Registration Number
0826U003107, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
21-07-2026
popup.evolution
o
Title
Formation of Structure and Properties of SiC–(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)B₂ Composites.
Author
Mantang Duan,
popup.head Yurii I. Bohomol
popup.opponent Oleksandr O. Stasiuk
popup.opponent Igor P. Fesenko
popup.opponent Oleksandr O. Vasiliev
popup.review Rostyslav V. Liutyi
popup.rada
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Description
Дисертаційна робота присвячена дослідженню композиційних матеріалів системи SiC–(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)B2 (SiC–HEB), у якій карбід кремнію розглядається як високотемпературна керамічна матриця, а високоентропійний диборид перехідних металів — як перспективна зміцнювальна фаза. Актуальність роботи зумовлена необхідністю створення керамічних матеріалів, здатних працювати за високих температур, інтенсивного зношування, термічних навантажень та в окиснювальному середовищі.
Метою роботи є встановлення закономірностей формування фазового складу, мікроструктури та властивостей матеріалів системи SiC–HEB залежно від складу і технологічних умов одержання. У роботі поєднано першопринципні розрахунки та експериментальні методи синтезу. На основі теорії функціоналу густини досліджено структурну стабільність, електронну будову, термодинамічні характеристики та механічні властивості високоентропійного дибориду (Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)B2. Показано, що він є структурно стабільним і зберігає кристалічну будову типу AlB2, а його висока твердість і жорсткість пов’язані з особливостями хімічного зв’язку Me–B.
Експериментально матеріали системи SiC–HEB отримано методами дугового плавлення, безтигельного зонного плавлення зі спрямованою кристалізацією та швидкісного гарячого пресування. Фазовий склад і мікроструктуру досліджено методами рентгенівської дифракції, сканувальної електронної мікроскопії та енергодисперсійного мікроаналізу. Встановлено, що в системі формується двофазна структура, яка складається з SiC та високоентропійної боридної фази. За результатами дугового плавлення визначено склад 60SiC–40HEB, мол.%, як близький до евтектичного, для якого характерне формування однорідної дрібнодисперсної мікроструктури.
Показано, що під час спрямованої кристалізації матеріали евтектичного складу мають переважно ламелярну двофазну структуру. Збільшення швидкості кристалізації від 1 до 3 мм/хв приводить до зменшення характерного розміру фазових складових і міжламелярної відстані. Механічні випробування показали, що твердість таких матеріалів становить 22–25 ГПа, а тріщиностійкість KIC — 3,7±0,2 МПа·м1/2. Підвищення тріщиностійкості пов’язане з відхиленням і розгалуженням тріщин на міжфазних межах та ускладненням траєкторії їх поширення.
Для кераміки, отриманої швидкісним гарячим пресуванням, встановлено вплив температури спікання 1800–2300 °C на мікроструктуру та механічні властивості. Максимальна твердість 23,75 ГПа досягнута після спікання при 1800 °C, а максимальні значення тріщиностійкості 5,01 МПа·м1/2 і міцності на згин 670 МПа — при 1900 °C. За результатами термічного аналізу встановлено, що формування стабільної двофазної структури SiC–HEB підвищує температуру початку окиснення з 586 °C до 650 °C і знижує швидкість приросту маси порівняно з механічною сумішшю порошків.
Наукова новизна роботи полягає у встановленні закономірностей фазоутворення, структуроутворення та формування властивостей у системі SiC–(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)B2. Практичне значення результатів полягає у можливості їх використання для розроблення високотемпературних, зносостійких і конструкційних керамічних матеріалів на основі карбіду кремнію та високоентропійних боридів.
Registration Date
2026-07-03
popup.nrat_date
2026-07-03 / 2026-08-15
