Рентгенівські дослідження об’єктів, отриманих вибухом ніхромових дротин

Размещено на http://www.allbest.ru

Зміст

Вступ

Розділ I. Рентгенофазовий аналіз речовини

1.1 Якісний аналіз

1.2 Кількісний аналіз

Розділ II. Експериментальне дослідження наночастинок отриманих методом вибуху ніхромових дротин

2.1 Ніхром та його використання

2.2Рентгеноструктурні дослідження наночастинок отриманих методом вибуху ніхромових дротинок

Висновки

Література



Вступ

Наночастинка - ізольований твердофазовий об'єкт, що має чітко виражену границю з навколишнім середовищем, розміри якого у всіх трьох вимірах становлять від 1 до 100 нм.

Наночастинки - один з найбільш загальних термінів для позначення ізольованих ультрадисперсних об'єктів, багато в чому дублюючий раніше відомі терміни, але відрізняється від них чітко визначеними розмірними межами. Тверді частинки розміром менше 1 нм зазвичай відносять до кластерів, більше 100 нм - до субмікронних частинок.

В той же час, в деяких областях знання, зокрема, в біомедичних нанотехнологіях наночастинками часто умовно називають і об'єкти діаметром до декількох сотень нанометрів, малий розмір яких також відіграє значну роль в їх властивості та застосування.

Методи добування наночастинок: метод синтезу наночастинок за допомогою плазми, створюваної радіочастотними нагрівальними котушками; ймовірно, найбільш корисними методами синтезу, в сенсі потенціалу великомасштабного застосування, є хімічні методи; наночастки можуть утворюватися в результаті розкладання при високій температурі твердих речовин, що містять катіони металів, молекулярні аніони або металоорганічні з'єднання; для отримання наночастинок срібла використовували імпульсний лазер.

Наночастинки застосовуються в медицині та нанобіотехнології: в даний час вже є дослідні зразки наноконтейнерів для прицільної доставки ліків до уражених органів і нановипромінювачів для знищення злоякісних пухлин; для створення матеріалів, необхідних при лікуванні опіків і ран; у стоматології; у косметології, електроніці та інформаційних технологіях. Особливі надії на нанотехнології покладають фахівці у галузі електроніки та інформаційних технологій. Військові дослідження у світі ведуться в шести основних сферах: технології створення і протидії невидимості, енергетичні ресурси, системи що самостійно відновлюються, зв'язок, а також пристрої виявлення хімічних і біологічних забруднень. Нанотехнології здатні також стабілізувати екологічну обстановку, а також здатні здійснити революцію в сільському господарстві. Молекулярні роботи можуть виробляти їжу, замінивши сільськогосподарські рослини і тварин. Завдяки нанотехнологіям вченим вдається домогтися все кращого поглинання сонячної енергії.

Ніхромм -- загальна назва прецизійних жаростійких хромо-нікелевих сплавів, а також потрійних хром - нікель - залізних сплавів з однофазною структурою твердого розчину з додаванням марганцю, кремнію та алюмінію. Сплави характеризуються великим питомим електричним опором, є стійкими до корозії, пластичні. Завдяки цим властивостям використовуються для виготовлення нагрівачів, чохлів термопар, пічної арматури. Також ніхром використовується як жаростійкий і хімічно стійкий сплав для роботи в певних агресивних середовищах, з ніхрому виготовляють деталі, що працюють при високій температурі, резисторні елементи, реостати. Сплав застосовується як підшар для жаростійкого покриття при газотермічному напиленні.

Метою даної роботи є проведення рентгенівських досліджень об'єктів отриманих вибухом ніхромових дротин.



Розділ I. Рентгенофазовий аналіз речовини

1.1 Якісний аналіз

У більшості випадків за відомим набором міжплощинних відстаней і відповідних їм інтенсивностей можна визначити фазовий склад речовини, якщо, звичайно, відомі аналогічні дані для компонентів суміші.

Значення міжплощинних відстаней для різних речовин приведені в декількох довідниках. Найбільш повною є рентгенометрична картотека ASTM [1]. Дані для значного числа речовин наведені також в [2] і [3]. Картотека ASTM вигідно відрізняється від інших довідників систематичним поповненням. Тому ми надалі опишемо процеси фазового аналізу з використанням саме картотеки ASTM.

Рентгенометричні дані для кожної речовини в картотеці заносяться на окрему картку, схема якої наведена в табл.1. Рентгенометрична картотека ASTM забезпечена двома покажчиками - предметний і «ключем». Якщо валовий хімічний склад відомий, то задача зводиться до зіставлення рентгенометричних даних (), отриманих для досліджуваного зразка з аналогічними даними для порівняно невеликої кількості можливих хімічних сполук. В цьому випадку зручно користуватися предметним покажчиком.

