固态材料 |
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| 申请号 | CN98814380.1 | 申请日 | 1998-12-30 | 公开(公告)号 | CN1177754C | 公开(公告)日 | 2004-12-01 |
| 申请人 | 英特利克拉夫特有限公司; | 发明人 | 埃琳娜·伊戈维娜·克鲁托瓦; 朱里·列昂尼多维奇·斯皮林; 弗拉基米尔·斯捷潘诺维奇·杜比宁; 德米特里·弗拉基米罗维奇·弗罗洛夫; | ||||
| 摘要 | 一种处理固态材料的处理方法，其中：在材料的表 面层 中形成微孔，所述微孔有达200纳米的直径。用与坯件不同或相同的材料制造的微丝填充所述微孔。这产生了材料的数个特性的改进，包括强度 和声 损耗。本 发明 可以相当成功地用于压电陶瓷的制造。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于处理固态材料的方法，其特征在于以下步骤： |
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| 说明书全文 | 技术领域本发明涉及固态材料的处理方法，所述固态材料包括钢、结构合 金、半导体材料、介电质、铁氧体、压电陶瓷材料等等，旨在改进其 特性。它还可以用于处理部件(物品)。 背景技术旨在改进其特性的固体材料处理工艺公知的方向之一是在所述材 料的表面提供某种添加剂以改进该材料的特定特性，尤其是其强度。 有一种公知的固体材料(苏联发明人证书No.1220104)，其接近 于表面的层含有一种金的掺合物作为添加剂。 此种材料的问题是由于接近表面的区域中缺乏晶格的规则排列而 强度不足。 有一种公知的固态材料(V.M.Paraschenko，M.M.Rakhmankulov and A.P Tsisin，“Technology of casting under pressure”.Moscow： Metallurgiya，1996，p.187)，其接近表面的层含有一种硼、碳、硫、铬 或者铝的掺合物作为添加剂。 这种材料的问题也是由于接近表面的区域中缺乏晶格的规则排 列。 有一种公知的压电陶瓷材料(苏联发明人证书No.1172906)，其 基于氧化锆、氧化铅和氧化钡固溶物，接近表面的层含有高浓度的铅 (占全部的0.5-0.8％)，这导致形成晶体附加的表面中心。 但是这种材料同样由于表面层中缺乏单晶粒晶格的规则排列而强 度不足。 发明内容本发明的目的之一是通过在其接近表面的层中三维地排列材料的 初始晶状结构而提高材料的强度。 本发明的另一个目的是提高材料某一特定特性，即声损耗量，声 损耗量对于压电陶瓷材料是特别重要的。 上述问题通过在接近固体材料表面的层中产生一个结构解决，这 在原理上是新颖的。 这个结构是在材料的表面层中形成直径达200纳米的纳米截面的 微孔，和位于所述微孔中的由其它材料或者同一材料制造的纳米截面 微丝。 用于生产带有这种表面层结构的材料的初始材料，可以使用任何 固态陶瓷材料(包括固态复合混合物)。初始材料可以是导体(例如 铜、镍、钨、钢)或者半导体(例如硅、锗砷化物等)。 形成“放在纳米孔中的纳米丝”结构便于显著降低固态材料的声 损耗量及由于沿“放在纳米孔中的纳米丝”结构边界的三维晶状结构 排列而增加其强度。对于压电活性材料，这种效果导致畴的数量增加， 其极化向量垂直地对齐“放在纳米孔中的纳米丝”结构的表面。 诸如银、金、铂或者铜应当用作压电陶瓷用的微丝的材料。 本发明的又一个目的是提供一种方法用于处理固态材料，包含： 在其表面形成所述的“放在纳米孔中的纳米丝”结构。其中，微孔的 形成可以通过电蚀处理材料坯件的表面达到，而把微孔填充以纳米丝 可以通过丝材料的局部离子沉淀达到。 本发明的再一个目的是提供一种通过在表面层中形成所述的“放 在纳米孔中的纳米丝”结构处理固态材料制造的成品部件(物品)的 方法。 实施例 举例1.具有放在纳米孔中的金属丝的压电陶瓷。 在通过标准技术(把用接合机压制的压电陶瓷材料在1450℃ 温度下退火然后缓慢冷却)制造的压电陶瓷坯件的端面之一上用硫化 锑(SSbI)制造的尖端直径20纳米的第一探头，通过加负极性脉冲 (处理间距600纳米，调节电压4伏特；处理时间为每孔400毫微秒) 由电蚀法形成纳米微孔。然后使用银制(尖端直径10纳米)的第二 探头，施加正极性脉冲，通过局部离子沉积(处理间距600纳米，调 节电压2伏特；处理时间为每孔600毫微秒)在形成的纳米孔中形成 纳米丝。第一和第二探头的定位借助于扫描遂道显微镜进行。微孔的 密度是每平方微米平均有3个微孔。 对用上述方法处理的一个压电陶瓷坯件进行了强度(断裂应力) 研究。这是3100牛/平方毫米，而没有受过此种处理的类似坯件的 强度是2200牛/平方毫米。 在所述材料中的与声损耗量成反比的电机械耦合系数从0.71增 加到0.85。 举例2.微孔中放有半导体丝的金属 初始材料是钨。在钨的表面上形成深度是100-1000纳米的截面 为10-200纳米的微孔。这些微孔填充以长100-1000纳米而截面为10- 200纳米的丝。微孔的密度是每平方微米平均有3个微孔。微丝的材 料是硅。 研究的没有使用“放在纳米孔中的纳米丝”结构的钨线强度是3600 牛/平方毫米。用“放在纳米孔中的纳米丝”结构，处理后强度是4400 牛/平方毫米。从而材料中的声损耗系数平均下降20％。 举例3.微孔中放有介电丝的金属 初始材料是钨。在钨的表面上形成深度是100-1000纳米的截面 为10-200纳米的微孔。这些微孔填充以长100-1000纳米而截面为10- 200纳米的丝。微孔的密度是每平方微米平均有3个微孔。微丝的材 料是硫。 研究的没有使用“放在纳米孔中的纳米丝”结构的钨线的强度是 3600牛/平方毫米。用“放在纳米孔中的纳米丝”结构，处理后强度 是4100牛/平方毫米。 从而材料中的声损耗系数平均下降20％。 |
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