Взрывное испарение
Данный метод в настоящее время быстро развивается. Он основан на выделении очень большого количества энергии за малый промежуток времени. При этом материал испаряется, и затем за счет быстрого увеличения объема охлаждается с конденсацией паров в частицы малого размера. В ряде случаев часть материала может не успеть испариться, расплавляется и взрывным образом разделяется на жидкие капли.
Дополнительным фактором, содействующим распылению, может являться выделение растворенных в исходном материале газов. Для подвода необходимого количества энергии используются мощный импульс электрического тока, дуговой разряд или импульс лазерного излучения. Наибольшее распространение получил вариант подобной технологии при котором используют взрыв проволоки диаметром 0,1-1 мм под действием импульса тока длительностью 10-5-10-6 с, напряжением 10-15 кВ и плотностью тока 104-106 А/мм2. Схема получения порошка из проволоки взрывным испарением приведена на рис. 4.
Рис. 4. Схема получения порошка из проволоки взрывным испарением: 1-зарядный контур, 2- разрядный контур, 3- взрывающаяся проволока, 4-камера с инертным газом.
В данном случае разряд тока создается конденсатором. Управление размером и структурой частиц происходит в основном за счет изменения плотности и скорости подводимой энергии. Метод позволяет изготавливать порошки высокой чистоты сферической формы с размерами частиц до 5-10 нм, в том числе из металлов с высокой температурой плавления и большой химической активностью. Имеются также данные по получению подобным методом из обычных керамических порошков нанопорошков Al2O3 и TiO2.
Недостатками метода являются: значительный расход энергии и, как следствие, относительная дороговизна получаемых нанопорошков и трудность удаления частиц микронного диапазона размеров, которые возникают из капель расплава.
Испарение в потоке инертного газа (левитационно-струйный метод).
При данном методе испарение металла проводится в потоке инертного газа, например из капли расплава на конце проволоки, разогреваемой высокочастотным магнитным полем. Схема установки для получения нанопорошков испарением в потоке инертного газа показана на рис. 5. Размер получающихся частиц зависит от скорости потока газа – с увеличением скорости он может уменьшаться с 500 до 10 нм с одновременным уменьшением разброса частиц по размерам. Рассматриваемым методом получают, в частности, нанопорошки Mn и Sb.
Рис 5. Схема установки для получения наночастиц испарением в потоке инертного газа
Распыление расплава
Данная группа методов основана на быстром распылении и охлаждении расплава исходного материала. Эта технология позволяет получить порошки размером не меньше 100 нм. Вместе с тем, получаемые порошки с размером частиц 0,5-10 мкм имеют нанокристаллическую (а в ряде случаев и аморфную) структуру и, следовательно, могут также быть отнесены к наноматериалам, а технология их получения – к нанотехнологиям. Процессы получения порошка можно вести в защитной атмосфере. В настоящее время для получения нано- и/или нанокристаллических порошков используются в основном три следующих варианта этой технологии.