Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме
Приведены результаты исследований структуры и микротвердости толстых (20...60 мкм) керамико-металлических конденсатов Al₂O₃-Co с различной концентрацией металлической добавки (2,5-90 мас.%), полученных способом электронно-лучевого осаждения. Выполненные исследования подтверждают возможность формиров...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96899 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме / Я.А. Стельмах, Л.А. Крушинская, Е.И. Оранская // Современная электрометаллургия. — 2014. — № 3 (116). — С. 26-30. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859666744707121152 |
|---|---|
| author | Стельмах, Я.А. Крушинская, Л.А. Оранская, Е.И. |
| author_facet | Стельмах, Я.А. Крушинская, Л.А. Оранская, Е.И. |
| citation_txt | Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме / Я.А. Стельмах, Л.А. Крушинская, Е.И. Оранская // Современная электрометаллургия. — 2014. — № 3 (116). — С. 26-30. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Приведены результаты исследований структуры и микротвердости толстых (20...60 мкм) керамико-металлических конденсатов Al₂O₃-Co с различной концентрацией металлической добавки (2,5-90 мас.%), полученных способом электронно-лучевого осаждения. Выполненные исследования подтверждают возможность формирования стабильных нанокомпозитов Al₂O₃-Co в интервале температур конденсации 300...950 °С. Обобщены закономерности формирования нанокомпозитов Al₂O₃-Co. Установлено, что размер наночастиц кобальта в керамической матрице в зависимости от температуры конденсации Тп можно варьировать от <4 (Тп < 350 °С) до 20 (Тп ~ 900 °С) нм. Микротвердость HV композитов, полученных при Тп < 350 °С, слабо зависит от содержания металлической фазы и не превышает 5...6ГПа. В интервале температур подложки (350 < Тп < 820) °С микротвердость композитов HV равна примерно 10,5 (17%Сo); 7,5 (60 % Сo); 7,0 (75 % Сo) и 5,0 ГПа (90 % Сo). Композиты, полученные в интервале (820< Тп< 950)°С отличаются развитой межкристаллитной пористостью, их микротвердость составляет примерно 2ГПа. Фазовый состав нанокомпозитов Al₂O₃-Co контролируется температурой подложки Тп и концентрацией кобальта.
The paper presents the results of investigation of structure and microhardness of thick (20...60 μm) Al₂O₃—Co ceramicsmetal condensates with different concentration of metal additive (2.5...90 wt.%) produced by electron beam deposition. Performed investigations confirm the possibility of forming stable Al₂O₃—Co nanocomposites in the range of condensation temperatures of 300...950 °C. Regularities of forming Al₂O₃—Co nanocomposites are generalized. It is established that the size of cobalt nanoparticles in the ceramic matrix can be varied from <4 (Ts < 350 °C) to 20 (Ts ~ 900 °C) nm, depending on condensation temperature Ts. Microhardness HV of composites produced at Ts < 350 °C is weakly dependent on the content of metal phase and does not exceed 5...6 GPa. In the range of substrate temperatures (350 < Ts < 820) °C composite microhardness HV is equal to approximately 10.5 (17 % Co); 7.5 (60 % Co); 7.0 (75 % Co) and 5.0 GPa (90 % Co). Composites produced in the range of (820 < Ts < 950) °C feature ramified intercrystalline porosity, their microhardness being approximately 2 GPa. Phase composition of Al₂O₃—Co nanocomposites is controlled by substrate temperature Ts and cobalt concentration.
|
| first_indexed | 2025-11-30T12:08:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.793.1:620.22
ФОРМИРОВАНИЕ НАНОКОМПОЗИТОВ Al2O3—Сo
СПОСОБОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ИСПАРЕНИЯ
В ВАКУУМЕ
Я. А. Стельмах1, Л. А. Крушинская1, Е. И. Оранская2
1Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины.
03680, Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
2Институт химии поверхности им. А. А. Чуйко НАН Украины.
