Получение керамических материалов в системах Cr-B, Ti-Cr-B, Ti-Ta-C методом СВС механически активированных реакционных смесей

• Автор: Пацера, Евгений Иванович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 202 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Композиционные керамические материалы.

1.2 Высокотемпературные материалы на основе тугоплавких соединений

1.2.1 Бориды.

1.2.2 Карбиды

1.3 Применение боридов и карбидов переходных металлов.

1.4 Методы получения боридов и карбидов тутоплавких металлов

1.4.1 Методы получения боридов.

1.4.2 Методы получения карбидов

1.5 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез.

1.5.1 Получение боридов и карбидов методом СВС.
1.5.2 Сплавы марки СТИМ
1.6 СВС механически активированных смесей.
ГЛАВА II. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1 Осуществление механического активирования.
2.1.1 Исходные компоненты
2.1.2 Механическое активирование порошковых смесей.
2.2 Определение тепловых характеристик шихты
2.3 Определение размера частиц по дифракции лазерного луча
2.4 Приготовление металлографических шлифов и металлографические исследования
2.5 Сканирующая электронная микроскопия.
2.6 Рентгенофазовый анализ
2.7 Рентгеноструктурный анализ с использованием синхротронного излучения.
2.8 Динамический рентгенофазовый анализ.
2.9 Анализ методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии
2. Расчет адиабатических температур горения
2. Методика определения скорости и температуры горения.
2. Метод остановленного фронта горения ОФГ закалкой в медном клине.
2. Технология силового СВС компактирования
Сушка и дозирование компонентов шихты.
Прессование исходных брикетов.
Синтез заготовок и охлаждение.
Шлифование и электроэрозионная резка
2. Измерение твердости.
2. Измерение микротвердости
2. Измерение плотности.
ЭСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ГЛАВА III ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ СгВ.
3.1 Термодинамическая оценка возможности получения композиционных керамических материалов в системе СгВ методом СВС
3.2 Влияние механического активирования на состав, структуру и свойства реакционной порошковой смеси
3.3 Анализ механизма протекания процесса СВС в системе СгВ
3.3.1 Исследование процесса распространения волны горения
3.3.2 Влияние начальной температуры на температуру и скорость горения
3.3.3 Анализ механизма горения смеси СгВ
3.4 Получение компактного диборида хрома и экспериментальных образцов керамических мишеней по технологии силового СВС компактирования с использованием предварительного МА.
3.5 Анализ структуры и свойств керамического материала на основе СгВ2.
3.6 Выводы по главе.
ГЛАВА IV ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ Т1СгВ
4.1 Термодинамическая оценка возможности получения композиционных керамических материалов в системе ТГСгВ методом СВС
4.2 Влияние механического активирования на состав, структуру и свойства реакционной порошковой смеси
4.3 Анализ механизма протекания процесса СВС. в системе ЛСгВ
4.3.1 Влияния начальной температуры на температуру и скорость горения .
4.3.2 Анализ механизма горения и структурообразование смеси ЛСгВ
4.4 Получение боридных композитов в системе ЛСгВ и экспериментальных
образцов керамических мишеней по технологии силового СВСкомпактирования с использованием предварительного МА
4.5 Анализ структуры и свойств керамических материалов ЛСгВ.
4.5.1 Исследование фазового состава
4.5.2 Анализ керамических материалов Л методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии
4.5.3 Исследование микроструктуры продуктов синтеза ЛСгВ.
4.5.4 Свойства керамических материалов ЛСгВ
4.6 Выводы по главе.
ГЛАВА V ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ i
5.1 Термодинамическая оценка возможности получения композиционных керамических материалов в системе i методом СВС.
5.2 Влияние механического активирования на состав, структуру и свойства реакционной порошковой смеси i
5.3 Анализ механизма протекания процесса СВС в системе i
5.3.1 Горение механически активированных реакционных порошковых смесей.
5.3.2 Анализ механизма горения и структурообразование смеси i
5.4 Получение компактных комплексных карбидов в системе i и экспериментальных образцов керамических мишеней но технологии силового СВС компактирования с использованием предварительного VI
