Взрывное компактирование порошковых материалов

• Автор: Штерцер, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.02.04, 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 304 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Г ЛАВА 1. Состояние вопроса

1.1. Исторический взгляд

1.2. Макро и микроаспекты динамического нагружения порошков

1.3. Получение новых материалов и изделий ГЛАВА 2. Макромеханика динамического нагружения
порошков

2.1. Схемы нагружения

2.2. Действие продуктов детонации на стенку контейнера

2.3. Ударная адиабата порошка

2.4. Действие продуктов детонации на пористую среду

2.5. Нагружение порошка в контейнере.
Плоский случай
2.6. Нагружение порошка в контейнере.
Цилиндрический случай
2.7. Классификация режимов нагружения
с помощью Грь диаграмм
2.8. Стадия разгрузки
ГЛАВА 3. Микромеханика динамического нагружения порошков
3.1. Поверхность твердого тела
3.2. Три механизма деформационного очищения поверхности
3.3. Схватывание твердых тел
3.4. Шкала давлений
ГЛАВА 4. Эксперименты по компактированию и нанесению порошковых покрытий
4.1. Компактирование гранул сплава АС г
4.2. Нанесение композиционных покрытий
4.3. Компактирование мелкокристаллического сплава .5.,,3,5В9
4.4. Компактирование алмазного порошка
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


В значительной степени изучены вопросы затекания пор, деформирования частиц и их нагрева, локализации деформации на контактах, сжатие газа в порах и прочих явлений на мезо- и микроуровие при уплотнении вещества. Эксперименты показывают, что различные вещества по-разному реагируют па ударное нагружение. С точки зрения компактируемости удобно разделить материалы на три фуппы по величине коэффициента интенсивности напряжений К,с=а (ла) []. Здесь а - прочность на разрыв, а - критическая длина трещины (для компактов это размер пор). К,с ~5 МПа-м “, высокопрочные сплавы (железо-никелевые, титановые и пр. К1с~ МПа-м и пластичные металлы (медь, никель и т. К.1С~0 МПа-м. Пластичные материалы достаточно легко компактируются без трещин, высокопрочные сплавы поддаются ударному прессованию значительно сложнее, а получить однородный компакт из хрупких высокопрочных керамик является крупной проблемой. Поэтому, там где это возможно, после динамического нагружения для улучшения структуры и механических свойств проводят спекание, горячее изостатическое прессование и т. В ряде случаев термообработку проводить нельзя, так как нагрев приводи т к потере исходных свойств вещества, как. Прежде всего отметим попытки получить объемный образец из алмазного порошка, как наиболее трудно компактируемого материала, и других высокопрочных керамик и сплавов (c-BN, Si3N4, SiC, TiB2 и т. Эта задача достаточно актуальна, поскольку современная индустрия испытывает, например, потребность в инструментах для обработки высокотвердых материалов. Алмазный инструмент применяют для резания невзаимодействующих с углеродом веществ (камень, стекло, бетон, керамики). В обработке твердых железо- и никельсодержащих сплавов используют инструмент из нитрида бора кубической модификации (c-BN). Другая возможная сфера применения алмазных компактов -свсрхвысокочастотная микроэлектроника. Алмаз является диэлектриком и при этом обладает очень высокой, почти на порядок выше чем у кремния, теплопроводностью, а также низким коэффициентом линейного расширения (при отсутствии примесей и графитовой фазы). Поэтому применение подложек из алмаза взамен кремния в микросхемах обеспечивает эффективный теплоотвод при их функционировании. Ударную адиабату монокристалличсского и пористого (плотность близкая к насыпной) алмаза определяли в [3]. В [4, 5] указывается, что подбором начальной плотности алмазного порошка и условий ударно-волнового нафужения (контейнер нафужали метанием на него пластины со скоростью от 1,6 до 2,2 км/с) удается получить компакты без макротрещин. Перед ударным нагружением добивались плотности -% постукиванием, затем статически подпрессовывали до -% теоретической плотности. Оценки показывают, что в порошке генерировалась ударная волна с давлением около ,5 ГПа. Диаметр полученных образцов был мм, толщина 2-4 мм, плотность -% теоретической. Однако на границах зерен образуется аморфный углерод и графит (содержание < 5%). Авторы [5] манипулировали не только начальной плотностью, но и распределением частиц порошка по размерам. В [6] приводятся результаты компактирования нанокристаллических порошков алмаза и SN4 также по схеме с метанием пластины. Размер частиц алмаза был 0 нм и -0 нм. Из порошка с более крупными частицами получили компакт плотностью % и твердостью TIV ГПа, а компакт из мелких частиц имел плотность % и твердость НУ Г Па. Образцы были с трещинами, на границах частиц обнаружена графитовая фаза. Имеются публикации об изготовлении алмазосодержащих материалов со связкой из высокопрочной керамики. В [7, 8] были получены образцы композиционного материала карбид вольфрама па кобальтовой связке (ВК6) + алмаз диаметром мм и длиной - мм. Содержание алмаза в образцах % объемы. Порошковую смесь сначала подпрессовывали, затем подвергали взрывному нагружению. Образцы значительно уступали по прочности на сжатие горячепрессованным образцам из чистого ВК6 (1 МПа против МПа), но показывали в износостойкость в раз больше. В то же время прочность на сжатие "взрывного" композита больше, чем прочность производимого промышленностью материала ВК6 + алмаз (% объемы. МПа. В [9] со ссылкой на патенты США №№ 4,5,0 и 4,5,1 (г. А.Саваоки (A. Sawaoka) и Т. Акаши (T.