Влияние карбида кремния на теплофизические и прочностные свойства кремнеземистой керамики

• Автор: Котляр, Татьяна Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Бишкек
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Главаї Материал и методы исследования
1.1 Материалы
1.2 Методы исследования
Глава 2. Теплофизические процессы, определяющие
структуру системы кремнеземистая масса- БіС
2.1 Коэффициент спекания армированной кремнеземистой керамики
2.2 Энергия активации и кинетика спекания армированной кремнеземистой керамики
2.3 Формирование порового пространства
2.4 Теплофизические процессы в эволюции фазового состава армированной кремнеземистой керамики
Глава 3 Влияние теплофизических процессов на свойства
кремнеземистой керамики
3.1 Прочностные свойства системы кремнеземистая масса

3.2 Кинетика разрушения армированной кремнеземистой керамики
3.3 Теплофизические свойства системы кремнеземистая
масса-БіС
3.4 Термостойкость и термостабильность армированной кремнеземистой керамики
3.5 Термостабильные состояния системы кремнеземистая
масса-БіС
Заключение
Библиографический список

Уникальное сочетание теплофизических и эксплуатационных свойств керамики: высокая жаропрочность, коррозионная и эрозионная стойкость, износостойкость, а также ' низкая плотность, способствуют ее широкому использованию в качестве конструкционного материала. Высокий уровень прочностных свойств ряда керамических материалов, в первую очередь карбида и нитрида кремния, сохраняется при температурах на 200 — 400°С более высоких по сравнению, например, с суперсплавами. Применяется керамика в реакторной технике, в солнечных энергетических установках, из некоторых керамических материалов (карбида кремния и бора) изготавливают легковесную броню. При этом стоимость керамического сырья гораздо ниже стоимости кобальта, никеля и других компонентов суперсплавов, а его запасы не ограничены [1,2, 3].
Технология получения керамики с заданными свойствами представляет собой сумму процессов, включающих стадию подготовительных операций с исходными компонентами, заканчивающуюся получением полуфабриката, и последующую стадию спекания, при которой добиваются необходимых заданных свойств и структуры [4, 5]. Получение новой кремнеземистой керамики может осуществляться путем введения частиц тугоплавких соединений (нитридов, карбидов) в более простые, не требующие сложной технологической схемы получения материалы (огнеупорная оксидная, электротехническая керамика), т.е. армирование [6, 7]. Армирование позволяет снизить энергозатраты и расходы, связанные с технологией получения прочной керамики. Научный интерес представляют исследования влияния армирующих добавок на структуру и свойства керамики, а также поиск и выделение управляющих параметров, использование которых позволит осуществлять контроль над получением материала с заданными свойствами.
На сегодняшний день имеется мощная сырьевая база, что позволяет развивать научное направление разработки новых видов высокопрочной

термостойкой керамики.
В данной работе исследовано влияние количества и типа частиц карбидов кремния на теплофизические процессы, протекающие при высоких температурах в кремнеземистой керамики. Проведено комплексное исследование влияния частиц карбидов на теплофизические и прочностные свойства кремнеземистой керамики. Определено оптимальное содержание армирующего компонента, выбран наименее энергозатратный и экономически выгодный режим спекания для получения керамического материала с заданными свойствами.
Практическое использование результатов представленной работы позволит расширить сферу применения местной сырьевой базы, снизить расходы на приобретение и транспортировку изделий из огнеупорной керамики и удешевить выпускаемую продукцию за счет внедрения оптимальных ресурсо-и энергосберегающих технологий получения.
Актуальность работы обусловлена необходимостью изучения теплофизического воздействия на получение высокопрочной кремнеземистой керамики с заданными свойствами. В этой связи большой научный и практический интерес представляют исследования влияния армирующих компонент в сочетании с различными режимами термообработки для получение структуры керамики с требуемыми свойствами. Получение функциональных керамических материалов невозможно без комплексного изучения их свойств и определения теплофизических и других параметров управления эволюцией структуры керамики. Существует множество методов исследования керамики, но далеко не все могут быть применены к изучению конкретного материала. Необходимо определить комплекс неразрушающих методов контроля, обладающих информативностью, достоверность которых позволяет контролировать структурообразование и управлять теплофизическими и термомеханическими свойствами керамики.
В работах О. Тихи, В.Ф. Павлова и Я.Е. Гегузина исследовались особенности влияния температуры на формирование оптимальной структуры в

через газовую фазу. При этом часть легкоплавкого компонента выгорает, в результате увеличивается пористость до 60, 70%. Максимальное содержание частиц 81С (40%) приводит к образованию тонких пленок (рис.2.12), снижению усадки до нуля, а также к увеличению пористости до 25% и образованию непрочных контактов в каркасе [43]. Полученный при таких условиях материал будет иметь низкую функциональность, недостаточную воспроизводимость результатов, что не позволяет сколько-нибудь объективно прогнозировать его поведение в рабочих условиях.
Соизмеримость толщины жидкофазной прослойки с радиусом армирующих частиц при содержании их в системе от 15 до 25% обеспечивает формирование структуры керамического материала с оптимальными свойствами для каждого режима спекания [49, 50]. В работе [43] нами было показано, что в таких системах образуется наиболее прочный каркас с поровым пространством, состоящим из мелких изолированных пор (5-10 мкм). При этом значения коэффициентов спекания для систем, обожженных при разных температурах, соответствуют спеченному материалу (табл.2.1).
Выводы: Изменение геометрических размеров керамических образцов при спекании находится в тесной функциональной взаимосвязи с изменением их объемного фазового состава. Параметры, характеризующие это изменение, целесообразно использовать при кинетических исследованиях, анализе и математическом описании процесса спекания. Для исследования структуры керамики, формирующийся в процессе спекания, и определения оптимальных условий спекания удобно использовать: коэффициент спекания п, степень перестройки структуры ап>, толщину жидкофазной прослойки /. При изучении механизмов переноса вещества в процессе обжига подойдет энергия активации Е и константа скорости уплотнения К материала, отражающие динамику процессов спекания.