03164, Киев-17, ул. Генерала Наумова. E-mail: el_oranska@mail.ru
Приведены результаты исследований структуры и микротвердости толстых (20...60 мкм) керамико-металлических
конденсатов Al2O3—Co с различной концентрацией металлической добавки (2,5-90 мас.%), полученных способом
электронно-лучевого осаждения. Выполненные исследования подтверждают возможность формирования стабиль-
ных нанокомпозитов Al2O3—Co в интервале температур конденсации 300...950 °С. Обобщены закономерности фор-
мирования нанокомпозитов Al2O3—Co. Установлено, что размер наночастиц кобальта в керамической матрице в
зависимости от температуры конденсации Тп можно варьировать от <4 (Тп < 350 °С) до 20 (Тп ~ 900 °С) нм.
Микротвердость HV композитов, полученных при Тп < 350 °С, слабо зависит от содержания металлической фазы
и не превышает 5...6 ГПа. В интервале температур подложки (350 < Тп < 820) °С микротвердость композитов HV
равна примерно 10,5 (17 % Сo); 7,5 (60 % Сo); 7,0 (75 % Сo) и 5,0 ГПа (90 % Сo). Композиты, полученные в
интервале (820 < Тп < 950) °С отличаются развитой межкристаллитной пористостью, их микротвердость составляет
примерно 2 ГПа. Фазовый состав нанокомпозитов Al2O3—Co контролируется температурой подложки Тп и кон-
центрацией кобальта. Библиогр. 8, ил. 5.
Ключ е вы е с л о в а : электронно-лучевое осаждение; керамико-металлические материалы; нанокомпозиты;
оксид алюминия; кобальт; наноструктура; микротвердость
Значительный интерес к созданию керметов с особо
малыми (<100 нм) металлическими включениями
отмечен с начала 1990-х гг., когда стало известно о
благоприятном влиянии внедрения наноразмерных
частиц в керамические матрицы для получения на-
нокомпозитов с высокой прочностью [1]. Развитие
данного направления представляет интерес в связи
с наличием потенциала повышения прочности и вяз-
кости разрушения материалов одновременно в ре-
зультате сочетания эффекта нанокомпозитов и
пластичности второй металлической фазы. Среди
возможных керамических матриц интерес представ-
ляет оксид алюминия, отличающийся широким
спектром эксплуатационных характеристик, вклю-
чая конструкционные качества, электрофизические
свойства, химическую инертность, высокие значе-
ния твердости и термостойкости. Однако хрупкость
Al2O3 ограничивает сферу его практического приме-
нения. В работе [2] подтверждается, что введение
металлической фазы в матрицу оксида алюминия
обеспечивает широкий температурный интервал
формирования нанокермета и дополнительное по-
вышение микротвердости конечной композиции.
Большое значение в качестве металлического
компонента для нанокомпозитов на основе оксида
алюминия имеет кобальт. Отсутствие растворимо-
сти кобальта в Al2O3 и его относительная жаростой-
кость способствуют получению гетерогенных ком-
позиций (керметов) в широком интервале условий
формирования. Согласно исследованиям, приве-
денным в работе [3], введение в матрицу Al2O3 до-
бавок кобальта размером 30 нм повышает значение
вязкости разрушения от 3,7 до 6,7 MПа⋅м1/2. Вы-
сокое значение магнитного момента кобальта допол-
няет конструкционные характеристики нанокомпо-
зитов на его основе функциональными (магнитны-
ми) свойствами [4].
Основными способами получения нанокомпози-
ционных керметов в настоящее время являются ком-
пактирование дисперсных (от 10 до 250 нм) порош-
ков с последующим спеканием [3], а также золь-
гель метод [1]. Для получения износостойких на-
нокомпозиционных покрытий применяют газоплаз-
менное напыление [5]. Однако потенциал физичес-
кого осаждения парового потока в вакууме на под-
ложки (готовые изделия) произвольных форм, поз-
воляющие технологически контролировать состав,
размер и степень консолидации структурных сос-
тавляющих нанокерметов, практически не изучен.
Поэтому в данной работе исследовали структуру,
микротвердость и температурные условия формиро-
© Я. А. СТЕЛЬМАХ, Л. А. КРУШИНСКАЯ, Е. И. ОРАНСКАЯ, 2014
26
вания нанокомпозитов Al2O3—Со с различной кон-
центрацией металлической составляющей.