Таблиця 1

№ карточки

	ліній, наведених в ключі	Назва і формула речовини
Умови зйомки, посилання на джерело		I / I1	hkl		I / I1
Параметри решітки й інші кристалографічні дані
Оптичні дані
Умови отримання зразка, дані хімічного аналізу

Більш складне завдання - визначення фазового складу при відомому хімічному складі. У багатьох випадках це завдання однозначно не вирішується і бажано провести хоча б якісний хімічний аналіз. Якщо даних про хімічний склад немає, то неоднозначність визначення пояснюється тим, що ізоструктурні речовини можуть давати близькі рентгенограми, які мало розрізняються за величинами міжплощинних відстаней і відносних інтенсивностей. З такою неоднозначністю часто доводиться стикатися при ідентифікації речовин, що кристалізуються в кубічній, гексагональній та тетрагональній сингоніях (особливо у випадку кубічних речовин). Однак точне визначення параметрів решітки, яке якраз в цьому випадку можна виконати, по дебаєграмі, значно зменшує цю неоднозначність.

Для полегшення ідентифікації речовин за допомогою рентгенометричної картотеки вона забезпечена ключем. Для ключа відбираються три найбільш характерні міжплощинні відстані - бажано в області порівняно великих (0,8 -0,2 ) нм - з високою інтенсивністю відповідних їм ліній.

Речовини в ключі групуються за величинами першої характерної міжплощинної відстані (наприклад, речовина з характерним = 3,03 Е поміщається в групу від 3,00 до 3,04 Е). Всередині групи речовини розташовуються в порядку зменшення другої характерної міжплощинної відстані. Третє значення необхідно для попереднього відбору речовин. Іноді одна і та ж речовина поміщається в ключі два - три рази - змінюється порядок міжплощинних відстаней. Якщо, наприклад, в якості трьох характерних міжплощинних відстаней обрані 3,56, 2,95 і 2,43, то речовина може бути поміщено в групах 3,55 - 3 ,59, 2,95 - 2,99 і 2,40 - 2,44. Таке дублювання необхідно через те, що одна з міжплощинних відстаней може збігатися з іншої речовини і може бути помилково віднесено тільки до цієї речовини.

Попередній відбір по ключу дозволяє вибрати групу в 5 - 10 речовин. Більш повні данні для цих речовин наведених у окрему картку (номери яких поряд з назвою і формулою речовин наводяться в ключі).

Можна вважати, що присутність речовин в суміші встановлено досить надійно, якщо всі яскраві і більшість слабких ліній, що приводяться в картці для даної речовини, присутні на рентгенограмі досліджуваного зразка. Якщо ж частина яскравих ліній відсутня, то збіг останніх ліній є випадковим.

При ідентифікації слід мати на увазі, що частина яскравих ліній на рентгенограмі зразка може відноситися до однієї фази, а частина - до іншої. Тому розглядаються різні комбінації найбільш інтенсивної лінії з іншими.

Найбільш важко однозначно ідентифікувати речовини, що кристалізуються в кубічній сингонії, особливо якщо така речовина присутня в невеликій кількості (більшість його нечисленних ліній може збігатися з лініями основних фаз суміші). Однозначний вибір такої речовини із серії ізоструктурних проводиться за величиною параметра решітки. При ідентифікації враховвують також інтенсивність ліній. У картотеці використана стобальна шкала, але в багатьох випадках в оригінальних роботах інтенісивності оцінювалися за п'яти -, десяти бальною шкалою і перераховувалися потім в стобальну. Тому точність наведених значень інтенсивностей не слід перебільшувати. Необхідність ретельного зіставлення не тільки , а й інтенсивностей видна з табл. 2.

Таблиця 2

Рентгенометричні дані для , , ,

№ лінії	*	**	***	****
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	100 48 49 47 13 9 18 15 13 15	3,157 2,735 1,934 1,649 1,579 1,368 1,255 1,223 1,1163 1,0523	100 15 65 50 17 13 35 3 15 8	3.14 2,72 1,924 1,641 1,572 1,362 1,250 1,218 1,112 1,049	94 100 35 12 10 16 7	3,153 1,931 1,647 1,366 1,253 1,1150 1,0512	100 60 35 8 13 17 9	3,138 1,920 1,638 1,357 1,246 1,1083 1,0450

*ASTM, 5-0550.

**ASTM, 12-191.

***ASTM, 4-0864.

****ASTM, 5-0565.

Значення міжплощинних відстаней досить близькі для всіх чотирьох речовин, що пояснюється близькістю параметрів решітки та однаковим типом решітки.

Особливо близькі між собою рентгенограми і , і (у і немає ліній, відповідних другої, п'ятої та восьмої лініях і ). Однак при зіставленні відносних інтенсивностей ліній в обох випадках можна помітити різницю: 2-а і 3-а, 8-а і 9-а лінії приблизно рівної інтенсивності, в той час як у 2-а і 8-а лінії значно слабкіші 3-й і 9-й, у і значно розрізняються інтенсивності перших двох ліній. Визначення параметрів решітки (з точністю хоча б до 0,002 Е) також дає однозначну відповідь на питання про те, яка речовина досліджується в даному випадку. Розбіжності в значеннях інтенсивності у різних авторів можуть бути викликані різними умовами зйомки. На відміну від відмінностей, зумовлених різницею в розташуванні атомів в комірці, вони більш-менш плавно залежать від кута відбиття і довжини хвилі застосовуваного випромінювання. Це пов'язано в основному з відмінностями у впливі абсорбційного фактора: на рентгенограмах, отриманих від товстих (0,4 - 0,6 мм) циліндричних зразках сильно поглинаючих речовин, лінії при невеликих кутах сильно послаблюються, інтенсивність ліній з меншими значеннями буде відносно більшою, ніж при зйомці тонких зразків і особливо шлифів (зокрема, при зйомці на дифрактометрі), так як в останньому випадку поглинання буде однаково позначатися на інтенсивності всіх ліній.

