BAY-NANO Nanotechnológiai Kutatóintézet. Hogyan készítsünk nanoszerkezetű fémes anyagokat makroszkópikus méretben ?. Dr.Krállics György [email protected]. 53. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét és Eszközbemutató. Az előadás fő pontjai. Bevezetés (mérethatás, nanoszerkezetű anyagok). - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
Hogyan készítsünk Hogyan készítsünk nanoszerkezetű fémes anyagokat nanoszerkezetű fémes anyagokat
53. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét és Eszközbemutató
2
Az előadás fő pontjaiAz előadás fő pontjai
Bevezetés (mérethatás, nanoszerkezetű anyagok).
Tömbi nanoszerkezetű anyag előállítása porkohászati úton, intenzív képlékeny alakítással.
Laboratóriumi és üzemi gyártás. Nanoszerkezetű félgyártmányok
feldolgozása.
3DNS
~2-1/2 nm átmérő
Természet Emberkéz
MikroElektroMechanikus eszköz10 -100 m
Vörösvértest
Pollen szemcse
Légytojás~ 10-20m
Szilícium atomok
Gombostű feje1-2 mm
Kvantum korál - 48 Fe atom egyesével pozícionálva Cu felületen STM tűvelKorál átmérő 14 nm
Emberi haj~ 10-50m
Vörösvértestekfehérvérsejt
~ 2-5 m
Hangya~ 5 mm
Poratka
200 m
ATP szintetáz
~10 nm átmérő Nanocső elektród
Szén nanocső~2 nm
Nanocső tranzisztor
O O
O
OO
O OO O OO OO
O
S
O
S
O
S
O
S
O
S
O
S
O
S
O
S
PO
O
21. Század kihívásai
Hogyan lehet kombinálni a nanoméretű építőköveket, hogy új eszközöket építsünk? pl., fotoszintetikus reakciócentrum egy félvezető részecskével összekapcsolva
Mik
rovi
lág
0.1 nm
1 nanométer (nm)
0.01 m10 nm
0.1 m100 nm
1 mikrométer (m)
0.01 mm10 m
0.1 mm100 m
1 milliméter (mm)
1 cm10 mm
10-2 m
10-3 m
10-4 m
10-5 m
10-6 m
10-7 m
10-8 m
10-9 m
10-10 m
Visi
ble
Nan
ovi
lág
1,000 nanométer = In
frar
edU
ltrav
iole
tM
icro
wav
eSo
ft x-
ray
1,000,000 nanométer =
Röntgen-sugár “lencsék”gyűrűk távolsága ~35 nm
Mérettartomány
4
NanoszerkezetekLegalább egy dimenzió 1-100 nm között
Kovácsolás Meleg sajtolás Meleg izosztatikus sajtolás
Porkohászati módszerek előnyei, hátrányai
Nano-alakítás osztály a BAY-NANO-ban
• Fémes anyagú rudak, lemezek (makroszkópikus méretű félgyártmányok) laboratóriumi és üzemi képlékeny alakító gyártása.
• A félgyártmányok tulajdonságai változnak a gyártás során.
• A termékek tovább feldolgozásra kerülnek.
Milyen elvek szerint történik a gyártás ?
Az intenzív képlékeny alakítás (SPD) módszerét alkalmazzuk.Nagymértékű nyíró alakváltozás, hidrosztatikus feszültségállapotban. Az anyag nem reped, a kezdeti szemcseszerkezetultra-finomszemcsésre (UFSZ), nanoszemcsésre (NSZ)transzformálódik.
Egytengelyű húzás-nyomás (monoton alakváltozás)
Egyszerű nyírás (csavarás)(nem-monoton alakváltozás)
Mi történik az anyag mikroszerkezetében az intenzív képlékeny alakításkor ?
Mechanikai tulajdonságok változása
0
20
40
60
80
100
0
200
400
600
800
1000
rúdhúzáshengerlés laborban
hengerlés üzemben
alapanyag
Z
Rp0,2 [MPa]
Rm [MPa]
Z [%]
Wc [J/cm3]
Grade 2 titán
Mechanikai tulajdonságok változása
AlMgSi1
Mikroszerkezeti változások
AlMgSi1labor
50x50 m 2x2 m
Grade 2titán
üzemi laboratóriumi
20
Titán rudak és implantátumok gyártásaTitán rudak és implantátumok gyártása
70x2000 mm titán Grade 2
Hengerlés
16x4000 mm nanotitán
Implantátumok
Biokompatibilitásivizsgálatok
Hideghúzás
Miért az ötvözetlen titán ?
Alapállapotban kis szilárdságú, SDP hatására jelentős szilárdságnövelés –hasonló az ötvötött titánhoz (Al, V).
Ötvözök metallózist okozhatnak . Tiszta titán jobb, nem terheli a szervezetet, jó
biokompatibilitás.
Szuperképlékenység (SP)A szuperképlékeny anyagok olyan polikristályos szilárd testek, amelyek nagymértékű egyenletes képlékeny alakváltozásra képesek, mielőtt a törés fellépne. Az ilyen jellegű anyagok szakítóvizsgálata során a próbatest hosszának változása általában meghaladja a 200%-ot, de van több olyan anyag is, amelynek a hosszváltozása nagyobb mint 1000%. Az irodalomban publikált legnagyobb alakváltozások Pb-Sn eutektikus ötvözetre 7750%, míg alumíniumbronz anyagra 8000%..
Szuperképlékenység feltétele
A szuperképlékenység jelensége fellép, ha a szemcsenagyság kisebb, mint 10µm, az alakváltozási sebesség a 10-4-10-1/s intervallumba esik, és a hőmérséklet nagyobb mint 0,5xTm, ahol Tm az adott anyag olvadáspontja Kelvin fokban.
Nanoszerkezet és SP kapcsolata
Alakváltozási sebesség nagyobb Alakítási hőmérséklet kisebb