Формування структури сплавів системи Sn-Cu з вуглецевими нанотрубками

Таблиця 3.1 Основні структурні параметри розплаву Sn0.987Cu0.013

Sn

Sn-Cu

Рис. 3.6. Структурні фактори розплавленої евтектики Sn0.987Cu0.013при температурі 500К.

Рис. 3.7. Структурні фактори розплавленої евтектики Sn0.987Cu0.013при температурі 600К.

Рис. 3.8 Структурні фактори розплавленої евтектики Sn0.987Cu0.013при температурі 700К.

Для детальнішого вивчення атомного розподілу сплаву Sn0.987Cu0.013 проводили моделювання структури оберненим методом Монте-Карло (RMC). З розрахунків отримано парціальні структурні фактори та парні кореляційні функції. Оскільки для інтерпретації структурних особливостей розплавів зручніше і доцільніше користуватися парціальними парними кореляційними функціями, тому будемо проводити лише їх аналіз.

Використовуючи парціальні парні кореляційні функції визначено відстані між парами атомів в досліджуваних розплавах (таблиця 3.2).

Таблиця 3.2. Відстані між парами атомів розплаву Sn0.987Cu0.013.

Рис. 3.9 Парціальні парні кореляційні функції рідкого сплаву Sn0.987Cu0.013 при Т= 500 К.

Як бачимо з рис. 3.9 та таблиці 3.6 положення першого максимуму парціальної парної кореляційної функції gCu-Sn(r) при температурі 500К зміщене ближче до початку координат порівняно з положенням аналогічного максимуму ППКФ gSn-Sn(r). Зменшення міжатомних віддалей rCu-Sn можна пояснити утворенням кластерів що складаються з атомів олова які оточують атом міді. Це може відбуватися у тому випадку якщо між атомами Cu та Sn існують віртуальні зв'язки спричинені наявністю сполук в системі Cu-Sn в кристалічному стані.

Рис. 3.10. Парціальні парні кореляційні функції рідкого сплаву Sn0.987Cu0.013 при Т= 700 К.

При температурі на 200 К вище лінії ліквідус спостерігається краще співпадіння перших максимумів парних кореляційних функцій gCu-Sn(r) та gSn-Sn(r), хоча й існує невелика різниця міжатомних віддалей rCu-Sn та rSn-Sn. Така зміна структурних параметрів вказує на деяку гомогенізацію розплаву Sn0.987Cu0.013.

Отже, як бачимо з результатів рентгеноструктурних досліджень рідкої евтектики Sn0.987Cu0.013, атоми міді відіграють роль зародків кластероутворення, що впливатиме і на структуру сплаву після кристалізації та під час формування композиту з вуглецевими нанотрубками.

Отриманий композит (Sn0.987Cu0.013)0,99C0,01 досліджували методом рентгеноструктурного аналізу в кристалічному стані.

На рис. 3.11 наведено дифрактограму данного композиту. Як бачимо з рисунка, на дифрактограмі наявні лише дифракційні максимуми олова та лінії вуглецевих нанотрубок дуже малої інтенсивності.

Рис. 3.11. Дифрактограма композиту (Sn0.987Cu0.013)0,99C0,01

Висновки

1. В результаті покривання вуглецевих нанотрубок міддю прямим електролітичним методом отримали шар міді товщиною близько 60 нм.

2. Мідь, якою покриті нанотрубки не формує властної структури про що свідчить відсутність дифракційних максимумів притаманних міді на дифрактограмі.

3. В розплаві Sn0.987Cu0.013 мідь відіграє роль зародків кластероутворення, що впливає і на структуру сплаву після кристалізації та під час формування композиту з вуглецевими нанотрубками.

4. Після формування композиту (Sn0.987Cu0.013)0,99C0,01 мідь не виявляє індивідуальних структурних особливостей, а є центрами утворення кластерів розплавленого олова на поверхні нанотрубок, що сприяє зміцненню зв'язку між вуглецевими нанотрубками та матрицею.

Список використаної літератури

1. Скрышевський А. Ф. Структурний анализ жидкостей: учебн. пособие / А. Ф. Скрышевський. - М.: Высшая школа, 1971.

2. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей / Я. И. Френкель. - Ленинград: Наука, 1975. - 592 с.

3. Пинскер З. Г. Дифракция електронов / З. Г Пинскер. - М.: АН СССР, 1949.

4. Котов Б. А. Экспериментальное исследование теплового движения в упорядоченных и неупорядоченных конденсированных системах / Б. А. Котов. - Ленинград, 1966.

5. Радченко И. В. Строение жидких металлов / И. В. Радченко. - УФН 61, вып. 2, 1957.