Условия эксперимента, способы и объекты. Нано-
композиционные вакуумные конденсаты системы
Al2O3—Со для исследований синтезировали по клас-
сической двухтигельной схеме электронно-лучевого
испарения в вакууме [6]. При этом одним электрон-
ным пучком испаряли штапик Al2O3, спрессованный
из порошка оксида алюминия чистотой 99,75 %,
другим – испаряли слитки кобальта чистотой не
менее 99,9 %, полученные путем электронно-луче-
вого переплава в вакууме. Концентрацию кобальта
варьировали в интервале 2,5...90,0 мас. %. Осаж-
дение смешанных паровых потоков кобальта и окси-
да алюминия производили на подложки с заданным
вдоль оси градиентом температуры [2, 6]. Такая
методика позволяет в одном эксперименте получить
информацию о структуре и свойствах конденсиро-
ванных материалов в заданном непрерывном интер-
вале температур осаждения. Градиент температуры
200...1000 °С вдоль подложки создавали путем за-
крепления одного ее края в медном водоохлаждае-
мом держателе и нагреванием электронным лучом
противоположного края. Измерение градиента тем-
пературы проводили пятью хромель-алюмелевыми
термопарами с погрешностью ±10 °С.
Скорость конденсации в экспериментах состав-
ляла в среднем 2...3 мкм/мин, давление остаточ-
ных газов в рабочей камере во время процесса испа-
рения – (1...2)⋅10—2 Па, толщина полученных кон-
денсатов – 20...60 мкм.
Электронно-микроскопические исследования (CЭМ)
морфологии поверхности конденсатов проводили
на растровом сканирующем электронном микроско-
пе Camscan 4D в режиме вторичных электронов.
Для определения элементного состава получен-
ных конденсатов использовали рентгеноспектраль-
ный микроанализатор (приставка EDX к микрос-
копу Cam Scan 4D), программы обработки резуль-
татов – INCA-2000. Погрешность измерений сос-
тавляла ±0,3 %.
Микротвердость HV конденсатов по Виккерсу
измеряли с помощью специальной приставки Micro
Duromat 4000E к оптическому микроскопу Polyvar
Met в режиме автоматического нагружения при на-
грузке на индентор 0,1...0,2 Н.
Дифрактограммы образцов регистрировали на
дифрактометре ДРОН-УМ1 в излучении CоKα ли-
нии анода с графитовым монохроматором в отра-
женном пучке при геометрии съемки по Брэггу—
Брентано в угловом интервале 10...117° с шагом
0,1°. Расшифровка дифрактограмм была выполнена
по каталогу JCPDS.
Исследовали тонкую структуру конденсатов ок-
сида алюминия методом трансмиссионной элек-
тронной микроскопии (ТЭМ) на приборе H-800 (Hi-
tachi) при энергии ускоренных электронов 150...200
кэВ. Для исследований брали тонкие участки, полу-
ченные отслоением от массивного конденсата.
Результаты и их обсуждение. Выполненные мето-
дом СЭМ исследования поверхности и сечения по-
лученных конденсатов системы Al2O3—Сo позволи-
ли установить, что морфология и размерность
структурных составляющих композитов зависит
как от температуры подложки Тп, так и от количес-
тва введенной металлической добавки кобальта. На
рис. 1 представлены фотографии поверхности ком-
позитов Al2O3—75 мас. % Сo и Al2O3—90 мас. % Сo,
полученных в интервале значений температуры
350...920 °С. Cтруктуры поверхности Al2O3—
60 мас. % Сo и Al2O3—75 мас. % Сo подобны.
Все композиты с добавкой 2,5...90,0 мас. % ко-
бальта при Тп < 350 °С характеризуются довольно
плотной, аморфизированной структурой.
С повышением Тп до 800 °С на поверхности кон-
денсатов Al2O3—(17...75 мас. %) Сo проявляется
лишь слабый рельеф (рис. 1, I, а, б). Однако уже
при температуре 820 °С четко различимы структур-
ные составляющие размером 2...5 мкм (рис. 1, I, в).
При дальнейшем повышении температуры до 900 °С
развивается пористость, существенно изменяющая
микроструктуру и микротвердость конденсата
(рис. 1, I, г).
