Звіт про науково-дослідну роботу: ” Керамічні композити на основі B4C-TiB2 та AlN-Al2O3 для роботи в екстремальних умовах”

Abstract

ОБ’ЄКТИ ДОСЛІДЖЕННЯ – порошки карбід бору, карбіду титану, оксиду хрому, оксинітриду алюмінію, діборид титану, діборид хрому. МЕТА РОБОТИ - розробка сучасних технологій формування об’ємних надлегких композитів, нової легкої гетерофазної кераміки на основі B4C з 3D зміцненою сіткою границь зерен та оптично прозорої кераміки на основі AlN-Al2O3 для функціонування в екстремальних умовах високих температур та навантажень. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ: хімічний, рентгенофазовий і мікроструктурний аналіз, електронна мікроскопія, міцність на триточковий згин, балістичні випробування методом реакційного іскроплазмового спікання (ІПС) була отримана високотемпературна кераміка В4С + ТіС + Cr2О3 → В4С + TiCrB2, що показала твердість по Віккерсу ~ 38 ГПа при навантаженні 10 кг, та >25 ГПа при 20 та 50 кг. Отримані методом гарячого пресування (ГП) композити B4C + CrB2 показали високу міцність при кімнатній температурі, коливаючись від 300 до 700 МПа, що пояснюється утворенням дибориду хрому на границях зерен карбіду бору, у потрійних точках та міжзернистих порожнечах вихідного порошку. Швидкісна реакційна консолідація ІПС призвела до утворення кераміки із розмірами зерен, рівними розмірам початкових порошків. Це призвело до майже лінійного збільшення міцності на згин зразків В4С + TiCrB2 з 350 МПа при кімнатній температурі до 950 МПа при 1600 ° C. Кераміка з меншим вмістом ТіВ2 та CrВ2 показала стабільну міцність > 400 МПа від кімнатної температури до 1800 ° C. Проведено розрахунки пружних напружень при невеликому вмісті дибориду титану та дибориду хрому, а також потрійної фази TiCrB2, в умовах реакційного ІПС показали, що матрична фаза кераміки на основі карбіду бору знаходиться під дією стискаючих напружень, а включення (TiB2, CrB2 і TiCrB2) розтягнуті, що обумовлює досить високі механічні характеристики такої кераміки. Кераміка складу В4С + TiCrB2 консолідованої методом реакційного ГП витримала балістичні випробування калибром 14,5 Б-32 на відстані 30 м зі швидкістю кулі 998 м/с. Вперше ІПС спікання було використано для дослідження пластичної деформації кераміки AlON. Досягнуто швидкості деформації 0,4•10-3 сек-1 та 1,65•10-3 сек-1 для зразків AlON, деформованих при температурі 1700 та 1800 0С відповідно. Після деформації отримано щільні зразки. Виміряна твердість зразків становила близько 15 ГПа, а їх оптична прозорість становить 18,3% на довжині хвилі 5мкм. Деформовані зразки виявляють високі трибологічні властивості з контртілом Si3N4. Після триботестів дослідження місця трибоконтакту показало, що профіль трибоконтакту складає біля 10 нм. Знос був мінімальний (поза межами визначення приладами). КЛЮЧОВІ СЛОВА: композит, реакційне іскроплазмове спікання, реакційне гаряче пресування, алон, карбід бору.