Registration Number
0826U003768, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
22-07-2026
popup.evolution
o
Title
Systems of boron carbides with d- and f-elements (Ti, V, Cr, Y, Nd): phase equilibria and mechanical properties.
Author
Andriana A. Ivanushko,
popup.head Roman E. Gladyshevskii
popup.opponent Lubomir D. Gulay
popup.opponent Marina V. Bulanova
popup.review Vasyl M. Kordan
popup.review Mariya B. Konyk
popup.rada
Ivan Franko National University of Lviv
Description
Дисертаційна робота присвячена дослідженню закономірностей фазоутворення, кристалічної структури, мікроструктури та механічних властивостей матеріалів на основі борокарбіду B4C у системах з d- та f-елементами (Ti, V, Cr, Y, Nd). Актуальність роботи обумовлена необхідністю створення надтвердих композитів із малою густиною, високою зносостійкістю, хімічною та термічною стабільністю. Борокарбід B4C є перспективним для використання у машинобудівній, аерокосмічній, оборонній промисловостях з огляду на поєднання його властивостей. Одним із перспективних підходів до покращення механічних властивостей є введення адикторів – боридів, оксидів та/або силіцидів металів в борокарбідну матрицю.
Методом іскроплазмового спікання синтезовано керамічні композити систем B4C–TiB2, B4C–VB2, B4C–CrB2, B4C–YB6, B4C–Y2O3, B4C–Nd2O3, B4C–TiSi2 та B4C–Ti–Si. Дослідження фазового складу матеріалів та кристалічної структури індивідуальних фаз виконано методами рентгенівської порошкової дифракції. Мікроструктуру та локальний розподіл елементів досліджено методами скануючої електронної мікроскопії та енергодисперсійної рентгенівської спектрскопії. Густину визначено методом гідростатичного зважування, твердість – методом Віккерса.
Для керамічного матеріалу B4C, синтезованого методом іскроплазмового спікання з комерційного порошку, встановлено формування щільної дрібнозернистої структури з відносною густиною 99,5%. Твердість матеріалу становить 32,6 ГПа. Встановлено, що борокарбідна матриця у синтезованих матеріалах зберігає ромбоедричну кристалічну структуру: уточнений склад B13,12(2)C1,76(1), структурний тип B13C2, символ Пірсона hR51, просторова група R-3m, a = 5,60333(15), c = 12,0926(5) Å. На основі уточнення коефіцієнтів заповнення кристалографічних позицій атомів у структурі матриці виведено її формулу: B13+xC2–2x, x = 0,01-0,17. Оптимальний склад для створення композитів з високими значеннями твердості знаходиться в межах x = 0,12-0,17 (армування TiB2, CrB2, NdB6). Для системи B4C–TiB2 встановлено, що попередня обробка сумішей вихідних порошків у планетарному кульовому млині сприяє формуванню під час іскроплазмового спікання більш цілісної мікроструктури та підвищенню механічних властивостей композиту. Для композиту, без попередньої обробки суміші порошків, твердість становить 38,8 ГПа за відносної густини 98,9%, тоді як після обробки у планетарному кульовому млині твердість зростала до 41,1 ГПа за відносної густини 99,5%, що свідчить про ефективність використання TiB2 як зміцнювальної фази. Для композиту B4C–CrB2 встановлено, що за температури 1800°С формується двофазний матеріал B4C–CrB2 із твердістю 34,1 ГПа та відносною густиною 97,6%. Для композитів B4C–NdB6 встановлено, що використання попереднього перемішування у кульовому млині забезпечує формування під час іскроплазмового спікання більш однорідної структури. Для цих композитів твердість становить 47,3 ГПа за відносної густини 99,5%. Для систем B4C–TiSi2 та B4C–Ti–Si встановлено, що незалежно від способу високотемпературної обробки відбувається формування фаз TiB2, SiC та Si. Перетворення вихідного порошку TiSi2 відбувається повністю. Адиктор TiSi2 для керамічних матеріалів, синтезованих методом іскроплазмового спікання, демонструє твердість 43,9 ГПа за відносної густини 99,5%. Формування надтвердого керамічного композиту зумовлено одночасним утворенням армуючих фаз TiB2 та SiC безпосередньо під час спікання.
Встановлено взаємозв’язок між фазовим складом, мікроструктурою, відносною густиною та твердістю композиту на основі B4C. Одержані результати можуть бути використані для створення виробів на основі надтвердих композиційних матеріалів з матрицею B4C, зокрема, керамічні композити систем B4C–Nd2O3 та B4C–TiSi2 можна рекомендувати для виготовлення елементів індивідуального та колективного захисту, бронепокриттів, конструкційної кераміки, а також інших деталей, що працюють в умовах високих механічних навантажень.
Registration Date
2026-07-17
popup.nrat_date
2026-07-17 / 2026-09-16
