Опишите принцип процесса электровзрыва проводника. Насколько он перспективен как источник нанопорошков металлов? (2 балла)
По проводнику пропускается большой ток, что вызывает его мгновенный разогрев и испарение. Конденсация паров металла приводит к получению наночастиц. Малоперспективен. Большой расход энергии, низкие выходы продукта. Необходимость использовать инертный газ.
Насколько рационально использование титановых шаров? (1 балл)
Нерационально, но возможно. Вообще, обычный титан – довольно мягкий металл. Шары из него будут давать значительный натир и загрязнять материал. В данном случае это несущественно, так как компоненты имеют размеры порядка нанометров и твёрдость сопоставимую, или меньшую чем титан.
Почему примесь кислорода в аргоне испортила композит? (1 балл)
Образовался оксид алюминия, который препятствует спеканию материала.
Опишите способы очистки аргона от кислорода, которые чаще всего применяют в лаборатории. (1 балл)
Пропускание аргона через раскалённую магниевую стружку, поглощение щелочным раствором пирогаллола или иным нелетучим восстановителем.
Охарактеризуйте состав и внешний вид конечного материла, полученного Васей. Опишите, какими свойствами (прочность, прозрачность и т.д.) он должен обладать. Поясните ход Ваших рассуждений. (3 балла)
Состав: кремнезём, загрязнённый оксидом алюминия или муллитом, карбиды алюминия, алюминий.
Внешний вид – скорее всего мутный непрозрачный материал с вкраплениями капель и потёков металла разного размера.
Свойства - Термическая устойчивость вообще отсутствует, материал будет разрушаться при любом режиме нагрева. Хрупкий, устойчивость к удару лишь немного выше, чем у кварца при ударе будет полностью раскалываться на отдельные осколки. Ток проводить не должен. Химическая устойчивость сопоставима с кварцем.
Причины таких свойств – Алюминий имеет температуру плавления 660 градусов. Кварц приобретает вязкотекучесть только при температуре выше 1500. Значит, введение металлической сетки в расплав кварца вызовет её мгновенное плавление. Поверхностное натяжение жидкого металла велико и расплав будет собираться в капли. При этом углерод будет реагировать в алюминием с образованием карбидов. Композит алюминия и нанотрубок превратится в раствор карбида алюминия в алюминии. Плавление кварца в алундовом тигле приведёт к его разъеданию и частичному растворению в расплаве. Далее вероятно образование фазы муллита, который придаст материалу непрозрачность. Термическая неустойчивость объясняется очень большим различием коэффициентов термического расширения алюминия и кварца. При нагреве расширяющиеся вкрапления алюминия будут разрывать материал.
