CZ20012400A3

CZ20012400A3 - Způsob úpravy pevných materiálů

Info

Publication number: CZ20012400A3
Application number: CZ20012400A
Authority: CZ
Inventors: Elena Igorevna Krutova; Jury Leonidovich Spirin; Vladimir Stepanovich Dubinin; Dmitry Vladimirovich Frolov
Original assignee: Intellikraft Limited
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2002-03-13
Also published as: HUP0104899A2; HK1040975A1; WO2000040506A8; NO20013232D0; CA2357039A1; NO20013232L; EP1156011A1; AU748084B2; CN1177754C; MXPA01006754A; EP1156011A4; EE200100352A; BR9816131A; EA200100604A1; HK1040975B; GB2365875B; TR200101912T2; CN1336901A; WO2000040506A1; AU3855199A

Description

Oblast techniky

Předmětem tohoto vynálezu je způsob úpravy pevných materiálů jako například oceli, slitin, polovodičů, dielektrik, feritů, piezokeramických materiálů atd., za účelem zdokonalení jejich vlastností. Dále je předmětem tohoto vynálezu tento způsob úpravy součástek nebo výrobků.

Dosavadní stav techniky

Jedním ze známých způsobů úpravy pevných materiálů za účelem zlepšení jejich vlastností je opatření povrchové vrstvy zpracovávaného materiálu takovými přísadami, které zlepšují některé jeho vlastnosti, zvláště jeho pevnost.

Jedním ze známých pevných materiálů je materiál podle autorského osvědčení SSSR č. 1220104, jehož povrchová vrstva obsahuje příměs zlata.

Nedostatkem takto upraveného materiálu je jeho nedostatečná pevnost v důsledku absence pravidelného uspořádání krystalické mřížky v jeho povrchové vrstvě.

Dále je znám pevný materiál, popsaný v publikaci V.M. Parashchenko, M.M. Rakhmankulov a A.P. Tsisin, Těchnologija litija pod davlenijem, Metalurgija, str 187, 1996, jehož povrchová vrstva obsahuje příměs boru, uhlíku, síry, chrómu, nebo hliníku.

• ·

- 2 Nedostatkem této úpravy materiálu je rovněž absence pravidelného uspořádáni krystalické mřížky v povrchových vrstvách.

Dalším ze známých materiálů je piezokeramický materiál podle autorského osvědčení SSSR č. 1172906), který je tvořen tuhým roztokem oxidů zirkonia, olova a baria, jehož povrchová vrstva obsahuje 0,5 až 0,8% olova, což vede k vytváření dodatečných povrchových center krystalizace.

Pevnost tohoto materiálu je však vzhledem k nepravidelnému uspořádání krystalické mřížky monokrystalických zrn v povrchových vrstvách rovněž nedostatečná.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je zvýšení pevnosti materiálu pomocí trojrozměrného uspořádání původní krystalické struktury materiálu v jeho povrchových vrstvách.

Dále je předmětem tohoto vynálezu zdokonalení určitých vlastností zmíněného materiálu, zejména velikosti akustických ztrát, což je podstatné pro piezokeramické materiály.

Zmíněné problémy jsou řešeny vytvořením zcela nové struktury povrchové vrstvy zpracovávaného pevného materiálu.

Tato struktura se skládá z pórů o velmi malém průřezu v povrchové vrstvě materiálu, jejichž průměr nepřesahuje 200 nm, a z vláken o velmi malém průřezu (do 200 nm), nacházejících se v těchto pórech, která jsou tvořena buď z jiného nebo ze stejného materiálu jako povrchová vrstva.

Výchozím materiálem pro přípravu materiálu s uvedenou strukturou povrchových vrstev může být jakýkoliv krystalický keramický materiál (včetně pevných kompozitů). Tímto výchozím materiálem mohou být vodiče (měď, nikl, titan, ocel) nebo polovodiče (křemík, arsenid galia) • ·

Vytvářením nanovláken v nanopórech vede k podstatnému sníženi hladiny akustických ztrát a zvýšení pevnosti tohoto materiálu v důsledku trojrozměrného uspořádání krystalické struktury na hranicích těchto nanovláken v nanopórech. V případě piezoaktivních materiálů je tímto v dané struktuře dosaženo zvýšení množství domén, jejichž vektor polarizace je orientován ve směru normály k povrchu nanovláken v nanopórech.

Vlákna pro piezokeramické materiály by měla být například ze stříbra, zlata, platiny nebo mědi.