В композитах с высоким значением концентра-
ции кобальта (90 мас. %) при Тп = 400 °С форми-
руются хорошо выраженные равноосные кристал-
литы и образуется межкристаллитная пористость
(рис. 1, II, а). Дальнейшее повышение температу-
ры до 800 °С (рис. 1, II, а—в) сопровождается непре-
рывным укрупнением как диаметра кристаллитов
от 1 до 8...10 мкм, так и увеличением размера пор
между ними (0,2...1,5 мкм). Изменение микро-
структуры при Тп 820 °С обусловлено диспергирова-
нием кристаллитов (рис. 1, II, г).
Изменение микроструктуры в рассмотренных
композитах при 800...900 °С связано, по всей види-
мости, с фазовым переходом γ-Al2О3 → α-Al2О3 в
этом температурном интервале [7].
В процессе исследования микротвердости полу-
ченных композитов в зависимости от температуры
подложки обнаружена ее четкая корреляция с мик-
роструктурой (рис. 2). При использовании малых
добавок (2,5 мас. %) кобальта температурный ин-
тервал формирования твердого композита по срав-
нению с конденсатами чистого оксида алюминия
расширяется незначительно. Композиты с
17 мас. % кобальта имеют максимальную твердость
на уровне 10 ГПа.
Поскольку практический интерес с точки зрения
магнитных свойств представляют композиты с по-
вышенным содержанием кобальта, изучали ком-
позиты с массовой долей кобальта 60, 75, 90 %. Как
и в случае применения других металлических до-
бавок [2], кобальт существенно расширяет темпе-
ратурный интервал образования твердых конденса-
тов. Однако пористость, развивающаяся в компози-
тах с высокой концентрацией металлической сос-
тавляющей при температурах свыше 800...850 °С,
накладывает ограничение на температурные усло-
вия получения твердых композитов. С помощью
представленных на рис. 2 зависимостей установлен
температурный интервал стабильной микротвердо-
сти для сравнения композитов с различной концен-
трацией кобальта. Он ограничен, с одной стороны,
600 °С (для композита с 17 мас. % кобальта), а с
другой, – 650 °С (для композита с 90 мас. % ко-
бальта). Данные, представленные на рис. 3, позво-
27
ляют сделать вывод о том, что в области высоких
концентраций кобальта уровень микротвердости на-
нокомпозитов определяется количеством добавки и
снижается с ее увеличением: 10,0...10,5 ГПа для
17 %; 7,0...7,5 ГПа для 60 %; 6,5...7,0 ГПа для 75 %;
4,5...5,5 ГПа для 90 % кобальта.
В работе [7] показано, что толстые вакуумные
конденсаты оксида алюминия, полученные спосо-
бом электронно-лучевого испарения, характеризу-
ются присутствием наноразмерного Al2O3, а добав-
ки металлов образуют в конденсатах наночастицы
[2]. Выполненные с помощью ПЭМ исследования
тонкой структуры показали, что конденсаты компо-
зита Al2O3—7,5 мас. % Сo, полученные при Тп 80 °С,
имеют двухфазную структуру. Наночастицы ко-
бальта размером 2...4 нм распределены в керамичес-
кой матрице Al2O3 (рис. 4, а, б). Микродифракция
имеет размытое гало, характерное для структур с
Рис. 1. Структура поверхности нанокомпозитов Al2O3—Co в зависимости от температуры подложки Тп, °С: а – 350...750; б –
770; в – 820; г – 920; I – Al2O3—75 мас. % Co; II – Al2O3—90 мас. % Co
28
размерностью менее 4 нм (рис. 4, а). С ростом тем-
пературы до 400 °С размер наночастиц кобальта
увеличивается (рис. 4, в) и согласно выполненным
измерениям составляет 7...13 нм. Форма наночас-
тиц кобальта сложная, отличная от сферической.
Электронограммы свидетельствуют о кристалли-
ческой структуре наночастиц кобальта с кубическим
типом решетки (β-Co).
Сохранение эксплуатационных и функциональ-
ных свойств нанокомпозитов определяется стабиль-
ностью наночастиц. Однако наночастицы металлов
характеризуются высокой поверхностной активно-
стью, проявляющейся в склонности к окислению.
Для определения фазового состава полученных
композитов, среднего размера и оценки окисленно-
сти наночастиц кобальта выполнены рентгено-
структурные исследования образцов Al2O3—
60 мас. % Со и Al2O3—90 мас. % Со в интервале
температур 300...860 °С. Результаты исследований
представлены на рис. 5.