Дуже сильно змінює інтенсивність ліній переважна орієнтація кристалітів (текстура) у зразку, причому в даному випадку спотворення інтенсивності залежить від індексів відображуваної площини. Більш докладно вплив цих факторів буде розглянуто нижче. Такі дані, як наведені в табл. 3, можна вважати співпадаючими: у всіх випадках відмінність інтенсивностей змінюється залежно від і відносні інтенсивності двох сусідніх ліній близькі.

Таблиця 3

Рентгенометричні дані (з різних джерел) для NaCI

[1]	[3]	[2], 1,0993	[2], 5-0628
2 9 10 6 4 10 10 2	3,25 2,814 1,990 1,625 1,407 1,259 1,149 1,083	2 9 19 1 6 4 1 10 10 2	3,249 2,814 1,990 1,697 1,625 1,407 1,291 1,259 1,149 1,083	5 100 83 2 33 13 1 23 20 1	3,25 2,81 1,99 1,70 1,63 1,41 1,29 1,26 1,15 1,08	13 100 55 2 15 6 1 11 7 1	3,258 2,821 1,994 1,701 1,628 1,410 1,294 1,261 1,1515 1,0855

Різниця інтенсивностей пояснюється (крім різних шкал інтенсивності) різною товщиною зразка та різною довжиною хвилі використовуваного випромінювання.

Розберемо конкретний випадок фазового аналізу з використанням картотеки ASTM. У табл. 4 наведено результати проміру рентгенограми суміші.

Найяскравіша лінія має = 3,10 Е, потім йдуть (у порядку падіння інтенсивностей) 2,63, 4,78, 3,06, 2,30, 3,85, 3,77, 3,66. Знаходимо в ключі групу 3,10-3,14 (необхідно переглянути і групу 3,05-3,09, так як невелика помилка у визначенні самої яскравої лінії може привести до помилкового визначення групи).



Таблиця 4

Рентгенометричні дані для невідомої системи

N	I		N	I
1 2 3 4 5 6 7 8	50 35 35 35 18 100 50 25	4,78 3,85 3,77 3,66 3,33 3,10 3,06 2,83	9 10 11 12 13 14 15	70* 18 50 18 18 18 18*	2,63 2,51 2,30 2,24 2,14 2,09 2,03

* Широкі лінії

В якості другої лінії використовуємо всі яскраві, середньояскраві і середні лінії, так як цілком можливо, що частина з них належить до другої фази.

У наступних речовин значення близькі до однієї з пар (табл. 5). Для кожної пари в першій сходинці вказане значення , у другій - інтенсивності відповідних ліній.

Таблиця 5

№ пари	Знайдено	Є в ключі	№ карточки
1 2 3 4 5 6 7 8	3,10 4,78 3,06 100 50 50 3,10 3,06 2,14 100 50 18 3,10 3,85 100 35 3,10 4,78 4,78 100 50 50 3,10 3,85 2,83 100 35 25 3,10 3,85 2,83 100 35 25 3,10 3,06 4,78 100 50 50 3,10 3,06 2,51 100 50 18	3,10 4,76 3,07 100 53 31 3,08 3,02 2,15 100 100 100 3,14 3,85 2,73 100 100 100 3,09 4,77 4,73 80 100 100 3,08 3,87 2,84 70 100 40 3,08 3,83 2,88 100 70 70 3,09 3,03 4,82 100 100 90 3,08 3,02 2,53 100 85 60	7 - 0210 8 - 62 12 - 406 13 - 403 12 - 425 11 - 374 4 - 0642 13 - 514

З цих речовин тільки для першої збіг можна вважати задовільним - найяскравіша лінія дійсно 3, 10, друга слабкіше першої, третя лінія також присутня і має значну інтенсивність. Для остаточного зіставлення знаходимо картку

7- 0210 (). Дійсно, всі лінії вольфрамату кальцію присутні на рентгенограмі досліджуваного зразка (табл. 6). Речовини № 2, 3, 4, 5 не підходять по співвідношенню інтенсивностей трьох ліній ключа, речовини № 6, 7 і 8 підходять дещо краще, проте перегляд карток дозволяє їх також виключити (у речовини № 6, крім того, погано узгоджуються лінії 2, 83 і 2,88). Так, у гідрату основного уранілфосфату барію (11 - 374) повинні бути присутніми досить яскраві лінії з = 8,0 4,41 і 3,47, яких немає на знімку; у (4 - 0642) - яскрава лінія з = 5,42 (а лінії 3,09 і 3,02 повинні мати однакову інтенсивність). На знімку вольфрамату кадмію (13-514) повинні бити лінії з = 2,93 і 3,81, але їх немає.

