314475 Особенности формирования структуры и свойств металлических наноматериалов

Применение подобных технологий для соединения магнитотвердых и магнитомягких материалов, сталей и сплавов при изготовлении приборной техники за счет понижения температур диффузионной сварки обеспечивает сохранение исходных электрофизических свойств и исключение макро-пластических деформаций при сохранении прочности сварного шва на уровне прочности исходных материалов. В работах ГНЦ РФ «ВИАМ», Института проблем химической физики и других институтов РАН, НИФХИ им. Л. Я. им. Карпова, а также учебных институтов по направлению нано-ПКМ исследованы возможности функционализации углеродных наночастиц в целях повышения их диспергируемости в различных средах, предотвращения образования конгломератов и перехода наночастиц в неактивное состояние. Эти же организации проводят исследования в области получения наномодифицированных ПКМ. За рубежом такого рода работы по промышленным полимерам широкого назначения проводятся с начала 90-х годов, в результате чего налажен выпуск широкого ас-сортимента мастер-смесей и наномодифицированных полимеров для использования в автомобилестроении, при производстве упаковочных материалов и в других отраслях. Исследования возможности изготовления конструкций РКТ, в том числе развертываемых, из применяемых в первую очередь в авиакосмической технике материалов на основе наномодифицированных эпоксидных и полиимидных смол, осуществляются в рамках программ NASA с середины 90-х годов прошлого века. В настоящее время NASA и ESA (EuropeanSpaceAgency) отрабатывают технологию получения наномоди-фицированных ПКМ применительно к встроенным топливным бакам и другим конструкциям РКТ нового поколения. За последнее десятилетие несколько зарубежных фирм мирового значения наладили промышленный выпуск углеродных нанотрубок и нановолокон с использованием электродуговых и пиролитических методов.

В США, например, эти фирмы были под-держаны Министерством обороны в рамках программ по малому бизнесу (SBIR — smallbusinessinnovationresearch). Эти программы работают в США и в настоящее время. Цели и принципы финансирования целевых работ по нанотехнологиям с достаточно быстрой отдачей за рубежом и в России (Корпорация «Роснанотех») аналогичны. В экспозиции России представлены плазменные установки для получения фуллеренсодержащей сажи, наноразмерных частиц тугоплавких металлов и керамики, существенно превосходящие по производительности зарубежные аналоги. Плотность мощности установок производства ЦНИИмаш составляет 1000.

Вт/см2, установок ВНИИНМ им. акад. А. А.

Бочвара — 500 Вт/см2.Кроме того, рядом институтов и организаций продемонстрированы образцы фуллеренов и нанотрубок, полученных на имеющемся, менее мощном электродуговом оборудовании. За рубежом помимо широкого спектра фуллеренов, нанотрубок разработаны модифицированные углеродныминановолокнами трехмерные углеродные преформы, выпускаются листы из агломерированных углеродных нанотрубок (buckypaper). Такая нанодисперсная «бумага» считается перспективной при разработке конструкций РКТ нового поколения. Она позволяет также повысить энергетические характеристики ра-кетного топлива и взрывчатых материалов. Наномодифицированные углепластики, разработанные в ОНПП «Технология» и представленные на выставке, перспективны для использования в изделиях РКТ. Применение их в конструкции ракет-носителей (РН) обеспечивает повышение упругих и прочностных характеристик однонаправленных композитов на 25—35%, снижение массы отсеков и головных обтекателей на 10—15%. Новые материалы также могут использоваться в конструкции камер сгорания (КС) и исследовательских зондов для дальних космических полетов. Интерес для разработчиков космической техники нового поколения представляют и виброудароизоляторы, созданные в НИИАА им. акад.

В. С. Семенихина. Применение таких виброудароизоляторов, в которых используются материалы на основе наномодифицированных полимерных связующих, в мобильных или развертываемых комплексах РЭА, различного рода бортовых системах, обеспечивает в 1,5 раза больший ресурс, в 4,8 раза меньшую массу, в 4—8 раз меньшую стоимость по сравнению с такими же показателями виброудароизоляторов тросового типа. Большой интерес с точки зрения создания крупногабаритных и развертываемых космических конструкций представляет разработанная в ВНИИСВ гель-технология по-лучениясверхвысокомодульных волокон полиэтилена. За рубежом такие волокна известны около 30 лет. По сравнению с угле-, стеклои арамидными волокнами они имеют ряд существенных преимуществ по удельному модулю упругости, удельной прочности, баллистической прочности, стойкости к истиранию, изгибу, влаге, солнечной радиации, низким температурам и др. Сверхвысокомодульные полиэтиленовые волокна, разработанные в ВНИИСВ, существенно превосходят по удельным модулю упругости и прочности зарубежные аналоги марок Dyneema (фирма DSM, Голландия) и Spectra (фирма Honeywell, США). Помимо широкого народно-хозяйственного применения они предназначены для использования в авиаи ракетостроении, средствах бронезащиты.

Учитывая другие сведения, например ранее опубликованные результаты исследований в МАТИ (Москва) по разворачиваемым и ужесточаемым космическим конструкциям, в которых используются композиционные материалы на основе стеклоткани и связующих типа поливинилового спирта, можно предположить, что высокопрочные высокомодульные полиэтиленовые волокна с успехом заполнят и эту нишу.

Заключение

.

Наноматериалы отличаются исключительно высокой диффузионной подвижностью атомов по границам зерен, на 5−6 порядков превосходящей таковую в обычных поликристаллах, однако механизмы диффузионных процессов в нано-материалах далеко не полностью изучены и в литературе можно найти их различные объяснения. До сих пор остается дискуссионным вопрос о микроструктуре нанокристаллов, т. е. о строении границ раздела и их атомной плотности, о влиянии нанопор и свободного объема на свойства нанокристаллов. На основании изложенного выше можно предположить, что новые, стабильные при повышенных температурах наноматериалы будут создаваться на основе многокомпонентных систем с применением тугоплавких металлов и соединений. Особая роль в нанотехнологиях будущего отведена оксидам, нитридам и карбидам металлов с высокими температурой плавления и термической стабильностью: они станут компонентами нанокристаллических материалов, с их использованием возможно создание стабильно работающих систем, не меняющих свойств в течение всего срока эксплуатации. Исследования в области нанотехнологий и изучение нано-состояния вещества должны составить новую междисциплинарную область знания, базирующуюся на фундаментальных законах физики, химии и биологии.

Список литературы

Гвоздев А.Е., Стариков Н. Е., Золотухин В. И., Сергеев Н. Н., Сергеев А. Н., Бреки А. Д. Технология конструкционных и эксплуатационных материалов. Учебник / Под редакцией А. Е. Гвоздева. Тула, 2016.

Бернер М.К., Зарко В. Е., Талавар М. Б. Наночастицы энергетических материалов: способы получения и свойства (обзор) // Физика горения и взрыва. 2013. Т. 49. № 6. С.

3−30.Рогачев А. С., Мукасьян А. С. Горение гетерогенных наностркутурных систем (обзор) // Физика горения и взрыва. 2011. Т. 46. № 3. С.

3−30.Кузнецов П. А. Прорывные технологии «Прометея» // Инновации. 2009. № 11. С. 10−12.Власов В. А. Изобретения в области нанотехнологий и наноматериалов. Часть 1 // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал.

2016. Т. 8. № 1. С. 81−99.Власов В. А. Изобретения в области нанотехнологий позволяют в конечном итоге повысить конкурентоспособность продукции // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2014.

Т. 6. № 6. С. 58−78.