6. Григорович В. К. Металлическая связь и структура металлов / В. К. Григорович. - М: Наука, 1988. 296 с.

7. Арсентьев П. П. Металлические разплавы и их свойства / П. П. Арсентьев, А. А. Коледов. - М.: Металлургия, 1976. 376 с.

8. Таран Ю. П. Структура эвтектических сплавов / Ю.П.Таран, В.И. Мазур. - М.: Металлургия, 1978. 312 с.

9. Жукова Л. О. Строение и свойства двойных металлических сплавов в жидком и аморфном состояниях / Л.О. Жукова. - Екатиренбург, 2007.

10. Залкин В. М. Природа эвтектических сплавов и эффект контактного плавления / В.М.Залкин. - М.: Металлургия, 1987. 152 с.

11. Abhimanyu Bhat, Vamsi Krishna Balla, Sandip Bysakh Carbon nanotube reinforced Cu-10Sn alloy composites: Mechanical and thermal properties // Materials Science and Engineering A 528 (2011) 6727- 6732.

12. Gruner S., Kaban I., Kleinhempel R., Hoyer W., Jovari P., Delaplane R. G. Short-range order and atomic clusters in liquid Cu-Sn alloys // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2005. - 351. - P. 3490- 3496.

13. Попель С.Н. Атомное упорядочение в расплавленных и аморфных металах / С.Н.Попель, М.А.Спиридов, Л.А.Жукова. - Екатеринбург: УГТУ, 1997. 384с.

14. Вилсон Д.Р. Структура жидких металлов и сплавов / Д.Р.Вилсон. - М.: Металлургия, 1972. 247.

Додаток

Безпека життєдіяльності та охорона праці

Вступ

Основним завданням безпеки життєдіяльності є здійснення заходів технічного, санітарно-гігієнічного, правового і організаційного порядку, спрямованих на створення безпечних умов праці.

Важливе значення має безпека життєдіяльності в науково-дослідних установах, де працівники і студенти працюють з токсичними і радіоактивними речовинами, із складною високовольтною апаратурою, джерелами рентгенівського випромінювання.

1. Аналіз стану виробничих умов.

1.1 Характеристика лабораторії

Дипломна робота виконувалася у лабораторії рентгенографії рідин кафедри фізики металів фізичного факультету ЛНУ ім.. І. Франка. Лабораторія рентгенографії рідин розміщена на другому поверсі в сухому приміщенні, забезпечена природнім та штучним освітленням, температура в приміщенні підтримується в межах 18-20° у теплу пору року. Загальна площа у лабораторії становить 68 м2, об'єм - 252 м3. Площа на одне робоче місце - 17,0 м2, об'єм 63м3. Підлога у лабораторії дерев'яна. У лабораторії підтримується вологість приблизно 50 - 60 %, швидкість руху повітря 0,5 м/с. У лабораторії рентгенографії рідин знаходяться установки, що є джерелами рентгенівського випромінювання (установки типу ІРИС -3, ДРОН - 3).

1.2. Аналіз методів вимірювання і характеристика обладнання

Експериментальна частина роботи виконувалась на рентгенівському дифрактометрі на базі рентгенівської установки ІРИС - 3. Дана установка є джерелом рентгенівського випромінювання. Напруга до 50 кВ, сила струму 20 мА. Відкачування вакууму в рідинному дифрактометрі проводилось форвакуумним насосом ВН - 461. Живлення рентгенівської трубки забезпечується високовольтною установкою.

Рентгенівські промені мають значний фізіологічний вплив на живі організми. Серед фотохімічних реакцій, викликаних ними, є такі, що суттєво змінюють їх стан. До них належать, наприклад, розщеплення молекул води на водень і гідроксильну групу, які хімічно дуже активні і негативно впливають на біологічні процеси.

2. Організаційно - технічні засоби

2.1. Організація робочого місця і роботи

Для роботи на рентгенівських апаратах допускаються особи, віком від 18 років, які мають форму допуску по експлуатації апаратів напругою вище 1000В. Під час роботи на рентгенівських апаратах використовують технічні засоби захисту і екранування, за допомогою яких можна знизити опромінення на робочому місці. Двері в лабораторії рентгенографії рідин оббиті листом свинцю, товщиною 1 мм.

2.2. Санітарно - гігієнічні вимоги до умов праці

Відповідно до санітарних правил роботи з радіоактивними речовинами і джерелами іонізуючих випромінювань, допустима доза становить:

а) за 1 рік для людини - не більше 5 бер;

b) за 1 тиждень - не більше 0,1 бер;

с) за 1 день - не більше 0,01 бер.

Рентгенівські промені можуть викликати місцеве ураження, наприклад, опіки, які дуже важко виліковуються, променеву хворобу - запальне ураження організму, пов'язане зі зміною складу крові.