Декілька різна зміна інтенсивностей на рентгенограмі зразка і у вольфраматі кальцію не повинно бентежити, оскільки умови зйомки були різні (зразок знімався в камері РКД - 57, a - на дифрактометрі). Однак можна приписати тільки частину ліній. З решти найбільш яскравими є лінії з міжплощинними відстанями 3,85; 3,77; 3,66 і 2,63 (інтенсивність останньої лінії помітно вище, ніж в аналогічної лінії вольфрамату кальцію, і в даному випадку, мабуть, має місце накладення декількох ліній). Тому переглядаємо по ключу гpyпу 3,80-3,84 і 3,85-3,89; 3,75-3,79 і 3,65-3,69. Вдається підібрати тільки одну речовину з міжплощинними відстанями, близькими до 3,85, 3,66 і 3,77 (картка 5-0363).



Таблиця 6

Співставлення рентгенометричних даних досліджуваного зразка і

№ лінії	Досліджуваний зразок
	I		I		I
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15	50 35 35 35 18 100 50 25 70* 18 50 18 18 18 18*	4,78 3,85 3,77 3,66 3,32 3,10 3,06 2,83 2,63 2,51 2,30 2,24 2,14 2,09 2,03	53 100 31 14 23 19 3 5	4,76 3,10 3,072 2,844 2,622 2,296 2,256 2,0864	100 95 100 50 50 50 50 60 10 40 30 25	3,835 3,762 3,642 3,342 3,109 3,076 2,684 2,661 2,617 2,528 2,509 2,172 2,149 2,098 2,038 2,020 2,011

Для прикладу наведемо дані з групи 3,80-3,84:

1) 3,84 3,64 3,76 100 100 95 5 - 0363

2) 3,84 3,64 3,67 60 100 60 6 - 0210

3) 3,84 3,63 3,41 100 33 33 3 - 0297

У другогої і третьої речовини досить близькі до знайденого, але інтенсивності сильно розрізняються навіть для сусідніх ліній. Перегляд карток дозволяє остаточно зупинитися на (5-0363), міжплощинні відстані для якого також наведено в табл.6. У ряді випадків групі ліній, що приводяться в таблиці для , відповідає одна лінія зразка; пояснюється це меншою роздільною здатністю камери, в якій проводилася зйомка зразка (суміші трьохоксиду вольфраму і вольфрамату кальцію).

1.2 Кількісний аналіз

Для кількісного фазового аналізу необхідно можливо більш точне визначення інтенсивностей, і більш задовільні результати виходять при використанні дифрактометра.

Фотографічний метод (навіть при використанні камери Гіньє і фотометруванні) дає менш точні результати, хоча чутливість його (при використанні камери - монохроматора) можуть бути вищі.

При зйомці плоского зразка в дифрактометрі [10]

Для суміші речовин інтенсивність лінії пропорційна також об'ємній частці даного компоненту. Якщо відомі структури всіх компонентів суміші , то величини можуть бути обчислені, кутовий множник залежить тільки від кута и і можливо визначення концентрацій компонентів суміші з використанням тільки дифрактограми суміші (якщо відомо відношення ). Позначимо через та інтенсивності дифракційних ліній речовин A та B, утворюючих суміш , - їх об'ємні концентрації (), - число елементарних осередків на одиницю об'єму , - лінійні коефіцієнти поглинання (для монокристальних зразків). Тоді

. (1)

Відношення легко розрахувати, знаючи параметри решітки, так як воно пов'язане з об'ємами елементарних осередків :

.

Таким чином:

k= (2)

і для вагових концентрацій

. (3)

Такий розрахунок містить ряд неточностей які важко усунути: похибки у визначенні координат атомів, розрахунки відношення , і т.д. Ці помилки сумуються у визначенні інтенсивностей. Така методика кількісного фазового аналізу тому і має обмежене застосування.

Звичайно ж використовується метод внутрішнього стандарту. В цьому випадку порівнюються два зразка, один з яких містить відому кількість обумовленої фази A. До обох зразків підмішується обраний для порівняння кристалічний порошок С, дифракційні лінії якого (або частина їх) не співпадають з лініями решти компонентів суміші (особливо А). Використоввуються співвідношення

; .



Якщо концентрації , та відомі, неважко розрахувати . В якості підмішуючої речовини С може бути використаний один із компонентів суміші. В цьому випадку до суміші добавляють відому кількість одного із визначаючих компонентів (зазвичай присутнього в меншій кількості). Зйомка на дифрактометрі зручна ще й тим, в цьому випадку значно скорочується час експерименту - записується не вся дифрактограма , а тільки невелика її частина , яка містить лінії визначаючих речовин. Зручно порівнювати лінії приблизно рівної інтенсивності. Тому при аналізі суміші двох компонентів А і В, з яких А присутній в кількості декількох відсотків, порівнюються інтенсивності найяскравішої лінії А і слабкішої лінії В.

