Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

ФЕЙЕРВЕРК В МАГНИТНОМ ПОЛЕ СОЗДАЕТ КЕРАМИКУ

Кандидат физико-математических наук Ю. МОРОЗОВ, кандидат химических наук М. КУЗНЕЦОВ.

Составом для фейерверка называют горючую смесь нескольких веществ, из которых одни при повышении температуры выделяют кислород, а другие соединяются с ним. Кажется странным, что фейерверк можно использовать для создания новых материалов. Но группа исследователей из Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН, пос. Черноголовка Московской области) совместно с коллегами из Лондонского университета и Университета Неймегена (Нидерланды) сумела использовать управляемые фейерверки для создания широкой гаммы технических керамик. Совершенно не похожие на потешные огни времен Петра Великого (см. "Наука и жизнь" № 6, 1971 г.), они представляют собой экстремальные химические реакции. За долю секунды возникают в них температуры до 2000° C, позволяющие моментально получать практически однофазные продукты.

Этот путь создания материалов открывает множество преимуществ: скорость реакции и ее температуру легко регулировать, а микрострукту ру полученного материала - точно контролировать. Вскоре выяснилось, что воздействие магнитных полей на реакцию горения может кардинально изменить микроструктуру конечного продукта. Это открытие, как оказалось, привело к новым захватывающим возможностям синтеза керамики, включая производство миниатюрных устройств с управляемыми магнитными свойствами.

С помощью новой методики удается получать особый класс керамик - ферриты, соединения железа, обладающие магнитными свойствами. Ферриты широко используются для изготовления постоянных магнитов, магнитных лент в кредитных карточках, используются в устройствах, работающих в СВЧ диапазоне и сердечниках памяти, в фокусирующих системах телевизоров и в сотовых телефонах.

Обычные процессы синтеза этих материалов довольно длительны, потому что реакции в твердом теле идут очень медленно даже при высоких температурах. А фейерверк горит с выделением большого количества тепла и не нуждается во внешнем его источнике. Подобные реакции называются реакциями самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Они были открыты российскими учеными А. Г. Мержановым, И. П. Боровинской и В. М. Шкиро (см. "Наука и жизнь" № 11, 1984 г.).

Некоторые реакции такого типа давно известны и широко используются. К ним, например, относится термитная реакция, которую применяли для сварки трамвайных рельсов еще в прошлом веке. Однако только после длительных и целенаправленных исследований СВС-реакции нашли достойное применение при синтезе многих комплексных соединений - нитридов, оксидов, боридов и карбидов (см. "Наука и жизнь" № 8, 1985 г.).

Реакции СВС проходят по материалу в виде волны, которая перемещается из начального источника воспламенения с постоянной скоростью. Их можно проводить на воздухе при нормальном давлении или в пресс-форме, чтобы получить изделие сложной формы (см. "Наука и жизнь" № 11, 1991 г.).

Последние исследования в области технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза открыли интригующий способ дальнейшего управления химическими фейерверками. Обнаружили, что магнитное поле влияет на температуру и скорость распространения волны горения. В ферритах это вызывает изменение магнитных свойств материала пропорционально напряженности приложенного поля. Игольчатые зерна феррита образуются преимущественно в направлении приложенного поля. Благодаря такой ориентации реакция идет быстрее, ее температура повышается, а содержание непрореагировавших примесей становится существенно меньшим.

Это приводит к беспрецедентным возможностям для получения изделий с управляемыми магнитными свойствами, включая миниатюрные устройства. Технология их создания необычайно гибка и позволяет использовать множество различных вариантов и условий получения.

Один из таких примеров - кольцевые магниты, которые применяются в двигателях компьютерных дисководов. Они имеют восемь чередующихся полюсов по окружности и в настоящее время изготовляются путем соединения в единое целое отдельных секций. Необходимость механической обработки секций кладет предел их минимальным размерам. Но цельный кольцевой магнит любого размера с требуемой магнитной структурой может быть изготовлен СВС-реакцией в соответствующем неоднородном магнитном поле.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Вести из институтов, лабораторий, экспедиций»

Детальное описание иллюстрации

Снимок запечатлел реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, проходящую в смеси Fe, Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3 </SUB>и BaO<SUB>2</SUB>, "Твердое пламя" распространяется справа налево, оставляя позади себя продукт, который в основном состоит из феррита BaFe<SUB>12</SUB>O<SUB>19</SUB>. Реакция была выполнена в кварцевой трубке в потоке кислорода.
Электронная микрофотография материала, полученного в результате СВС смеси Fe, Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> и BaO<SUB>2</SUB> в магнитном поле 2 Тесла. Области с высоким содержанием Fe имеют форму игольчатых кристаллических блоков BaFe<SUB>12</SUB>O<SUB>19</SUB>. Остальной образец - в значительной степени непрореагировавший окисел Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> и частично прореагировавший BaFe<SUB>2</SUB>O<SUB>4 </SUB>.
Кольцеобразный магнит, используемый в шпиндельных двигателях компьютерных дисководов. Слева - традиционно изготовленный магнит из восьми отдельно намагниченных секций, соединенных вместе. Справа - цельный кусок кольцевого магнита, который можно изготовить с применением СВС процесса в приложенном поле.