Введение к работе
Актуальность темы. В последние года наблюдается всплеск интереса к ультрадисперсным металлам. Под ними подразумевают материалы, включающие металлические частицы с характерным размером от 10 до 1000 А. Одним из наиболее рациональных методов промышленного получения подобных металлов является метод конденсации металла на твердой поверхности в присутствии стабилизирующего органического вещества. По данным литературы число основных международных конференций и совещаний, посвященных технологии их изготовления и свойствам, в первых трех 90-х годах росло как 2:5:14. И все же успехи в промышленном производстве ультрадисперсных металлов скромны, что связано с низкой технологичностью методик их получения. Причина скрыта не в принципиальных физико-химических ограничениях, а в отсутствии представлений о процессах, участвующих в формировании подобных композитов. Исследование, направленное на рассмотрение этого вопроса, должно определить механизм образования ультрадисперсных золей металлов и причины их метастабильности.
Цель работы. Определение карты режимов совместной конден-сации паров металла (цинк) и органического растворителя (бута-нол) на криогенной поверхности. Исследование прямыми экспериментальными методами процессов, определяющих коэффициенты конденсации металла и органики. Исследование кинетики процесса потери агрегативной устойчивости получащегося золя металла на твердых макроповерхностях.
Научная новизна. Экспериментально определена карта режимов совместной конденсации паров цинка и бутанола на криогенной поверхности. Выявлена сильная немонотонность зависимостей массовой концентрации металла в золе от скорости испарения компонентов, связанная с изменением коэффициента конденсации металла. Определено, что основной причиной этого феномена является неустойчивость плоского фронта конденсации при больших пересыщениях, приводящая к динамической эволюции его формы и, в частности, к образованию свободных кластеров в результате испарения оснований столбчатых микроструктур. Обнаружено явление цепной рекристаллизации аморфного столбчатого конденсата. Экспериментально и теоретически изучены кинетические закономерности коагуляции ультрадисперсных частиц метастабильного
т
золя металла, контактирующего с твердой поверхностью, в объеме и на поверхности.
Практическая ценность. Результаты работы позволяют про-гнозировать условия получения и концентрацию метастабильных ультрадисперсных золей металлов. Определены возможности и закономерности образования прочных протекторных покрытий в результате коагуляции ультрадисперных частиц при комнатной температуре в подобных золях. Решена обратная задача по выращиванию в вакууме микроструктур заданной формы - параболической, эллиптической и гиперболической.
На защиту выносятся:
результаты экспериментов по совместной конденсации паров цинка и бутанола на криогенной поверхности, из которых следует, что зависимость концентрации дисперсного металла от скоростей испарения компонентов является сильно немонотонной функцией;
результаты экспериментов по конденсации бутанола на криогенной поверхности, обнаруженное явление цепной рекристаллизации столбчатых аморфных структур;
испарительный механизм гетерогенного образования свободных кластеров;
качественная модель совместной конденсации, показывающая роль эволюции неплоского фронта конденсации в понимании полученных результатов;
результаты эксперимента по коагуляции ультрадисперсных частиц золя цинка на стальной поверхности и феноменологическая модель этого процесса.
Структура и обьем работы, диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 104 наименования. Объем работы - 149 с, из них основной текст - 96 с. Рисунков - 36, таблиц - 6.