Для отримання надійних результатів необхідно враховувати вплив зернистості порошку , особливо коли у компонентів помітно розрізняються коефіцієнти поглинання. В цьому випадку використання крупнозернистих зразків (з розміром зерна більше 0 ,5 - 1 мікрона ) вносить додаткову помилку (зменшується відносна інтенсивність ліній сильнопоглинаючої речовини). Дуже часто зустрічається випадок , коли частинки одного із компонентів обволікають частинки іншого, що призводить до різкого зменшення інтенсивностей ліній другої фази (так, частинки металу в керметах обволікаються окисними фазами). Тому при проведенні кількісного аналізу необхідно попередньо відпрацювати методику приготування зразків на стандартних сумішах. Інше джерело помилок - переважна орієнтація кристалітів в зразку. Для усунення цієї помилки або істотного зменшення її до зразка додають 30 - 50 % будь - якої аморфної речовини, наприклад крохмалю. У випадку застосування внутрішнього стандарту джерелом помилки може бути нерівномірний розподіл стандарту в суміші.

В якості прикладу розглянемо кількісне визначення графіту в карбіді бору. Вміст графіту в суміші було невелике, тому для порівняння слід було використати найяскравішу лінію графіту (002) і одну з порівняно слабкіших ліній карбіду бору (101). Для вихідного зразка



, (4)

де графіту, вміст карбіду бору, інтенсивності ліній графіту (002) ті карбіду бору (101). Після добавлення відомої кількості () графіту

= ,

звідси .

Рис.1. Залежність відношення інтенсивностей лінії графіту (002) і карбіду бору (101) від вмісту графіту

Для графічного визначення будується пряма яка відповідає залежності від ; відрізок, відрізаючий на осі абсцис, рівний . В розглядаючому випадку визначався вміст графіту в зразках № 1, 2 і 3, графіт добавляється до зразка № 3 (кількість графіту дано у % від навішування зразка № 3).В таблиці 7 наведені значення відношень інтенсивностей для зразків № 1,2,3 і сумішей зразка графіту № 3 з 1,2 і 5% графіту.

Таблиця 7

Зразок	№ 1	№ 2	№ 3	№3+1%С	№3+2%С	№3+5%С
………………….. Вміст графіту, вага %.	0,13 0,30	0,18 0,40	0,17 0,37	0,65	1,01	2,65



На рис. 1 показана графічна залежність від . Із графіка знаходимо, що вміст графіту в зразку № 3 дорівнює 0,37 %.

Якщо прийняти точку прямої з віссю абсцис за початок координат , то по тому ж графіку знаходимо що вміст графіту в зразках № 1 і 2 дорівнює 0,30 і 0,40% відповідно.

Впливом текстури на інтенсивність лінії графіту (002) в даному випадку можна запобігти у вигляді малого вмісту графіту.

Можливі й інші способи визначення вмісту графіту. Наприклад, порівнюють суміші досліджуваних зразків з еталоном і графіту з еталоном (в останньому випадку звертають особливу увагу на видалення текстури), а потім розраховують вміст графіту з рівняння (4). Цей же метод застосовується і при визначенні вмісту суміші кристалічної фази в аморфному або у випадку суміші трьох і більше речовин.

Для визначення вмісту кварцу в суміші необхідно , насамперед , підібрати речовину для внутрішнього стандарту. Лінії речовини взяті в якості внутрішнього стандарту , неповинні співпадати з лініями будь - якого компоненту суміші , тому необхідно зняти дебаєграму досліджуваної суміші , виміряти і розрахувати її. В якості внутрішнього стандарту зазвичай використовується NaCl (найяскравіші лінії 2,81 і 1,99 Е) і KCl (3,14 і 2,22 Е). Якщо в жодної з цих речовин взяти неможна, то потрібно підібрати інший еталон. Для порівняння можуть бути використані яскраві лінії кварцу (4,25 і 3,35 А).

Доцільно проводити порівняння інтенсивностей двох - чотирьох пар ліній еталону і обумовленої речовини. Це дозволить виявити неточності, обумовлені, наприклад, текстурою. Всі речовини повинні бути ретельно розтерті. Для визначення кількості кварцу в досліджуваній суміші до неї добавляється відома масова кількість стандарту і готується суміш чистого кварцу із стандартом (обидві суміші ретельно перетираються). Після запису дифрактограми сумішей на дифрактометрі вони перемішуються ще раз і знімаються повторно. Для розрахунку використовується наступне співвідношення:

, ,

де і - кількісно стандартні речовини, добавленого до кварцу і досліджуваної суміші (в % від кількості кварцу і суміші), - вміст кварцу в досліджуваній суміші (вага %), , , , - інтенсивності ліній кварцу в стандартній речовині.

Для кожної пари ліній кварцу і стандарту коефіцієнт сталий і розраховується із співвідношення

=.

Вміст кварцу визначається за формулою .

Як зазначалось , визначається із даних для декількох пар ліній і береться середнє значення .



