the International Pyrotechnics Seminar, 24th. -N. Y., 1998. P. 519 - 530.

178. Mench M. M., Kuo К. K., Yeh C. L., Lu Y. C. Comparison of Thermal Behavior of Regular and Ultra-fine Aluminum Powders (Alex) Made from Plasma Explosion Process // Comb. Sci. and Tech. 1998. - Vol. 135. - P. 269-292.

179. Bedford C., Aumann C., Thompson D., Miller P. Effect of Metal Particle Size on the Detonation Properties of ADN/Aluminium // TTCP WTP-4, Technical Workshop. Quebec, Canada, 1998.

180. Brousseau P. Cliff M. The Effect of Ultrafme Aluminium Powder on theth

181. Mench M. M., Yeh C. L., Kuo К. K. Propellant Burning Rate Enhancement and Thermal Behaviour of Ultrafine Aluminium Powders (Alex) //

182. The 29th International Annual Conference of ICT, 30 June 3 July, 1998. -Karlsruhe, Germany, 1998.

183. Simonenko V. N., Zarko V. E. Comparative Studying the Combustion Behaviour of Composite Propellants Containing Ultrafine Aluminium // The 30th International Annual Conference of ICT, 29 June 2 July, 1999. - Karlsruhe, Germany, 1999.

184. Chiaverini M., Serin N., Johnson D., Lu Y., Kuo К. K., Risha G. A. Combustion Behavior of HTPB-Based Solid Fuels in a Hybrid Rocket Simulator //JANNAF Propulsion Meeting, Dec. 1996. Albuquerque, 1996. ----- .

185. Tepper F., Kaledin L. Nano Aluminum as a Combustion Accelerant for Kerosene in Air Breathing Systems // 39th AIAA Aerospace Science Meeting, Jan 10, 2001.-Reno, 2001.

186. Cliff M., Tepper F. Lisetsky V. Ageing Characteristics of Alex® Nanosize Aluminum // 37th AIAA Joint Propulsion Meeting, 8-11, July 2001. Salt Lake City, 2001.

187. Tepper F. Lerner M. Ginley D. Metallic Nanopowders // Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology. Marcel Dekker, Inc., N. Y., 2004. - P. 1921 - 1933.

188. А. с. 1287611 (СССР). Способ получения дисперсно-упрочненного железоалюминиевого сплава / Каратеева Е. А., Лернер М. И., Хабас Т. А., Проскуровская: Л. Т., Ильин А. П. 1986.

189. Ivanov G., Lerner М., Tepper F. Intermetallic Alloy Formation from — Nanophase Metal Powders Produced by Electro-Exploding Wires // Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials. 1996. - Vol. 4. - P. 15/55-15/63.

190. Dammer V., Davydovich V., Eckl W., Eisenreih N., Kirilov V., Lerner M.,

191. Sakovich G., Vorozhtsov A., Weller F. New method of WC nanosized powderth *manufacturing // Energetic Materials Performance and Safety. 36 InternationaltVi

192. Annual Conference of ICT & 32 International Pyrotechnics Seminar. June 28 -Jule 1. Karlsruhe, Federal Republic of Germany, 2005. - P. 38-1 - 38 - 6.

193. Иванов В.Г., Волкова Г.И. и др. Получение оксидно-гидроксидных адсорбентов прямым взаимодействием ультрадисперсного алюминия с водой // IV Всероссийская конференция Физикохимия ультрадисперсных систем. Сб. науч. трудов. М., 1999. - С. 242 - 245.

194. Сироткина Е.Е., Иванов В.Г., Глазков О.В. и др. Применение новых адсорбентов для комплексной очистки воды // Химия в интересах устойчивого развития. 1997. - № 4. - С.429.

195. Tepper F., Lerner М., Ginley D. Nanosized Alumina Fibers // Bulletin American Ceramic Society. June 2001. - P. 57 - 60.

196. Tepper F., Kaledin L., Ginley D., Curtis C., Miedaner A., Rivkin Т., Lerner M. Characteristics of nano-metal and nano-ceramic precursors // Proceedings of the American Society for Composites, Technical Conference. 2001. - 16th. - P. 376-387.

197. Сайфуллин Р. С. Физикохимия неорганических полимерных и композиционных материалов. М.: Химия. - 1990. - 240 с.

198. Vogelson С., Koide Y., Barron A. Fiber Reinforced Ероху Resin Composite Materials Using Carboxylate-Alumoxanes as Cross-Linking Agents // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 2000. - V. 581. - P. 369 - 374.

199. Glasso, F. S. Advanced Fibers and Composites // Gordon and Breach Publ. 1989. - P. 2.

200. Water Review. 1992. - Vol. 7. - № 2.

201. Андреева И. С., Закабунин А. И., Печуркина Н. И., Лернер М. И. и др. Исследования связывания биокатализаторов с нановолокнистым оксидомалюминия // X АРАМ Seminar and III Conference "Materials of Siberia",th

202. Nanoscience and Technology" devoted to 10 anniversary of АРАМ Proceedings, June 2-6, 2003. Novosibirsk, 2003.

203. Пат. на полезную модель RU 58050 U1, МПК B01D 39/00, C02F 1/18. Патронный фильтр для очистки воды / Лернер М. И., Цыганков В. М., Родкевич Н. Г., Ложкомоев А. С. и др. 2005138218/22; Заявлено 08.12.2005; Опубл. 10.11.2006, Бюл. №31.

204. Савельев Г.Г., Юрмазова Т.А., Галанов А.И., Сизов С.В., Даниленко Н.Б., Лернер М.И., Теппер Ф., Каледин Л. Адсорбционная способность312наноразмерного волокнистого оксида алюминия // Изв. Томского политех, ун-та. 2004. - Т.307. - №1. - С. 102-107.