Структура и свойства массивных композитных изделий на основе титана, полученных с применением подхода окислительного конструирования

• Автор: Виноградов, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Введение

Актуальность темы

Цель работы

Задачи исследования

Научная новизна

Практическая ценность и теоретическая значимость

Основные положения, представляемые к защите

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Физикохимические свойства титана

1.1.1. Физические свойства

1.1.2. Растворимость газов

1.2. Классические представления о высокотемпературном окислении металлов
1.2.1. Представление о механизме диффузии для случая высокотемпературного окисления металлов
1.2.2. Классические теории окисления
1.2.2.1. Классическая теория Вагнера
1.2.2.2. Теория окисления Мотта и Кабреры
1.2.3. Законы окисления
1.3. Кинетика и механизм окисления титана на воздухе и в кислороде
1.3.1. Кинетика окисления титана
1.3.2. Окисление титана на воздухе и в кислороде
1.3.3. Строение окисных слоев значительной толщины, полученных на воздухе
1.4. Подход окислительного конструирования
1.4.1 Окисление нуль, одно и двухмерных образцов металлов в процессе ОКТК
1.4.2. Окисление трехмерных образцов металлов в процессе ОКТК
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Обоснование выбора материала, для изготовления исходных титановых преформ
2.2. Рентгенографические исследования
2.2.1. Метод проведения рентгенографического исследования
2.2.2. Обработка дифрактограмм
2.2.3. Идентификация фазового состава
2.2.4.Расширенный сервис по банку ДСРОБ
2.2.5. Определение параметров кристаллической решетки основных кристаллических фаз
2.3. Определение распределения микротврдости в объме окисленных массивных титановых преформ
2.4. Элементный анализ
2.5. Металлографическое исследование
2.6. Растровая электронная микроскопия РЭМ
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Исследование изменений фазового состава массивных титановых преформ в процессе окисления методом РФА
3.1.1. РФА анализ исходного материала применнного для изготовления массивных титановых преформ, используемых в процессе высокотемпературного синтеза
3.1.2. Исследование изменений массивных титановых преформ, использованных для синтеза рутила, в процессах окислительного конструирования, по данным рентгенофазового анализа
3.1.2.1. Изменение интенсивностей и местоположений
рефлексов в объме массивных титановых преформ на экспоненциальном этапе
3.1.2.2. Изменение интенсивностей и местоположений
рефлексов в объме массивных титановых преформ на линейном этапе
3.1.3 Исследование изменений параметров кристаллической
рештки в объме массивных титановых преформ, в процессах окислительного конструирования при температуре 5С
3.1.3.1. Исследование изменений . параметров кристаллической рештки в объме массивных металлических преформ па экспоненциальном участке, в процессах окислительного конструирования при температуре 5С
3.1.3.2. Исследование изменений параметров кристаллической рештки в объме массивных металлических
преформ на линейном участке, в процессах окислительного конструирования при температуре
3.1.4. Исследование формирования фазового состава преформ с
внутренней полостью, с целыо проверки вышеприведнных данных, касаемо образования фаз нестехиометрического состава в объме образцов
3.2. Количественный спектральный анализ поверхности окисленных массивных титановых преформ, после отделения керамики
3.3. Исследование нарушений гладкости кинетической кривой 2 окисления массивной титановой прсформы в процессах окислительного конструирования
3.4. Распределение значений микротврдости в объме массивных 7 титановых преформ, в зависимости от срока выдержки в печи
3.5. Динамика структурных изменений в объме окисленных 5 массивных титановых преформ, полученных с применением подхода
3.6. Изучение строения поверхностных слоев посредством РЭМ
3.7. Возможные варианты применения массивных титановых 7 преформ, полученных с применением подхода окислительного конструирования
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Суть подхода ОКТК заключается в предварительном формировании, из отдельных тонкостенных или волокнистых металлических фрагментов толщина стенки или отдельно взятого волокна не более 1мм, исходных преформ и последующем их прямом окислении, с целью получения монолитного керамического изделия, сохраняющего исходную геометрию заготовок. Высокая производительность, экологическая чистота, безотходность и технологичность предложенного подхода, выявленные в процессе получения тонкостенных керамических изделий, позволяют рассчитывать на успешное использование данного метода для изготовления массивного керамического продукта с толщиной стенки свыше 1 мм, в условиях одностадийного высокотемпературного синтеза. Возможность использования в качестве исходных преформ массивных металлических заготовок в рамках подхода ОКТК дат возможность для получения широкого спектра изделий с разнообразными физикохимическими свойствами и фазовой композицией, которые будут зависеть от используемых материалов, реакционной среды и температурновременного режима синтеза. Выявление особенностей изменения фазового состава массивных титановых преформ в зависимости от срока выдержки в печи. Динамика развития газонасыщенного слоя толщина, фазовый состав и его роль в процессе высокотемпературного окисления. Изучение механических свойств синтезированных композитных изделий на основе титана. Исследование микроструктуры массивных титановых преформ на различных этапах окисления. Разработка режима высокотемпературного синтеза массивных титановых изделий заданного фазового состава, с высокой степенью адгезии керамики к не окисленной титановой основе. В рамках подхода окислительного конструирования, выявлены основные особенности формирования структуры остаточной титановой основы массивных композитных изделий формирование текстуры в объеме окисляемого металла и зависимость активности диффузионных процессов от продолжительности окисления. На основании данных исследования микроструктуры, количественного спектрального анализа и РФА показана динамика изменения фазового состава газонасыщенного слоя титановой основы композитного изделия, в зависимости от продолжительности синтеза. Установлен ряд температурновременных параметров высокотемпературного синтеза композитных изделий с различной величиной распределения степени пористости и высоким показателем адгезии оксида титана к не окисленной титановой основе. Разработаны режимы высокотемпературного синтеза изделий с высокой степенью адгезии керамики к неокисленной основе. Предложена методика получения керамических материалов различной фазовой композиции. Создана модель формирования оксидной керамики на поверхности поликристаллической массивной титановой преформы. Взаимосвязь формирования структуры массивных окисленных титановых преформ с этапами окисления, определяемым согласно кинетической кривой процесса. Результаты комплексного исследования микроструктуры, количественного спектрального анализа, распределения микротврдости в объме, применительно к массивным титановым преформам, полученным с применением подхода окислительного конструирования. Методика синтеза массивных керамических изделий с высокой степенью адгезии керамики к металлической основе. ГЛАВА 1. Гитан полиморфный металл. Он существует в двух аллотропных модификациях низкотемпературной Т1 и высокотемпературной РТ 1, 2. Температура аллотропного превращения аР для чистого иодидного титана составляет ,5 К. Примеси углерода, кислорода и азота, образующие твердые растворы внедрения, являются стабилизаторами и повышают температуру полиморфного превращения а р. О, масс. М, масс. С.
С. Рис. Твердые растворы азота и кислорода в аТ рис. С для аТ и от до ат. С для аЛ1Ч. Максимальная равновесная растворимость углерода в аТ1 на порядок ниже и не превышает 2 ат. На рис. Т от концентрации элементов внедрения. Примесь, ат. Рис. Низкотемпературная модификация титана имеет гексагональную плотноупакованную структуру по системе обозначений гикШгЬепсЬГ тип АЗУ симметрия РбЗттс с параметрами элементарной ячейки при Т 0 К а 2,0, А, с 4,0. А модификация объемноцентрированную кубическую структуру тип А2у симметрия 1тЗт с параметром а 3,2 А 3. Структурный тип АЗ принадлежит к классу структур с плотнейшей упаковкой атомов плотность заполнения пространства , 4,5.