Innowacyjna technologia opracowana w WAT
W Katedrze Zaawansowanych Materiałów i Technologii Wydziału Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej trwają prace nad innowacyjnymi zastosowaniami cienkich taśm i folii wykonywanych według autorskiej technologii ze specjalnego stopu na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al. Innowacyjność wynika stąd, że uzyskiwane taśmy i folie posiadają bardzo drobną, ultra-lub nawet nanokrystaliczną strukturę, a ich warstwa wierzchnia wykazuje szczególną aktywność względem otaczającego środowiska.
Jak mówi kierujący pracami prof. Zbigniew Bojar, stopy na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al należące, wśród innych intermetali do grupy nowoczesnych tworzyw konstrukcyjnych i wielofunkcyjnych cechują się, w odniesieniu do obecnie stosowanych nadstopów na bazie niklu, korzystnym, anomalnym wzrostem granicy plastyczności wraz z temperaturą. Mają one także dobrą odporność na zużywanie ścierne oraz doskonałą odporność na utlenianie, nawęglanie i inne formy korozji.
"Ze względu na powyższe specjalne właściwości przewidywany jest m.in. znaczący udział tych tworzyw w postaci taśm w budowie małych układów o charakterze urządzeń mechatronicznych (urządzeń klasy MECS – Microtechnology-based Energy and Chemical Systems czy MEMS – Micro Electro-Mechanical Systems)" – mówi prof. Bojar.
Te miniaturowe czujniki i siłowniki – o zewnętrznych wymiarach wyrażanych w mikrometrach, budowane z materiałów o elementach struktury mierzonych w nanometrach, już aktualnie znajdują powszechne zastosowanie jako elementy wykonawcze m.in. w układach bezpieczeństwa nowoczesnych pojazdów.
"Jednakże – podkreśla prof. Bojar – główną przeszkodę na drodze przemysłowego wykorzystania tych stopów, zwłaszcza w formie taśm i folii, stanowi sam problem uzyskania tychże taśm i folii z tego szczególnego materiału, wynikający z jego małej plastyczność i skłonności do kruchego pękania, zwłaszcza w temperaturze pokojowej. Stąd intensywne prace prowadzone w wielu znanych światowych centrach materiałowych, mające na celu doskonalenie wytwarzania i przetwarzania stopów na osnowie Ni3Al. Wśród placówek prowadzących te badania od wielu lat znajduje się nasza uczelnia".
Jak zaznacza naukowiec, technologia opracowana w WAT zapewnia uzyskiwanie unikatowej formy cienkich taśm mikro- i nanokrystalicznych na osnowie fazy Ni3Al w ilości ponad laboratoryjnej. Dzięki temu możliwe stało się efektywne przeprowadzenie w WAT różnorodnych prób właściwości użytkowych – od przydatności technologicznej do plastycznego kształtowania, obróbki ubytkowej i termicznego łączenia w małogabarytowe konstrukcje przestrzenne, aż po próby termicznie pobudzanej aktywności warstwy powierzchniowej taśm Ni3Al względem przyległej atmosfery, przy zachowaniu wysokiej stabilności składu chemicznego i fazowego oraz wielkości ziarna w tej strefie taśmy.
{mospagebreak}Na tej podstawie, w grupie badawczej prof. Z. Bojara i dr P. Jóźwika, do której ostatnio dołączyli doktoranci: mgr M. Michalska-Domańska i mgr inż. W. Polkowski, opracowano ideę i potwierdzono możliwość wykorzystania taśm Ni3Al do usuwania z powietrza substancji chemicznych, m.in. acetonu, izooktanu oraz imitatorów bojowych środków trujących, za pomocą reakcji termo-katalitycznej na granicy warstwa wierzchnia taśmy – przepływająca atmosfera.
"Wykazaliśmy, że zarówno efektywność bezpowrotnego rozkładu szkodliwych substancji chemicznych, jak i stabilność właściwości katalitycznych warstwy wierzchniej taśm Ni3Al są konkurencyjne dla dotychczas stosowanych rozwiązań, co stało się podstawą dla prowadzonych testów przedaplikacyjnych" – podkreślają członkowie zespołu badawczego.
W cyklu badań efektywności katalitycznej warstwy wierzchniej taśm Ni3Al o różnym stanie mikro- i nanostruktury naukowcy z WAT-u wykazali także ich wysoką, konkurencyjną dla klasycznego katalizatora niklowego, aktywność, m.in. w procesie rozkładu węglowodorów gazowych w celu pozyskiwania wodoru dla ogniw paliwowych lub w procesie dopalania popiołów w elektrociepłowniach węglowych.
"Szczególne właściwości stopów na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al zostały dostrzeżone także w elektronice. Stopy te posiadają na tyle wysoką zawartość aluminium, że zapewnione jest powstawanie na ich powierzchni ciągłej warstewki tlenku aluminium" – tłumaczy prof. Bojar.
"Właściwości izolacyjne tej warstewki są zupełnie wystarczające do umieszczenia na niej elementów układu scalonego bez kontaktu z warstwą metaliczną. Z kolei większe przewodnictwo cieplne metalicznego podłoża Ni3Al pozwala na bardziej efektywne odprowadzenie ciepła, a w konsekwencji wyższą dopuszczalną temperaturę pracy układu i jego większą żywotność w stosunku do dotychczasowych rozwiązań" – dodaje.
Badania stopów na osnowie fazy Ni3Al prowadzone są w Katedrze Zaawansowanych Materiałów i Technologii Wydziału Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej od blisko dwudziestu lat.
Prace dr. Pawła Jóźwika prowadzone pod kierunkiem prof. Zbigniewa Bojara doprowadziły do uzyskania uplastycznienia tych potencjalnie kruchych materiałów i opracowania technologii przetwarzania i kształtowania ich parametrów wytrzymałościowych. Legło to u podstaw technologii umożliwiającej m.in. uzyskiwanie taśm Ni3Al o grubości nawet poniżej 50 mm, o szerokim przedziale zmian wielkości fizycznego ziarna osnowy stopów (od mikro aż do poniżej 50nm) i o szerokim przedziale zmienności parametrów wytrzymałościowych.
Technologia taśm intermetalicznych została nagrodzona na międzynarodowych wystawach wynalazczości w Brukseli i Gdańsku (2005r.). Otrzymała też dyplom Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za "Rozwój technologii stopów Ni-Al". Natomiast innowacyjne aplikacje cienkich mikro i nanokrystalicznych taśm Ni3Al związane z wykorzystaniem aktywności termo katalitycznej ich warstwy wierzchniej uzyskały złoty medal na 58. Światowych Targach Wynalazczości, Badań Naukowych i Nowych Technik "Brussels INNOVA 2009".
Zaloguj się Logowanie