В композите Al2O3—60 мас.% кобальта, получен-
ном при Тп 370 °С, кобальт рентгеноаморфен (размер
наночастиц менее 4 нм). При повышении температуры
до 460 °С появляются пики β—Сo, что соответствует
данным работы [8], средний размер наночастиц ко-
бальта в этом композите составляет 5 нм.
С повышением температуры формирования ком-
позита пики β—Сo становятся уже и выше, что со-
ответствует повышению кристалличности кобальта.
Согласно проведенным оценкам, увеличивается и
средний размер наночастиц кобальта: для Тп 630 °С
он составляет 7, а при 830 °С – 20 нм.
В композитах с высокой массовой долей кобаль-
та (90 %) уже при Тп 300 °С присутствуют α- и β-фазы
кобальта, что подтверждается соответствующими
дифракционными пиками (рис 5, б). С повышением
значения Тп α—Сo переходит в более стабильную β-
модификацию. Из соотношения интенсивностей диф-
ракционных пиков определено количественное соот-
ношение α- и β-фаз кобальта: при температуре
Тп 300 °С массовая доля α-Со cоставила 27 %, при
460 °С – 15 %, 630 °С – 7 %, в случае 830 °С за-
регистрированы лишь следы присутствия α-Со.
Средний размер наночастиц в композитах с
90 мас. % кобальта при Тп < 800 °C несколько выше,
чем в композитах Al2O3—60 мас. % кобальта и со-
ставляет 9...10 нм для Тп 300...460 °С и 15 нм для
630 °С. Вместе с тем при Тп 830...860 °С средний
размер наночастиц для композитов с 60 и 90 мас. %
кобальта одинаков и составляет 20 нм.
Пики оксидов кобальта вплоть до 830...860 °С
не были обнаружены, что позволяет сделать вывод
о металлической природе наночастиц кобальта в по-
лученных нанокомпозитах.
В работе [4] обнаружено, что ферромагнитные
нанокомпозиты (ФНМК) Al2O3—Со, полученные
способом электронно-лучевого осаждения, являют-
ся высокочувствительными магнитными материала-
ми, характеризующимися переходом из суперпара-
магнитного в ферромагнитное состояние, а также
порогом перколяции электрических свойств в ин-
тервале концентраций кобальта 70...85 мас. %. За-
давая температуру подложки и концентрацию ме-
Рис. 2. Микротвердость конденсатов Al2O3 (1), Al2O3—2,5 % Со
(2), Al2O3—17 % Со (3), Al2O3—60 % Со (4), Al2O3—75 % Со (5),
Al2O3—90 % Со (6) в зависимости от температуры подложки Тп
Рис. 3. Диаграмма микротвердости композитов Al2O3—Co,
мас. %, в зависимости от Тп, °С: 1 – 550; 2 – 600; 3 – 650
Рис. 4. Структура нанокомпозитов Al2O3—17 мас. % Co (а) с Фурье-образом (б) и Al2O3—75 мас. % Co (в)
29
таллической фазы, можно управлять как структур-
ными, так и магнитными характеристиками нано-
композитов Al2O3—Co, варьируя размерность нано-
частиц кобальта в керамической матрице от не-
скольких до десятков нанометров, и придавать ком-
позитам свойства пара- или ферромагнетика.
Выводы
1. Размер наночастиц кобальта в нанокомпозитах,
полученных при Тп < 350 °С, составляет менее 4 нм,
а твердость таких композитов не превышает
5...6 ГПа.
2. Размер наночастиц кобальта в композитах,
полученных в интервале температур подложки
350 °С < Тп < 820 °С, варьируется в интервале от
5 до 15 нм. Структура нанокомпозитов Al2O3—Co
контролируется технологически – температурой
подложки. В зависимости от концентрации она яв-
ляется плотной, содержащей фазу β-Со для 17...
...60 мас. % кобальта; пористой, содержащей фазы
α- и β-Co в композитах для 90 мас. % кобальта. В
пористых нанокомпозитах по мере роста Тп содер-
жание α-Co меняется от 20 до 0 мас. %, размер
столбчатых кристаллитов увеличивается от 1 до
10 мкм, а размер пор увеличивается от 0,2 до
1,5 мкм. Микротвердость HV нанокомпозитов сос-
тавляет примерно 10,5 (17 % Сo); 7,5 (60 % Сo);
7 (75 % Сo) и 5 (90 % Сo) ГПа.