Dále je předmětem tohoto vynálezu způsob úpravy pevného materiálu, který spočívá ve vytváření uvedené struktury nanovláken v nanopórech nacházející se v povrchové vrstvě zmíněného materiálu. Podle tohoto způsobu jsou elektrickou erozí povrchu výchozího materiálu vytvářeny nanopóry, které jsou následně vyplněny nanovlákny pomocí lokálního iontového srážení materiálu tvořícího tato vlákna.

Předmětem tohoto vynálezu je konečně způsob úpravy dokončených součástek (výrobků) z pevných materiálů vytvořením struktury zmíněných nanovláken v nanopórech v povrchové vrstvě.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Piezokeramický materiál s kovovými vlákny uvnitř pórů.

Nanopóry se vytvoří na jedné straně piezokeramického výchozího materiálu vyrobeného standardní technologií (stlačená piezokeramická náplň s pojivém je žíhána při teplotě 1450°C a následně postupně ochlazována) metodou elektrické eroze vytvářející póry pomocí prvé sondy o průměru hrotu 20 nm vyrobené • · · · · · • ····· · · • · · · · • · ·· ·· · · · ze sulfidoiodidu antiminitého (SSbl) elektrickými pulsy se zápornou polaritou (rozteč pórů 600 nm, použité napětí 4 V, doba působení potřebná k vytvoření jednoho každého póru 400 ns). Potom se použije druhá sonda vyrobená ze stříbra (průměr hrotu 10 nm), dodávající impulsy s kladnou polaritou, kterými se v pórech vytvářejí stříbrná nanovlákna metodou lokálního iontového sráženi (rozteč pórů 600 nm, použité napětí 2 V; doba potřebná k vytvoření póru 600 ns). Umístěni první a druhé elektrody do správné polohy se provádí pomocí rastrovacího tunelového mikroskopu. Průměrná hustota pórů je 3 póry na 1 Dm².

Piezokeramická destička, upravená tímto způsobem, byla podrobena zkoušce pevnosti (mez pevnosti v tahu). Výsledek této zkoušky byl 3100 N/mm². V případě použití původní destičky, která nebyla upravena touto metodou, byla mez pevnosti v tahu 2200 N/mm².

Koeficient elektromechanické vazby, který je nepřímo úměrný akustickým ztrátám v příslušném materiálu se zvýšil z 0,71 na 0, 85.

Příklad 2.

Kov s polovodičovými vlákny v pórech.

Výchozím materiálem je wolfram. V povrchu wolframu se vytvoří póry o průměru 10 až 200 nm a hloubce 100-1000 nm. Tyto póry se vyplní vlákny o délce 100-1000 nm a průměru 10 až 200 nm. Hustota pórů je přibližně 3 póry na 1 Qm². Materiálem vláken je křemík.

Pevnost drátu vyrobeného z wolframu bez použití zmíněných nanovláken v nanopórech byla 3600 N/mm². V případě použití zmíněné struktury nanovláken v nanopórech byla pevnost drátu 4400 N/mm². Koeficient akustických ztrát materiálu byl tímto způsobem snížen v průměru o 20%.

Přiklad 3.

Kov s dielektrickými vlákny umístěnými v pórech.

Výchozím materiálem je wolfram. V povrchu wolframu se vytvoří póry o průměru 10 až 200 nm a hloubce 100-1000 nm. Tyto póry se vyplní vlákny o délce 100-1000 nm a průměru 10 až 200 nm. Hustota pórů je přibližně 3 póry na 1 Qm². Materiálem vláken je síra .

Pevnost drátu vyrobeného z wolframu bez použití zmíněných nanovláken v nanopórech byla 3600 N/mm². V případě použití zmíněné struktury nanovláken v nanopórech byla pevnost drátu 4100 N/mm².

Koeficient akustických ztrát materiálu byl tímto způsobem snížen v průměru o 20%.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob úpravy pevných materiálů, zahrnující tyto kroky: opatření výchozího pevného materiálu, vytvoření pórů aspoň v povrchové vrstvě tohoto výchozího materiálu, přičemž tyto póry mají maximální průměr 200 nm, vyplnění zmíněných pórů vlákny vyrobenými z jiného materiálu, než je materiál, ze kterého je vyroben výchozí pevný materiál, nebo ze stejného materiálu.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v každém póru se nachází několik nanovláken.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že zmíněné póry v tomto materiálu jsou vytvořeny elektrickou erozí a tím, že vyplnění těchto pórů je provedeno lokálním iontovým srážením materiálu, tvořícího tato vlákna.
4. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že zmíněným upravovaným materiálem je keramický materiál a zmíněným materiálem sloužícím k vyplnění pórů je kov.
5. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, v yznačující se tím, že zmíněným upravovaným materiálem je piezokeramický materiál.
6. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je stříbro.
7. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je zlato.