Розділ II. Експериментальне дослідження наночастинок отриманих методом вибуху ніхромових дротин

2.1 Ніхром та його використання

Ніхромм -- загальна назва прецизійних жаростійких хромо - нікелевих сплавів, а також потрійних хром - нікель - залізних сплавів з однофазною структурою твердого розчину з додаванням марганцю, кремнію та алюмінію. Такі сплави містять 65...85% нікелю (Ni), 15...20% хрому (Cr), до 20% заліза (Fe) і низьку кількість вуглецю (C) (приблизно до 0,05%). Назва сплаву походить від частин слів «Нікель» та «Хром».[5]

Властивості ніхрому визначаються його основними компонентами - хромом і нікелем. Нікель має властивість розчиняти в собі велику кількість інших металів, зберігаючи при цьому хорошу пластичність. Також даний метал має високу корозійну стійкість в рідких і газоподібних середовищах і, як зазначається вище, має гарну пластичність, жаростійкість. Хром, у свою чергу, володіє високою жароміцністю, твердістю і також стійкий проти корозії. Таким чином, ніхром поєднує в собі хорошу жароміцність, жаростійкість і пластичність, а також має високий опір корозії. Властивість жаростійкості визначає максимальні робочі температури ніхрому. Для ніхрому Х20Н80 - до 1200 С (у залежності від діаметра дроту), для ніхрому марки Х15Н60 - до 1125 С (у залежності від діаметра дроту) за ГОСТ 12766.1-90. Вплив кількості нікелю в сплаві можна побачити по даній характеристиці. Чим більше нікелю в ніхромі, тим більшу максимальну робочу температуру має останній.

Іншою властивістю, гідним уваги, є пластичність. Вона відноситься до технологічних властивостей, які показують, яким видам обробки (штампування, зварювання, гостріння, волочіння і т.д.) може піддаватися даний матеріал. Ніхром має гарну пластичність, що дає можливість отримувати такі види продукції, як стрічка ніхромова і ніхромовий дріт, у тому числі тонкий дріт. Для отримання ніхромового дроту застосовують обробку металу тиском - волочіння.

Варто відзначити найважливіші фізичні властивості ніхрому - малий температурний коефіцієнт електричного опору і високий питомий електричний опір. Дані властивості в сукупності з високою жаростійкістю визначили застосування ніхрому у вигляді стрічки і дроту для виготовлення високотемпературних нагрівальних елементів.

Ніхром Х20Н80 і Х15Н60(дріт ніхромовий, а також стрічка ніхромова) застосовуються в основному в електротехніці. Його використовують для виготовлення електронагрівачів, електронагрівальних елементів, які тривалий час працюють на повітрі при температурі до 1250 °С; дротяних і стрічкових резисторів; реостатів в нагрівальних приладах. Також ніхром рекомендується застосовувати при виготовленні нагрівачів електротермічного устаткування підвищеної надійності. Х15Н60 також використовується при створенні непрецізіонних резисторів.[6]

2.2 Рентгеноструктурні дослідження наночастинок, отриманих методом вибуху ніхромових дротинок

На рис.2 показано рентгенівську дифрактограму порошку отриманого розтиранням ніхромової дротини в фарфоровій ступці.



Рис. 2. Рентгенівська дифрактограма порошку ніхромового дроту

Для її інтерпретації ми припустимо, що в ній можуть бути присутні рефлекси наступних речовин, враховуючи хімічний склад ніхрому: нікель, хром, залізо, та їхні оксиди. Використовуючи формулу Вульфа - Брега і відомі міжплощинні відстані вище вказаних речовин [4] ми провели розрахунки кутових положень їх рефлексів.

[4],

де міжплощинна відстань,

кут ковзання падаючого променя,

довжина хвилі,

порядок відбивання.

Результати проведених розрахунків з використанням Excel наведені в таблицях.

Таблиця 8

Хром Cr
л	d	л/2d	arcsin и	и	2и	I
1,541841	2,052	0,375692	0,385144	22,0671	44,1342	100
1,541841	1,436	0,536853	0,566702	32,46964	64,93928	40
1,541841	1,172	0,657782	0,71787	41,13092	82,26185	80
1,541841	1,014	0,760276	0,863739	49,48858	98,97716	50
1,541841	0,909	0,848097	1,012384	58,00531	116,0106	60
1,541841	0,829	0,92994	1,19425	68,42548	136,851	20

Таблиця 9

Залізо Fe
л	d	л/2d	arcsin и	и	2и	I
1,541841	2,0268	0,380363	0,390189	22,35619	44,71238	100
1,541841	1,4332	0,537901	0,567946	32,5409	65,08179	19
1,541841	1,1702	0,658794	0,719214	41,20794	82,41587	30
1,541841	1,0134	0,760727	0,864432	49,5283	99,05659	9
1,541841	0,9064	0,85053	1,016992	58,26936	116,5387	12
1,541841	0,8275	0,931626	1,198861	68,68968	137,3794	6