3. Средний размер наночастиц β-Co в компози-
тах, полученных в интервале 820 °С < Тп < 950 °С,
равен примерно 20 нм. Такие композиты характери-
зуются развитой межкристаллитной пористостью и
и микротвердостью примерно 2 ГПа.
1. Niihara K. New design concept of structural ceramics – ce-
ramic nanocomposites // J. Ceram. Soc. Jpn. – 1991. –
99. – P. 945—952.
2. Стельмах Я. А. Механические свойства наноструктурных
керметов на основе Al2O3, полученных электронно-луче-
вым осаждением в вакууме // Современ. электрометал-
лургия. – 2012. – № 2. – С. 25—30.
3. Tai W. P., Watanabe T. Preparation and mechanical pro-
perties of Al2O3 reinforced by submicrometer Co partic-
les // J. of Materials Science. – 1998. – 33, is. 24. –
P. 5795—5801.
4. Magnetic and electrical properties of ferromagnetic nanocom-
posites based on Co nanoparticles in Al2O3 matrix /
M. V. Radchenko, G. V. Lashkarev, M. E. Bugaiova et al. //
Phys. Stat. Sol. (b) – 248. – 2011. – P. 1619—1622.
5. Chow G.M., Ovid’ko I. A., Tsakalaros T. Nanostructured
Films and Coatings. // Kluwer Academic Publishers (Ne-
therlands). – 2000. – P. 131—148.
6. Яковчук К. Ю., Стельмах Я. А. Лабораторная электрон-
но-лучевая установка для осаждения из паровой фазы
неорганических материалов с аморфной, нано- и мик-
роразмерной структурой // Материалы конференции
НАНСИС-2004 (Киев, 12—14 окт. 2004). – Киев,
2004. – C. 387.
7. Крушинская Л. А., Стельмах Я. А. Структура и некото-
рые свойства толстых конденсатов оксида алюминия, по-
лучаемых электронно-лучевым испарением и осаждением
паровой фазы в вакууме. // Наносистемы, наноматериа-
лы, нанотехнологии: Сб. научн. тр. – Київ: Академпе-
ріодика, 2010. – 8, № 4. – С. 1003—1014.
8. Кнунянц И. Л. Химическая энциклопедия: В 5 т. – М.:
Советская энциклопедия,1990. – Т. 2. – С. 414—671.
The paper presents the results of investigation of structure and microhardness of thick (20...60 μm) Al2O3—Co ceramics-
metal condensates with different concentration of metal additive (2.5...90 wt.%) produced by electron beam deposition.
Performed investigations confirm the possibility of forming stable Al2O3—Co nanocomposites in the range of condensation
temperatures of 300...950 °C. Regularities of forming Al2O3—Co nanocomposites are generalized. It is established that
the size of cobalt nanoparticles in the ceramic matrix can be varied from <4 (Ts < 350 °C) to 20 (Ts ~ 900 °C) nm,
depending on condensation temperature Ts. Microhardness HV of composites produced at Ts < 350 °C is weakly dependent
on the content of metal phase and does not exceed 5...6 GPa. In the range of substrate temperatures (350 < Ts < 820) °C
composite microhardness HV is equal to approximately 10.5 (17 % Co); 7.5 (60 % Co); 7.0 (75 % Co) and 5.0 GPa
(90 % Co). Composites produced in the range of (820 < Ts < 950) °C feature ramified intercrystalline porosity, their
microhardness being approximately 2 GPa. Phase composition of Al2O3—Co nanocomposites is controlled by substrate
temperature Ts and cobalt concentration. 8 Ref., 5 Figures.
