CC BY
19Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли
УДК 621.762.2
Г. М. Зеер, Н. С. Николаева, М. Ю. Кучинский, О. Н. Ледяева Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск
НАНОРАЗМЕРНЫЙ ОКСИД ЦИНКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СЕРЕБРА
Получен электроконтактный материал на основе серебра с высокодисперсными включениями оксида цинка с применением двух методов. Исследована микроструктура данных композитов.
Распространенным электроконтактным материалом для разрывных контактов низковольтной электроаппаратуры (до 1 000 В) на средние токи (до 1 000 А) являются композиты на основе серебра. Одними из самых известных являются контакты состава А§-МО. В данных композитах важно, чтобы частицы оксидов имели минимальные размеры и равномерное распределение в металлической матрице, что способствует как улучшению физико-механических свойств материала без уменьшения электропроводности, так и повышению его устойчивости к дуговой эрозии. Формирование структуры композита закладывается на стадии подготовки порошковой шихты, в связи с чем возникает необходимость исследования способов получения электроконтактных материалов с высокодисперсной и химически однородной структурой.
В данной работе образцы композита А§-7пО изготовляли из порошков А§ и 7пО и и порошка А§, покрытого наноразмерными частицами 7пО (рис. 1). Порошки оксида цинка получали термическим разложением гидроксокарбоната цинка (2), синтезированного путем смешивания водных растворов гидрокар -боната аммония и нитрата цинка (1):
57П(Шз)2 + 2(КБ4)2СОз + бЖДООз = = 7п5(СОз)2(ОЫ)б + ЮадШз + 6СО2 Т (1) 7п5(СОз)2(ОЫ)б = 57пО + 2СО2 Т + ЗЫ2О (2)
Синтезированный порошок 7пО представлял собой сферические агломераты диаметром около 1 мкм, состоящие из кристаллитов оксида цинка с размерами менее 20 нм (рис.1, а).
Метод совместного соосаждения солей заключается в смешении осадителя №2СО3 с водным раствором нитратов серебра и цинка с заданным катионным соотношением. При этом в растворе протекают следующие реакции:
2А^Оз + Ш2СО3 = А§2СОз | + 2№ШЗ
57П(ШЗ)2 + 2(Ш)2СОз + 6№ЫСОз = 7п5(СОз)2(ОЫ)б + 10№ШЗ + 6СО2 Т
В результате отжига осажденной солевой смеси был получен металл-оксидный порошок из А§ и 7пО, представляющий собой агломерированные частицы серебра в широком диапазоне размеров, при этом их поверхность покрыта мельчайшими частицами оксида цинка в наноразмерном диапазоне (рис. 1, б).
Из полученных порошков методами порошковой металлургии были изготовлены образцы электроконтактов (рис. 2). При механическом смешивании порошков вследствие агломерации наночастиц оксидов
и далее в процессе спекания их максимальный размер в компактах возрастает до 1 мкм (рис. 2, а). При сравнении фрактограмм композитов следует отметить, что в материале, изготовленном из порошков, синтезированных методом соосаждения солей, наблюдается более равномерное распределение 7пО, размеры оксидной фазы при этом не превышают 0,5 мкм (рис. 2, б).
а б
Рис. 1. Форма и размеры порошков: а - 7пО; б - Ав-7пО
аб Рис. 2. Фрактограммы композитов А§-2пО из шихты: а - полученной механическим смешиванием порошков А§ и 7пО, б - полученной методом соосаждения солей
Причиной агломерации нанокристаллитов 7пО, помимо их высокой поверхностной энергии, при механическом смешивании могут являться условия гомогенизации шихты, носящие вероятностно-статистический характер, а при соосаждении солей - различие скоростей кристаллизации соединений серебра и цинка.
Таким образом, использование порошков, полученных разными методами, позволило получить композиты, имеющие различную микроструктуру. Композит, изготовленный из порошка, синтезированного соосаждением солей, имеет более равномерное распределение 7пО, размеры оксидной фазы более дисперсны, что способствует улучшению эксплуатационных свойств контактов.
Электронно-микроскопические исследования проведены в лаборатории электронной микроскопии ЦКП СФУ на микроскопе ШОЬ 18М-7001Б.
Решетневские чтения
G. M. Zeer, N. S. Nikolaeva, M. Yu. Kuchinskiy, O. N. Ledyaeva Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk
NANODIMENSIONAL ZINC OXIDE FOR SILVER BASED ELECTROTECHNICAL MATERIALS
The electrical contact material, which is based on silver with ultrafine particles of zinc oxide was obtained by the two methods. The microstructure of these composites was investigated.
© Зеер Г. М., Николаева Н. С., Кучинский М. Ю., Ледяева О. Н., 2010
УДК 538.971
А. Ю. Игуменов, Г. А. Александрова, Е. П. Березицкая Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
А. А. Чернятина, Р. А. Ермолаев ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ МИКРОТОПОГРАФИИ ДЕФЕКТНЫХ ОБЛАСТЕЙ ПОВЕРХНОСТИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ В ПРОЦЕССЕ ХРАНЕНИЯ*
Методом АСМ исследованы поверхности радиопрозрачного терморегулирующего покрытия на разных стадиях разрушения, возникающего в процессе длительного хранения. Получены данные о структуре поверхности покрытия в нанометровом диапазоне, проведено сравнение различных по степени разрушения областей между собой, установлена тенденция изменения микрорельефа поверхности в процессе старения.
Солнечное и корпускулярное излучения оказывают негативное влияние на космические аппараты (КА). Колебания температуры и неравномерный нагрев элементов антенн способны вызвать изменение диаграммы направленности электромагнитного излучения антенны КА. Под действием корпускулярного излучения на диэлектрических поверхностях космических аппаратов скапливается неоднородный электростатический заряд, вызывающий разряды между областями с разным потенциалом, способствующие ухудшению характеристик оптических поверхностей и вызывающие помехи и сбои бортовой электронной аппаратуры.
Эффективным способом уменьшения перепада температур на конструкции антенны является использование светоотражающего терморегулирующего экрана из радиопрозрачного материала. Для защиты от электризации необходимо нанесение на внешнюю поверхность покрытия радиопрозрачных электропроводных слоев, не ухудшающих характеристики светоотражающего покрытия.
Нами было исследовано радиопрозрачное термо-регулирующее покрытие с верхним слоем полупроводникового материала, нанесенного методом термического испарения. Электропроводный радиопрозрачный подслой покрытия получен методом магне-тронного распыления. Ранее замечено, что в результа-
те длительного хранения указанного покрытия на изначально глянцевой поверхности образуются темные матовые пятна, что свидетельствует о его разрушении. На поверхности исследованного образца были визуально различимы несколько областей с различной степенью разрушения покрытия: светлая глянцевая неповрежденная область, переходная и самая темная область, в которой покрытия практически не осталось. Методом атомно-силовой микроскопии был исследован микрорельеф поверхности в каждой из этих областей. Измерения проводились на сканирующей зон-довой нанолаборатории «Интегра Аура». Была проведена компьютерная обработка полученных изображений рельефа и найдены параметры поверхностных структур. Также определена средняя шероховатость и распределение наблюдаемых поверхностных структур по высотам.
Анализ полученных данных показал, что при переходе от светлой области к темной, где полностью разрушено глянцевое полупроводниковое покрытие, увеличиваются размеры нанокластеров на поверхности, увеличивается шероховатость, в связи с чем уменьшается отражательная способность покрытия. Результаты исследований будут учтены при оптимизации состава и технологии изготовления радиопрозрачного терморегулирующего покрытия.
'Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (номер контракта П590).