Таблиця 10

Fe
л	d	л/2d	arcsin и	и	2и	I
1,541841	2,07	0,372425	0,381621	21,86527	43,73054	100
1,541841	1,8	0,428289	0,442599	25,35903	50,71806	50
1,541841	1,26	0,611842	0,658387	37,72278	75,44556	32
1,541841	1,081	0,713155	0,793988	45,49218	90,98437	32
1,541841	1,018	0,757289	0,859152	49,22579	98,45159	4

Таблиця 11

FeO
л	d	л/2d	arcsin и	и	2и	I
1,541841	2,45	0,314661	0,3201	18,34037	36,68074	50
1,541841	2,14	0,360243	0,368529	21,11513	42,23026	100
1,541841	1,51	0,510543	0,535816	30,70002	61,40005	63
1,541841	1,293	0,596226	0,638792	36,60009	73,20018	15
1,541841	1,238	0,622714	0,672207	38,51462	77,02924	8
1,541841	1,072	0,719142	0,802567	45,9837	91,96739	3
1,541841	0,984	0,783456	0,900207	51,57807	103,1561	3
1,541841	0,959	0,803879	0,933789	53,50217	107,0043	5
1,541841	0,876	0,880046	1,075959	61,64792	123,2958	3



Таблиця 12

Fe2O3
л	d	л/2d	arcsin и	и	2и	I
1,541841	3,68	0,209489	0,211053	12,09242	24,18484	18
1,541841	2,69	0,286587	0,290663	16,65376	33,30753	100
1,541841	2,51	0,30714	0,312186	17,88693	35,77387	75
1,541841	2,2	0,350418	0,358018	20,5129	41,02581	18
1,541841	1,84	0,418978	0,43232	24,77011	49,54022	63
1,541841	1,69	0,456166	0,473682	27,13997	54,27995	63
1,541841	1,6	0,481825	0,502736	28,80468	57,60936	13
1,541841	1,485	0,519138	0,545842	31,27447	62,54893	50
1,541841	1,452	0,530937	0,559706	32,06878	64,13756	50
1,541841	1,351	0,570629	0,607272	34,79413	69,58826	3
1,541841	1,308	0,589389	0,630302	36,11364	72,22727	18
1,541841	1,259	0,612328	0,659001	37,75799	75,51598	13
1,541841	1,23	0,626765	0,677394	38,81182	77,62363	3
1,541841	1,19	0,647832	0,704735	40,37836	80,75672	8
1,541841	1,163	0,662872	0,724648	41,51929	83,03858	5
1,541841	1,14	0,676246	0,742655	42,55098	85,10196	13
1,541841	1,104	0,698297	0,773016	44,29056	88,58113	10
1,541841	1,056	0,730038	0,818378	46,8896	93,77919	8
1,541841	0,962	0,801373	0,929586	53,26137	106,5227	10
1,541841	0,954	0,808093	0,940907	53,90999	107,82	5
1,541841	0,9	0,856578	1,028601	58,93452	117,869	3
1,541841	0,881	0,875051	1,065542	61,05107	122,1021	5
1,541841	0,843	0,914496	1,154261	66,13429	132,2686	5

Таблиця 13

Нікель Ni
л	d	л/2d	arcsin и	и	2и	I
1,541841	2,03	0,379764	0,389541	22,31905	44,6381	100
1,541841	1,76	0,438023	0,453398	25,9778	51,95561	50
1,541841	1,244	0,619711	0,668374	38,29503	76,59005	32
1,541841	1,061	0,726598	0,813357	46,60194	93,20387	32
1,541841	1,017	0,758034	0,860293	49,29117	98,58233	4
1,541841	0,808	0,954109	1,266671	72,57492	145,1498	8
1,541841	0,788	0,978325	1,362213	78,04907	156,0981	8

Таблиця 14

NiO
л	d	л/2d	arcsin и	и	2и	I
1,541841	2,4	0,321217	0,327014	18,73653	37,47306	60
1,541841	2,08	0,370635	0,379692	21,75477	43,50954	100
1,541841	1,474	0,523012	0,550382	31,53454	63,06908	60
1,541841	1,258	0,612814	0,659617	37,79327	75,58654	24
1,541841	1,203	0,640832	0,695581	39,85385	79,70771	12
1,541841	1,042	0,739847	0,832843	47,71837	95,43673	2
1,541841	0,957	0,805559	0,936619	53,66431	107,3286	4
1,541841	0,933	0,826281	0,972473	55,7186	111,4372	6
1,541841	0,852	0,904836	1,130995	64,80122	129,6024	3
1,541841	0,802	0,961247	1,291491	73,99701	147,994	2

Рис.3. Рентгенівська дифрактограма наночастинок отриманих методом вибуху ніхромових дротинок.

Рентгенівська дифрактограма порошку, отриманого вибухом ніхромової дротини. Проведений аналіз з врахуванням відносної інтенсивності показав присутність рефлексів наступних речовин: нікель (111) (2и = 43,71); нікель(200) (2и = 50,25); нікель(220) (2и = 75,60), хром (111) (2и = 42,72); хром (200) (2и = 64,80); хром (220) (2и = 81,48), хром (311) (2и =98,86); оксид заліза Fe2O3 (113) (2и = 40,84); оксид заліза Fe2O3 (024) (2и = 50,93); оксид заліза Fe2O3 (116) (2и = 55,19). Крім того присутні слабкі лінії заліза Fe). Наші результати добре узгоджуються з результатами авторів робіт [7,8,9,12].