У лабораторії рентгенографії рідин основними джерелами шкідливого для працівників рентгенівського випромінювання є:

а) відкриті вікна рентгенівських трубок;

b) пучки променів, які виходять з коліматорів рентгенівських камер;

с) випромінювання трубок при недостатньому поглинанні їх кожуха.

Ураження рентгенівськими променями виникає лише тоді, коли їхня дія перевищує допустимі рівні. Ступінь радіаційної небезпеки при роботі з джерелами рентгенівського випромінювання визначається величиною експозиційної дози, енергією випромінювання і характером опромінення працюючих (загальне, локальне).

2.3. Заходи безпеки при роботі з обладнанням

При роботі використовували рентгенівську трубку типу БСВ -28, яка дає випромінювання у вигляді вузьких пучків. Трубка знаходиться в спеціальному захисному кожусі. При візуальному просвічуванні і юстуванні дифрактометра для аналізу потрібно одягти окуляри із свинцевого скла, рукавиці і фартух із гуми з високим вмістом свинцю. Захисні пристосування повинні забезпечити захист від прямого і розсіяного випромінювання.

Необхідний захист повинен бути забезпечений як самою будовою захисних пристроїв, так і раціональним розташуванням частин рентгенівських апаратів.

Враховуючи, що пари свинцю токсичні, все повинно бути пофарбовано олійною фарбою. Також для захисту від рентгенівських променів використовують прозорі екрани із кришталевого скла, в якому великий вміст свинцю.

З метою гарантування безпеки при роботі на рентгенівських апаратах потужність дози рентгенівського випромінювання у будь - якій точці на відстані 5 - 10 см. від поверхні захисту (кожуха) не повинне перевищувати 0,05мкР/с.

Захист у в усіх лабораторіях необхідно систематично перевіряти за допомогою дозиметрів.

2.4. Захист від дії електричного струму

При роботі на високовольтній установці, внаслідок необережності працюючого, ушкодження апаратури, можливе ураження струмом. Струм 100мА викликає смерть при дії його на людину більше 3 секунд. Негативний вплив на людину має і високочастотне електромагнітне поле, яке утворюється в електроустановках. Для захисту від нього використовують екранування робочої зони оператора.

Усі рентгенівські установки, пульти, робочі столи і щити надійно заземлені. Систематично перевіряється стан механічних контактів заземлення. Високовольтна апаратура захищена металічною сіткою і системою блокуючих пристроїв. Категорично забороняється знімати кожух рентгенівської трубки при ввімкненій напрузі. Перш ніж вмикати рентгенівську установку, пересвідчуються, чи немає біля апарату людей, перевіряють наявність води для охолодження, оглядають саму установку.

Ремонт установки проводиться при повному її відключенні і знятті залишкового заряду на високовольтних конденсаторах.

2.5. Протипожежні заходи при роботі.

У випадку виникнення пожежі в лабораторії, потрібно обов'язково повідомити завідуючого лабораторією, в першу чергу виключити всі рентгенівські апарати та інші прилади, що живляться від електромережі. У лабораторії рентгенографії рідин як протипожежні заходи використовують вуглекислий вогнегасник типу ОУ-2, сухий пісок і войлочне покривало.

3. Аналіз впливу виробничих умов на довкілля.

Основними чинниками можливого негативного впливу на навколишнє середовище під час виконання даної роботи є:

· іонізуюче випромінювання рентгенівських трубок;

· випари свинцю (Свинець служить матеріалом для захисту від іонізуючого випромінювання);

· високочастотне електромагнітне поле, що генерується в джерелах високої напруги рентгенівських трубок.

Основні заходи спрямовані на мінімізацію негативного впливу на навколишнє середовище описані в розділі 2.

Висновки

В цьому розділі було проаналізовано потенційні небезпеки, які можуть виникнути при виконанні дипломної роботи і розглянуто способи їх запобігання і усунення.

Завдяки правильному вибору робочого місця, його відповідності вимогам техніки безпеки, своєчасному контролю за обладнанням, забезпечення лабораторії протипожежним обладнанням було безпечно проведено виконання практичної частини дипломної роботи.

Література

1. Кобевник М.Й. Охрана труда / М. Й. Кобевник. - К.: Вища школа, 1990. - 286 с.

2. Долин П.А. Основи техники безопасности в електроустановках / П. А. Долин. - М.: Знергоатомиздат, 1984. - 448 с.

3. Трахтенберг І. М. Гігієна праці та виробнича санітарія / І. М. Трахтенберг, М. М. Коршун. - К.: Основа, 1997 с. 265-274.

Размещено на Allbest.ru