5.5 Анализ структуры и свойств керамических материалов системы i
5.6 Выводы по главе.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Для ряда областей основная проблема заключается в разработке методов зашиты от окисления путем легирования сплавов, создания защитных покрытий или новых композиционных материалов, при этом выдвигаются определенные требования по прочности, твердости, износостойкости, коэффициенту трения и т. Использование комбинации материалов с разными свойствами в одном позволяет создавать машины и оборудование с новыми, лучшими эксплуатационными характеристиками. В настоящее время уделяется все большее внимание разработке теории и развитию практики получения композиционных керамических материалов КМ, а также применению их в различных отраслях науки, техники, производства . Композиционные материалы материалы, состоящие из двух или нескольких разнородных составляющих, имеющие свойства, отличающиеся от исходных компонентов. К керамическим материалам относятся химические соединения металлов с неметаллами кислородом, азотом, бором, кремнием и всевозможные их сочетания. Ковалентный тип межатомной связи определяет специфичность физических и механических характеристик керамики высокие значения температуры плавления, модуля упругости, твердости, сопротивления ползучести низкие значения термического коэффициента расширения и теплопроводности сверхнизкий уровень вязкости разрушения, сопротивления термоудару и прочности на растяжение. При изготовлении изделий из керамики в большинстве случаев уменьшается суммарная масса изделия, расход топлива, стоимость. Спектр современных керамических материалов весьма широк и разнообразен как по составу, структуре, свойствам функциям, гак и по области применения. С особой интенсивностью, в настоящее время, ведутся работы по созданию и применению конструкционных керамических материалов, т. Это диктуется развитием в первую очередь аэрокосмической отрасли, машиностроения, двигателестроения. Преодоление порога температур выше С, как показали расчеты, позволяет существенно повысить КПД двигателей, обеспечить полноту сгорания топлива, снизить массу двигателя 8. Однако основной проблемой керамики является хрупкость, что до сих пор остается главным препятствием ее использования в качестве конструкционною материала. Именно хрупкость, связанная с кристаллическим строением керамики, приводит к низкой вязкости разрушения, снижению стойкости к термоударам и надежности. Первые работы по преодолению хрупкости керамики были направлены на создание специальных композиций керамики с металлами для изготовления режущего инструмента с использованием бескислородных соединений, таких как карбиды, бориды, нитриды и др. Тем не менее, использовать эти керметы в качестве конструкционного материала невозможно изза низкой стойкости к окислению при температурах выше 0 С 9. В настоящее время развиваются новые перспективные направления использования керамических материалов, в том числе материалов на основе боридов и карбидов титана, хрома, тантала и др. Это специальные пористые, высокотемпературные материалы и покрытия, биосовместимые материалы для использования в медицине 6, и др. Прогресс в создании материалов с высокими служебными свойствами например, с работоспособностью изделий при температурах выше С связан с высокотемпературными материалами на основе тугоплавких соединений. К тугоплавким соединениям принято относить вещества, плавящиеся при температуре выше С. Как правило это соединения образованные тугоплавкими с1 и Гпереходными металлами с неметаллическими ерэлементами, такими как В, С, , и другими элементами , . Структура этих фаз характеризуется наличием двух подрешеток атомов металла и неметалла, внедренных друг в друга. Они имеют металлическую связь между атомами металлов, ковалентную между атомами неметаллов и обычно ионнометаллическую или ковалентнометаллическую между атомами металла и неметалла. Характер межатомной связи определяет их основные физические свойства. Эти материалы не только тугоплавки, но и обладают высокой твердостью, хрупкостью, малыми значениями коэффициентов термического расширения, малой упругостью паров, то есть свойствами, характерными для кристаллов ковалентных соединений. Наличие металлической составляющей связи в этих веществах приводит к высокой электропроводности и теплопроводности .