·«·· ’·· ♦♦ · * · · · φ · · · · · · • · ··♦···· • · ♦ · · ··· Φ · · · • · · · · · · · • · · · ·» · · · · ···
8. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je platina.
9. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je měď.
10. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že zmíněným upravovaným materiálem je kov a zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je polovodič .
11. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že zmíněným upravovaným materiálem je kov a zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je dielektrický materiál.
12. Způsob úpravy součástí zahrnující tyto kroky:

- vytvoření pórů alespoň v povrchové vrstvě materiálu, ze kterého je součást, která je upravována, vyrobena, přičemž maximální průměr těchto pórů je 200 nm, vyplnění zmíněných pórů vlákny vyrobenými z jiného materiálu, než je materiál, ze kterého je tato součást vyrobena, nebo ze stejného materiálu.
13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že zmíněné póry v této součásti jsou vytvořeny elektrickou erozí a tím, že vyplnění těchto pórů je provedeno lokálním iontovým srážením materiálu tvořícího tato vlákna.
14. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 12 nebo 13, v yznačující se tím, že zmíněná součást, která je upravována, je vyrobena z keramického materiálu a že zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je kov.
15. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 12 až 14, vyznačující se tím, že zmíněná upravovaná součást vyrobena z piezokeramického materiálu.

9 99 9 9 9 9 9^X 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 99

9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 · 999999 9 9 • · · · · 9 9

9 9 9 9 9 9 9 99 9
16. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 12 až 15, vyznačující se tím, že zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je stříbro.
17. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 12 až 15, vyznačující se tím, že zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je zlato.
18. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 12 až 15, vyznačující se tím, že zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je platina.
19. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 12 až 15, vyznačující se tím, že zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je měď.
20. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 12 nebo 13, vyznačující se tím, že zmíněná součást, která je upravována, je vyrobena z kovu a že zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je polovodič.
21. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 12 nebo 13 vyznačující se tím, že zmíněná součást, která má být upravována, je vyrobena z kovu a tím, že zmíněným materiálem, sloužícím k vyplnění pórů, je dielektrický materiál.
22. Pevný materiál, vyznačující se tím, že alespoň v povrchové vrstvě tohoto materiálu jsou vytvořeny póry o průměru 10 až 200 nm, ve kterých se nacházejí vlákna z jiného materiálu.
23. Pevný materiál, vyznačující se tím, že alespoň v povrchové vrstvě tohoto materiálu jsou vytvořeny póry o průměru 10 až 200 nm, ve kterých se nacházejí vlákna z téhož materiálu.
24. Materiál podle nároku 22 nebo 23, vyznačuj ící se t i m, že hloubka zmíněných pórů je 100 až 1000 nm.

qv zooí- • ·«·· φφ φφ ·· • · φ « φ φ φ φ φ φ • · φφφφ φφ • φ φφ φφφφφφ φ φ φ φ φ φ φ φ • ••Φ φφ φφ φφ φ
25. Materiál podle kteréhokoliv z nároků 22 až 24, vyznačující se tím, že tímto materiálem je keramický materiál, a tím, že zmíněná vlákna, nacházející se ve zmíněných pórech, jsou vyrobena z kovu.
26. Materiál podle kteréhokoliv z nároků 22 až 25, vyznačující se tím, že tímto materiálem je piezokeramický materiál.
27. Materiál podle kteréhokoliv z nároků 22 až 26, vyznačující se tím, že zmíněná vlákna vyplňující póry jsou vyrobena ze stříbra.
28. Materiál podle kteréhokoliv z nároků 22 až 26, vyznačující se tím, že zmíněná vlákna vyplňující póry jsou vyrobena ze zlata.
29. Materiál podle kteréhokoliv z nároků 22 až 26, vyznačující se tím, že zmíněná vlákna vyplňující póry jsou vyrobena z platiny.
30. Materiál podle kteréhokoliv z nároků 22 až 26, vyznačující se tím, že zmíněná vlákna vyplňující póry jsou vyrobena z mědi.
31. Materiál podle kteréhokoliv z nároků 22 až 24, vyznačující se tím, že tímto materiálem je o kov a tím, že materiálem vláken vyplňujících póry je polovodič.
32. Materiál podle kteréhokoliv z nároků 22 až 24, vyznačující se tím, že tímto materiálem je kov, a tím, že zmíněná vlákna vyplňující póry jsou vyrobena z dielektrického materiálu.