На рис.3 показано рентгенівську дифрактограму наночастинок отриманих методом вибуху ніхромових дротинок. Проведений аналіз з врахуванням відносної інтенсивності показав присутність сильних рефлексів оксиду нікелю NiO (111) (2и = 37,34); оксиду нікелю NiO (200) (2и = 43,38); оксиду нікелю NiO (220) (2и = 63,30); оксиду нікелю NiO (311) (2и = 74,75), оксиду заліза Fe2O3 (110) (2и = 35,82); оксиду заліза Fe2O3 (116) (2и = 51,79) оксиду заліза Fe2O3 (214), (300) (2и = 63,30). Останні два рефлекси в наших експериментах не розділяються внаслідок близькості кутових положень, а тому рефлекс 2и = 63,30 має набагато більшу інтенсивність, чим вказану в таблицях наведених вище. На дифрактограмі приведенній на Рис.3 рефлекси мають набагато більшу півширину, чим на дифрактограмі вихідного порошку ніхрому. Це свідчить про те, що піч час вибуху утворюються об'єкти з досить малими розмірами. Для визначення розмірів ост об'єктів деякі рефлекси були описані за допомогою функції Гауса. На Рис. 4 і Рис. 5 наведені описи експериментальних рефлексів функціями Гауса. В наслідок чого була отримана наступна інформація: кутове положення рефлексу, півширина і інтегральна інтенсивність.

Рис.4. Опис рефлексу оксиду нікелю NiO (200) 2и = 43,38) за допомогою функції Гауса.



Рис. 5. Опис рефлексу оксиду заліза Fe2O3 (110) 2и = 35,82 за допомогою функції Гауса

наночастинка вибух ніхром рентгеноструктурний

Отримані результати використовувалися для розрахунку розмірів нанокристалів з використанням формули Дебая - Шеррера [11]:

D = 0,89л/(в cos и),

де л - довжина хвилі рентгенівського випромінювання; в - півширина рефлексу; и - кут дифракції.

Проведемо розрахунки розмірів наночастинок оксидів нікелю (NiO) і заліза (Fe2O3 ) використовуючи формулу Дебая - Шеррера.

D = 0, 891, 54184/(0, 97 р/180cos 21,67) = 81 Е

D = 0, 891, 54184 / (0, 28 р/180cos 17,67) = 281 Е



Висновки

Рентгенівські дослідження ніхромого дроту показали, що в вихідних зразках присутні наступні речовини: нікель, хром і оксид заліза, про що свідчать рентгенівські рефлекси.

Зразки отримані вибухом ніхромових дротин в основному складаються з оксиду нікелю (NiO) і оксиду заліза (Fe2O3).

Можливо, присутні оксиди хрому, але це вимагає додаткових досліджень.

Оксиди нікелю і заліза в зразку отриманому методом вибуху мають малі розміри, оцінка яких з використанням формули Дебая-Шеррера дала такі результати для оксидів нікелю (NiO) і заліза (Fe2O3) 81 Е і 281 Е відповідно.



Література

X-ray diffraction date cards, ASTM.

Михеев В.И. Рентгенометрический определитель минералов. М.: Госгеолиздат, 1957.

Миркин В.И. Справочник по рентгеноструктурному аналізу поликристалов М.: Физматгиз, 1961.

Липсон Г., Стипл Г. Интерпретация порошковых рентгенограмм М.: «Мир», 1972.

http://uk.wikipedia.org/wiki/

http://bankstatey.com/index.php?newsid=10726

M.N. Batin, V. Popescu Synthesis and Characterization of Iron Oxide Powders Powder Metallurgy Progress, Vol. 11, 2011, N 3-4, P. 201-205.

Wenbo Yue, Wuzong Zhou Porous crystals of cubic metal oxides templated by cage - containing mesoporous silica Supplementary Material (ESI) for Journal of Materials Chemistry The Royal Society of Chemistry, 2007, P. 1-5.

S. K. Sahoo ,, K. Agarwal, A.K. Singh, B. G. Polke, K. C. Raha Characterization of г - and б - Fe2O3 nano powders synthesized by emulsion precipitation - calcination route and rheological behaviour of б- Fe2O3 International Journal of Engineering, Science and Technology Vol. 2, No. 8, 2010, P. 118-126.

Ковба Л.М., Трунов В.К. Рентгенофазовий анализ М.: издательство Московского университета, 1976, 384 с.

Камерон Г.Н. Паттерсон А.Л. Рентгенографическое определение размеров частиц. 1939. - УФН - Т.XXII, вып. 4, - С. 442-448.

Миркин Л.И. Рентгеноструктурный анализ индицированик рентгенограм. М.: Наука, 1981 , 495 с.

Размещено на Allbest.ru