K e y w o r d s : electron beam deposition; ceramics-metal materials; nanocomposites; aluminium oxide; cobalt; nanos-
tructure; microhardness
Поступила 21.03.2014
Рис. 5. Дифрактограммы нанокомпозитов Al2O3—60 мас. % Co
(а) и Al2O3—90 мас. % Co (б), сформированных при различных
значениях Тп; Δ – β-кобальт, – α-Co, – аморфный ко-
бальт, – α-железо (подложка)
30
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96899 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T12:08:37Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Стельмах, Я.А. Крушинская, Л.А. Оранская, Е.И. 2016-03-22T06:54:39Z 2016-03-22T06:54:39Z 2014 Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме / Я.А. Стельмах, Л.А. Крушинская, Е.И. Оранская // Современная электрометаллургия. — 2014. — № 3 (116). — С. 26-30. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96899 621.793.1:620.22 Приведены результаты исследований структуры и микротвердости толстых (20...60 мкм) керамико-металлических конденсатов Al₂O₃-Co с различной концентрацией металлической добавки (2,5-90 мас.%), полученных способом электронно-лучевого осаждения. Выполненные исследования подтверждают возможность формирования стабильных нанокомпозитов Al₂O₃-Co в интервале температур конденсации 300...950 °С. Обобщены закономерности формирования нанокомпозитов Al₂O₃-Co. Установлено, что размер наночастиц кобальта в керамической матрице в зависимости от температуры конденсации Тп можно варьировать от <4 (Тп < 350 °С) до 20 (Тп ~ 900 °С) нм. Микротвердость HV композитов, полученных при Тп < 350 °С, слабо зависит от содержания металлической фазы и не превышает 5...6ГПа. В интервале температур подложки (350 < Тп < 820) °С микротвердость композитов HV равна примерно 10,5 (17%Сo); 7,5 (60 % Сo); 7,0 (75 % Сo) и 5,0 ГПа (90 % Сo). Композиты, полученные в интервале (820< Тп< 950)°С отличаются развитой межкристаллитной пористостью, их микротвердость составляет примерно 2ГПа. Фазовый состав нанокомпозитов Al₂O₃-Co контролируется температурой подложки Тп и концентрацией кобальта. The paper presents the results of investigation of structure and microhardness of thick (20...60 μm) Al₂O₃—Co ceramicsmetal condensates with different concentration of metal additive (2.5...90 wt.%) produced by electron beam deposition. Performed investigations confirm the possibility of forming stable Al₂O₃—Co nanocomposites in the range of condensation temperatures of 300...950 °C. Regularities of forming Al₂O₃—Co nanocomposites are generalized. It is established that the size of cobalt nanoparticles in the ceramic matrix can be varied from <4 (Ts < 350 °C) to 20 (Ts ~ 900 °C) nm, depending on condensation temperature Ts. Microhardness HV of composites produced at Ts < 350 °C is weakly dependent on the content of metal phase and does not exceed 5...6 GPa. In the range of substrate temperatures (350 < Ts < 820) °C composite microhardness HV is equal to approximately 10.5 (17 % Co); 7.5 (60 % Co); 7.0 (75 % Co) and 5.0 GPa (90 % Co). Composites produced in the range of (820 < Ts < 950) °C feature ramified intercrystalline porosity, their microhardness being approximately 2 GPa. Phase composition of Al₂O₃—Co nanocomposites is controlled by substrate temperature Ts and cobalt concentration. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электронно-лучевые процессы Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме Formation of Al₂O₃–Co nanocomposites by vacuum electron beam evaporation Article published earlier |
| spellingShingle | Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме Стельмах, Я.А. Крушинская, Л.А. Оранская, Е.И. Электронно-лучевые процессы |
| title | Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме |
| title_alt | Formation of Al₂O₃–Co nanocomposites by vacuum electron beam evaporation |
| title_full | Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме |
| title_fullStr | Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме |
| title_full_unstemmed | Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме |
| title_short | Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме |
| title_sort | формирование нанокомпозитов al₂o₃–сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме |
| topic | Электронно-лучевые процессы |
| topic_facet | Электронно-лучевые процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96899 |
| work_keys_str_mv | AT stelʹmahâa formirovanienanokompozitoval2o3sosposobomélektronnolučevogoispareniâvvakuume AT krušinskaâla formirovanienanokompozitoval2o3sosposobomélektronnolučevogoispareniâvvakuume AT oranskaâei formirovanienanokompozitoval2o3sosposobomélektronnolučevogoispareniâvvakuume AT stelʹmahâa formationofal2o3conanocompositesbyvacuumelectronbeamevaporation AT krušinskaâla formationofal2o3conanocompositesbyvacuumelectronbeamevaporation AT oranskaâei formationofal2o3conanocompositesbyvacuumelectronbeamevaporation |